RU2765950C1 - Rubber mixture for making oil-swelling products - Google Patents

Rubber mixture for making oil-swelling products Download PDF

Info

Publication number
RU2765950C1
RU2765950C1 RU2021116649A RU2021116649A RU2765950C1 RU 2765950 C1 RU2765950 C1 RU 2765950C1 RU 2021116649 A RU2021116649 A RU 2021116649A RU 2021116649 A RU2021116649 A RU 2021116649A RU 2765950 C1 RU2765950 C1 RU 2765950C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rubber
oil
swelling
polyethylene
products
Prior art date
Application number
RU2021116649A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Петрович Антипов
Артем Михайлович Лебедев
Карим Марселевич Марданшин
Эльвир Анисович Шарафетдинов
Лариса Фаритовна Волкова
Алексей Радикович Мухтаров
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НАБЕРЕЖНОЧЕЛНИНСКИЙ ТРУБНЫЙ ЗАВОД"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "НАБЕРЕЖНОЧЕЛНИНСКИЙ ТРУБНЫЙ ЗАВОД" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НАБЕРЕЖНОЧЕЛНИНСКИЙ ТРУБНЫЙ ЗАВОД"
Priority to RU2021116649A priority Critical patent/RU2765950C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2765950C1 publication Critical patent/RU2765950C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/16Elastomeric ethene-propene or ethene-propene-diene copolymers, e.g. EPR and EPDM rubbers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L9/00Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.SUBSTANCE: invention relates to the industry of rubber products for the oil and gas industry and can be used for production of oil-swelling packers or other products for isolation of formations by increasing volume at contact with oil-containing liquid or associated petroleum gas. Rubber mixture based on a synthetic ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), into which polyethylene with molecular weight Mn 800–1,500 is added in amount of 5–30 pts. wt. per 100 pts. wt. of EPDM rubber. Rubber mixture may contain fillers, softeners, plasticizers, antiaging agents (antioxidants, antiozonants), vulcanizing systems, anti-reversion agents, etc.EFFECT: obtaining articles having a high degree of swelling in an oil medium, while having a relatively low swelling rate.4 cl, 1 dwg, 3 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области резинотехнических изделий (РТИ) и РТИ для нефтедобывающей промышленности, в частности, и может быть использовано для производства нефтенабухающих пакеров, используемых при нефтедобыче и разработке скважин. Также данное изобретение может применяться и для создания иных изделий для изоляции пластов путем увеличения объема при контакте с нефтесодержащей жидкостью или попутным нефтяным газом. Кроме того, данное изобретение может применяться для ремонта систем транспортировки нефтепродуктов и соответствующего оборудования.The invention relates to the field of rubber products (RTI) and rubber products for the oil industry, in particular, and can be used for the production of oil-swellable packers used in oil production and well development. Also, this invention can be used to create other products for isolating formations by increasing the volume in contact with an oily liquid or associated petroleum gas. In addition, this invention can be applied to the repair of oil transportation systems and related equipment.

Уровень техникиState of the art

Во многих областях применения разбухающие пакеры или заколонные пакеры могут служить более безопасным и простым средством разобщения пластов, чем цементирование и перфорирование. Разбухающие пакеры находят широкое применение и дают ощутимый положительный эффект в следующих операциях осуществляемых на месторождениях: разобщение пластов, отвод потока, вызов притока в скважину, скважины с компьютерной системой управления добычей, раздельная добыча из нескольких горизонтов, оптимизация использования цементирования, гравийная среда, гидроразрыв пласта, гидро- и пароизоляция зон в скважине, расширяющийся обратный клапан, заканчивание скважины и т.п.In many applications, swellable packers or casing packers can provide a safer and easier means of isolating formations than cementing and perforating. Swellable packers are widely used and have a tangible positive effect in the following operations carried out in the fields: reservoir isolation, flow diversion, well induction, wells with a computer production control system, separate production from several horizons, optimization of the use of cementing, gravel environment, hydraulic fracturing , hydro- and vapor barrier of zones in the well, expanding check valve, well completion, etc.

Принцип действия разбухающего пакера и иных разбухающих изделий заключается в следующем. Когда разбухающий пакер или изделие, изготовленное из специального эластомера соприкасается со скважинными флюидами, происходит его разбухание, вследствие чего закупоривается затрубное пространство в любых открытых или обсаженных стволах. Отсутствие подвижных частей в конструкции позволяет производить установку без спускаемых через бурильные трубы инструментов, предназначенных для приведения конструкции в действие, и исключает возможность отказа. Эластомерные компаунды из которых изготавливаются разбухающие пакеры реагируют на скважинные флюиды, буровой раствор, жидкости для закачивания скважин и способны увеличиваться в объеме относительно объема, занимаемого при спуске в скважину. Использование эластомерных разбухающих пакеров в необсаженной скважине в дополнение к гравийной набивке позволяет изолировать секции боковых ответвлений от возможного проникновения воды.The operating principle of a swellable packer and other swellable products is as follows. When a swellable packer or product made from a special elastomer comes in contact with downhole fluids, it swells and plugs the annulus in any open or cased hole. The absence of moving parts in the structure allows installation without tools running through the drill pipe to actuate the structure and eliminates the possibility of failure. The elastomeric compounds from which swellable packers are made react to wellbore fluids, drilling mud, well completion fluids and are able to increase in volume relative to the volume occupied when running into the well. The use of open hole elastomeric swellable packers in addition to gravel packs isolates the lateral sections from potential water intrusion.

Долгосрочная целостность скважины напрямую зависит от цементного покрытия трубопровода. Разрушение цементного покрытия может привести к потере производительности, снижению давления в скважине и раннему получению воды. Даже качественное цементное покрытие может быть повреждено при бурении и/или колебании давления и температуры в процессе добычи. Для его восстановления необходим дорогостоящий капитальный ремонт скважины. Разбухающие пакеры используются для уменьшения нагрузок в зоне контакта эластомер/ цемент, предотвращая, таким образом, разрушение цементного слоя. При образовании трещин в цементном слое затрубного пространства, эластомер разбухающего пакера вступает во взаимодействие с флюидами, от чего разбухает и закупоривает их путь движения. Устанавливая разбухающие пакеры на опасных участках, гарантируется долгосрочная кольцевая изоляция трубопровода.The long-term integrity of the well is directly dependent on the cement coating of the pipeline. Failure of the cement coating can result in loss of productivity, lower well pressure and early water production. Even a good quality cement coating can be damaged by drilling and/or fluctuations in pressure and temperature during production. To restore it, an expensive overhaul of the well is required. Swellable packers are used to reduce stresses in the elastomer/cement contact zone, thus preventing failure of the cement layer. When cracks are formed in the cement layer of the annulus, the elastomer of the swellable packer interacts with fluids, which swells and clogs their path of movement. By installing swellable packers in hazardous areas, long-term ring isolation of the pipeline is guaranteed.

В настоящее время ведется много разработок в данной области и существует множество запатентованных разработок.Currently, there are many developments in this area and there are many patented developments.

Так, например, патентный источник WO 03008756, дата публикации 30.01.2003, описывает метод, при котором в затрубное пространство скважины помещается цилиндр из резины, который способен набухать при контакте с водой или нефтью, тем самым отсекая приток воды в продуктивные пласты.For example, patent source WO 03008756, publication date 01/30/2003, describes a method in which a rubber cylinder is placed in the well annulus, which is able to swell when in contact with water or oil, thereby cutting off the flow of water into productive formations.

Также из патентного документа WO 2014062391 А1, дата публикации 24.04.2014, известен набухающий пакер с контролируемой скоростью набухания который набухает благодаря, входящим в состав водоадсорбирующим добавкам, а именно сополимер тетрафторэтилена и пропилена, привитой сополимер крахмала и полиакрилатной кислоты, привитой сополимер поливинилового спирта и циклического кислотного ангидрида, сополимер изобутилена и малеинового ангидрида, сополимер винилацетата и акрилата, полимер оксида полиэтилена, привитой поли(этилен оксид) поли(акриловой кислоты), полимер типа карбоксиметилцеллюлозы, привитой сополимер крахмала и полиакрилонитрила, полиметакрилат, полиакриламид, сополимер акриламида и акриловой кислоты, поли(2-гидроксиэтил метакрилат), поли (2-гидроксипропил метакрилат), нерастворимый акриловый полимер, глинистый минерал с высокой способность к набуханию, бентонит натрия, бентонит натрия с монтмориллонитом в качестве основного компонента, бентонит кальция, их производные или их комбинации.Also from the patent document WO 2014062391 A1, publication date 04/24/2014, a swelling packer with a controlled swelling rate is known, which swells due to the water-absorbing additives included in the composition, namely, a copolymer of tetrafluoroethylene and propylene, a graft copolymer of starch and polyacrylate acid, a graft copolymer of polyvinyl alcohol and cyclic acid anhydride, isobutylene-maleic anhydride copolymer, vinyl acetate-acrylate copolymer, polyethylene oxide polymer, poly(ethylene oxide) poly(acrylic acid) graft polymer, carboxymethyl cellulose type polymer, starch-polyacrylonitrile graft copolymer, polymethacrylate, polyacrylamide, acrylamide-acrylic acid copolymer , poly(2-hydroxyethyl methacrylate), poly(2-hydroxypropyl methacrylate), insoluble acrylic polymer, high swelling clay mineral, sodium bentonite, sodium bentonite with montmorillonite as the main component, calcium bentonite, their derivatives or their combination inations.

В патентном документе RU 2685350 C1, дата публикации 17.04.2019, описана водонефтенабухающая эластомерная композиция на основе бутадиен-α-метилстирольного каучука и содержащая водонабухающий реагент - натрийкарбоксиметилцеллюлозу в количестве 25,0 - 70,0, а также компоненты, которые являются привычными в технологии РТИ.Patent document RU 2685350 C1, publication date 04/17/2019, describes a water-and-oil-swellable elastomeric composition based on butadiene-α-methylstyrene rubber and containing a water-swellable reagent - sodium carboxymethylcellulose in an amount of 25.0 - 70.0, as well as components that are familiar in technology RTI.

В патентном документе RU 2686202 С1, дата публикации 24.04.2019, описана резиновая смесь, которая содержит бутадиен-нитрильный каучук с содержанием НАК 17-20%, бутадиеновый каучук СКД, севилен 11808-340, серу, 2,2'-дибензтиазолдисульфид, гуанид Ф, цинковые белила, стеариновую кислоту, ацетонанил Н, технический углерод П 514, росил 175, тальк, тонкомолотый минеральный порошок из шунгита, канифоль, иглопробивное полотно «Оксипан», полиакриламид АК 639, реагент «Комета-Р» и натриевую соль полиакриловой кислоты ПАН-1.Patent document RU 2686202 C1, publication date 04/24/2019, describes a rubber compound that contains nitrile butadiene rubber with a NAC content of 17-20%, SKD butadiene rubber, sevilen 11808-340, sulfur, 2,2'-dibenzthiazole disulfide, guanide F, zinc white, stearic acid, acetonanil N, carbon black P 514, rosil 175, talc, finely ground mineral powder from shungite, rosin, Oksipan needle-punched cloth, polyacrylamide AK 639, Kometa-R reagent and sodium salt of polyacrylic acid PAN-1.

Известен нефтенабухающий пакер, описанный в заявке CN 101824973 A, дата публикации 08.09.2010, изготовленный из резиновой смеси, содержащей бутадиен-стирольный каучук, акрилонитрил-бутадиеновый каучук, неопреновый каучук, технический углерод, оксид цинка, стеариновую кислоту, стабилизирующий агент, неорганический наполнитель, материал с высокой абсорбцией нефти.Known oil-swellable packer, described in the application CN 101824973 A, publication date 09/08/2010, made from a rubber compound containing styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, neoprene rubber, carbon black, zinc oxide, stearic acid, stabilizing agent, inorganic filler , material with high oil absorption.

Также существует резиновая смесь для уплотнительных элементов, описанная в патенте RU 2688512 С1, дата публикации 21.05.2019, которая содержит бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-20%, изопреновый каучук СКИ-3, сэвилен 11808-340, N,N'-дитиодиморфолин, тиурам Д, сульфенамид Ц, цинковые белила, стеариновую кислоту, N-нитрозодифениламин, технический углерод Т 900, росил 175, тальк, мел, смолу нефтеполимерную «Сибпласт».There is also a rubber compound for sealing elements described in patent RU 2688512 C1, publication date 05/21/2019, which contains nitrile butadiene rubber with an acrylic acid nitrile content of 17-20%, SKI-3 isoprene rubber, sevilen 11808-340, N, N'-dithiodimorpholine, thiuram D, sulfenamide C, zinc white, stearic acid, N-nitrosodiphenylamine, carbon black T 900, rosil 175, talc, chalk, petroleum polymer resin Sibplast.

В патенте RU 2615520 C1, дата публикации 05.04.2017, описана нефтеабсорбирующая резиновая смесь на основе комбинации каучуков бутадиен-нитрильного марки БНКС-40АМН и синтетического изопренового марки СКИ-3, а также дополнительно содержащая вулканизующий агент - сера, ускорители вулканизации - каптакс и альтакс, активатор вулканизации - цинковые белила, противостаритель - нафтам-2, наполнители - технический углерод П 324, росил-175 и стеарат цинка, пластификаторы - норман-346 и канифоль.Patent RU 2615520 C1, publication date 04/05/2017, describes an oil-absorbing rubber compound based on a combination of nitrile-butadiene rubber grade BNKS-40AMN and synthetic isoprene grade SKI-3, as well as additionally containing a vulcanizing agent - sulfur, vulcanization accelerators - captax and altax , vulcanization activator - zinc white, antioxidant - naphtham-2, fillers - carbon black P 324, rosil-175 and zinc stearate, plasticizers - norman-346 and rosin.

Наиболее близким аналогом предлагаемого решения является композиционный нефтенабухающий материал, описанный в патенте RU 2625108 С1, опубликован 11.07.2017, характеризующийся тем, что включает бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-20%, изопреновый каучук СКИ-3, серу, сульфенамид Ц, N,N'-дитиодиморфолин, тиурам Д, антискорчинг «ЗПР», оксид цинка, стеарат цинка, стеариновую кислоту, нафтам-2, технический углерод Н 220, таурит ТС-Д, смолу «Шинпласт», оксанол ЦС-100, дибутилфталат, масло индустриальное И-12А, транс-полинорборнен. Данное решение принято в качестве прототипа.The closest analogue of the proposed solution is a composite oil-swellable material described in patent RU 2625108 C1, published on 07/11/2017, characterized in that it includes nitrile rubber with an acrylic acid nitrile content of 17-20%, isoprene rubber SKI-3, sulfur, sulfenamide C, N, N'-dithiodimorpholine, thiuram D, antiscorching "ZPR", zinc oxide, zinc stearate, stearic acid, naphtham-2, carbon black H 220, taurite TS-D, resin "Shinplast", oxanol TsS-100, dibutyl phthalate, industrial oil I-12A, trans-polynorbornene. This decision was taken as a prototype.

К недостаткам прототипа можно отнести: сложность технологии (необходимость предварительного «вымачивания» транс-полинорборнена и многокомпонентность состава), необходимость применения дополнительного оборудования, а также недостаточная степень набухания при довольно большой скорости.The disadvantages of the prototype include: the complexity of the technology (the need for preliminary "soaking" of trans-polynorbornene and the multicomponent composition), the need for additional equipment, as well as the insufficient degree of swelling at a fairly high speed.

Перечень чертежейList of drawings

На фигуре 1 представлен график, показывающий зависимость изменения объема образца от времени выдерживания в среде.The figure 1 presents a graph showing the dependence of the change in sample volume from the exposure time in the environment.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Целью предлагаемого решения является преодоление недостатков предшествующего уровня техники и разработка резиновой смеси, имеющей улучшенные свойства набухаемости и эффективно работающей в среде водонефтяной эмульсии, используемой, предпочтительно, для изготовления пакеров.The aim of the proposed solution is to overcome the shortcomings of the prior art and to develop a rubber compound having improved swelling properties and working effectively in an oil-in-water emulsion environment, preferably used for the manufacture of packers.

Технический результат изобретения заключается в разработке резиновой смеси, из которой изготавливают изделия, обладающие наиболее эффективным сочетанием свойств набухаемости, а именно, более медленным изменением объема в нефтесодержащих средах с одновременной увеличенной набухаемостью в таких средах. Также технология изготовления смеси является более простой, более быстрой и более дешевой ввиду того, что компонентный состав намного проще и доступней, а приготовление смеси требует соответственно меньше времени и операций.The technical result of the invention consists in the development of a rubber compound from which products are made that have the most effective combination of swelling properties, namely, a slower volume change in oil-containing media with simultaneous increased swelling in such media. Also, the mixture manufacturing technology is simpler, faster and cheaper due to the fact that the component composition is much simpler and more accessible, and the preparation of the mixture requires correspondingly less time and operations.

Применительно к пакерам и иным разбухающим изделиям указанные улучшенные механические свойства положительно сказываются на безопасности при спуске оборудования, поскольку в нефтесодержащей среде пакер (или изделие) разбухает медленней. Кроме того, у предлагаемого решения значительно улучшены свойства набухания в нефтяной среде, что обеспечивает большую надежность и работоспособность пакера в данных условиях.With regard to packers and other swellable products, these improved mechanical properties have a positive effect on safety when lowering the equipment, since the packer (or product) swells more slowly in an oily environment. In addition, the proposed solution has significantly improved swelling properties in the oil environment, which ensures greater reliability and performance of the packer in these conditions.

Технический результат достигается тем, что обеспечивают резиновую смесь на основе синтетического этилен-пропилен (диенового) полимера (далее по тексту СКЭПТ), при этом в состав дополнительно вводится полиэтилен с молекулярной массой (Mn) 800-1500 в количестве 5 - 30 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука СКЭПТ. Подобные олигомеры полиэтилена могут представлять собой как жидкости, так и твердые, пластичные вещества при нормальных условиях.The technical result is achieved by providing a rubber mixture based on a synthetic ethylene-propylene (diene) polymer (hereinafter referred to as EPDM), while polyethylene with a molecular weight (Mn) 800-1500 is additionally introduced into the composition in an amount of 5 - 30 wt.h . per 100 wt.h. rubber EPDM. Such polyethylene oligomers can be both liquids and solid, plastic substances under normal conditions.

Кроме вышеупомянутых компонентов, резиновая смесь может включать в себя ингредиенты, которые являются общеприменяемыми в резиновой промышленности: наполнители, мягчители, пластификаторы, диспергаторы, противостарители (антиоксиданты, антиозонанты), вулканизующие системы, антискорчинги, антиреверсивные агенты и т.д. Дополнительные ингредиенты подбираются исходя из специфических условий эксплуатации и изготовления изделия, и не влияют на сущность изобретения.In addition to the above components, the rubber compound may include ingredients that are commonly used in the rubber industry: fillers, softeners, plasticizers, dispersants, anti-aging agents (antioxidants, anti-ozonants), vulcanizing systems, anti-scorching agents, anti-reversing agents, etc. Additional ingredients are selected based on the specific conditions of operation and manufacture of the product, and do not affect the essence of the invention.

Выбор соотношения основных полимерных компонентов зависит от предполагаемых условий эксплуатации изделия из данной резиновой смеси и могут варьироваться в заданных пределах для достижения требуемых свойств.The choice of the ratio of the main polymer components depends on the expected operating conditions of the product from a given rubber compound and may vary within specified limits to achieve the required properties.

Например, количество полиэтилена с молекулярной массой (Mn) 800-1500 может составлять 6, 7, 10, 15, 20, 25 масс.ч. на 100 масс.ч. СКЭПТ. Однако количественное соотношение компонента не ограничено только приведенными значениями и может включать любые промежуточные значения, входящие в первоначально указанные интервалы.For example, the amount of polyethylene with a molecular weight (Mn) of 800-1500 may be 6, 7, 10, 15, 20, 25 mass. per 100 wt.h. SKEPT. However, the quantitative ratio of the component is not limited only to the given values and may include any intermediate values included in the initially specified intervals.

При этом выбор количественного содержания полиэтилена обусловлен достижением оптимальных физико-механических свойств изделий. Так, при содержании в концентрациях выше 30 масс.ч., неожиданно падает степень набухаемости изделия и прочностные характеристики резин, что неприемлемо в данном применении. При концентрации полиэтлена ниже минимально допустимого уровня (5 масс.ч.) эффект от его введения не является удовлетворительным и мало заметен.At the same time, the choice of the quantitative content of polyethylene is due to the achievement of optimal physical and mechanical properties of products. So, when the content is in concentrations above 30 wt.h., the degree of swelling of the product and the strength characteristics of rubber unexpectedly drop, which is unacceptable in this application. When the concentration of polyethylene is below the minimum allowable level (5 wt.h.), the effect of its introduction is not satisfactory and is hardly noticeable.

При этом использование именно низкомолекулярного полиэтилена (с молекулярной массой 800-1500) было обусловлено тем, что что «классический» полимер полиэтилена крайне ограниченно набухает в среде нефтепродуктов при температурах ниже 80°С, причем это набухание настолько незначительно, что полиэтилен возможно использовать в качестве трубопроводов для перекачки нефти (см. Yu, K.; Morozov, E.; Ashraf, M.A.; Shankar, K. A review of the design and analysis of reinforced thermoplastic pipes for offshore applications. J. Reinf. Plast. Compos. 2017, 36, р. 1514-1530). Что касается полиэтилена с молекулярной массой менее 800, то его обработка сложна с технологической точки зрения, а порой невозможна, ввиду нестабильности свойств и агрегатного состояния. Как известно, свойства олигомеров сильно зависят от изменения количества повторяющихся звеньев в молекуле. С того момента, когда химические свойства перестают изменяться с увеличением длины цепочки, вещество называют полимером. Было экспериментально установлено, что полиэтилен с молекулярной массой 800-1500 при его использовании для получения резиновых изделий обладает наилучшим комплексом свойств набухаемости и обрабатываемости, а также стабильностью свойств в нефтесодержащих средах. Указанные полимеры по сути представляют собой полиэтиленовые воски.At the same time, the use of low molecular weight polyethylene (with a molecular weight of 800-1500) was due to the fact that the “classic” polyethylene polymer swells extremely limitedly in the environment of petroleum products at temperatures below 80 ° C, and this swelling is so insignificant that polyethylene can be used as oil pipelines (see Yu, K.; Morozov, E.; Ashraf, MA; Shankar, K. A review of the design and analysis of reinforced thermoplastic pipes for offshore applications. J. Reinf. Plast. Compos. 2017, 36, pp. 1514-1530). As for polyethylene with a molecular weight of less than 800, its processing is difficult from a technological point of view, and sometimes impossible, due to the instability of properties and state of aggregation. As is known, the properties of oligomers strongly depend on the change in the number of repeating units in the molecule. From the moment when the chemical properties cease to change with increasing chain length, the substance is called a polymer. It was experimentally found that polyethylene with a molecular weight of 800-1500, when used to produce rubber products, has the best set of swelling and workability properties, as well as the stability of properties in oil-containing media. These polymers are essentially polyethylene waxes.

Этилен-пропилен-диеновые каучуки (СКЭПТ) - это синтетические эластомеры. Представляют собой тройные сополимеры с 1-2 мол. % диена, например 2-этилиден-5-норборнена, дициклопентадиена. Растворяются во многих углеводородах и их хлорпроизводных. СКЭПТ получают сополимеризацией этилена с пропиленом и диеном на катализаторе Циглера-Натта в растворе или избытке полипропилена. Непластифицируются. Вулканизируются серой, фенол-формальдегидными смолами. СКЭПТ имеют превосходную атмосферо- и озоностойкость, высокую термо-, масло- и износостойкость, но также и высокую воздухопроницаемость, устойчивы в агрессивных средах, обладают хорошими диэлектрическими свойствами; предел прочности при растяжении 20-28 МПа, относительное удлинение 400-600%, эластичность по отскоку 40-52%.Ethylene propylene diene rubbers (EPDM) are synthetic elastomers. They are ternary copolymers with 1-2 mol. % diene, for example 2-ethylidene-5-norbornene, dicyclopentadiene. They dissolve in many hydrocarbons and their chlorine derivatives. EPDM is produced by copolymerization of ethylene with propylene and a diene on a Ziegler-Natta catalyst in a solution or excess of polypropylene. Not plasticized. Vulcanized with sulfur, phenol-formaldehyde resins. EPDM have excellent weather and ozone resistance, high thermal, oil and wear resistance, but also high air permeability, are stable in aggressive environments, have good dielectric properties; tensile strength 20-28 MPa, relative elongation 400-600%, rebound elasticity 40-52%.

Используемые в изобретении функциональные добавки, такие, как наполнители, мягчители, пластификаторы, противостарители (антиоксиданты, антиозонанты), диспергаторы, вулканизующие системы, антискорчинги, антиреверсивные агенты и т.д., являются хорошо знакомыми для специалистов и не требуют специального раскрытия. Подходящие для использования добавки раскрыты, в частности, в книге «Функциональные наполнители для пластмасс» под ред. Марино Ксантос, 2010 г.The functional additives used in the invention, such as fillers, emollients, plasticizers, anti-aging agents (antioxidants, antiozonants), dispersants, curing systems, anti-scorching agents, anti-reversing agents, etc., are well known to specialists and do not require special disclosure. Suitable additives for use are disclosed, in particular, in the book "Functional fillers for plastics" Ed. Marino Xanthos, 2010

Что касается механизма достижения технического результата, то этот вопрос до конца нами не исследован, однако повышенная набухаемость предложенной резиновой смеси скорее всего связана с природой низкомолекулярного полиэтилена. Данный эффект скорей всего связан с образованием пространственной структуры полимера в композите.As for the mechanism for achieving a technical result, this issue has not been fully investigated by us, however, the increased swelling of the proposed rubber mixture is most likely associated with the nature of low molecular weight polyethylene. This effect is most likely associated with the formation of a spatial structure of the polymer in the composite.

Также необходимо отметить, что изготовление нефтенабухающих пакеров не является единственной областью использования предложенной резиновой смеси и она может быть использована в любой области, требующей использование материалов, обладающих нефте- или маслонабухающими свойствами. В частности, данное изобретение может применяться для ремонта систем транспортировки нефтепродуктов и соответствующего оборудованияIt should also be noted that the manufacture of oil-swellable packers is not the only area of application of the proposed rubber compound and it can be used in any area that requires the use of materials with oil- or oil-swellable properties. In particular, this invention can be applied to the repair of oil transportation systems and related equipment.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Для подтверждения возможности осуществления изобретения и достижения технического результата был проведен ряд исследований и экспериментов. Результаты экспериментов представлены ниже.To confirm the possibility of carrying out the invention and achieve a technical result, a number of studies and experiments were carried out. The results of the experiments are presented below.

Резиновую смесь изготавливали на вальцах лабораторных ЛБ 320 150/150 (производства АО "Завода имени Красина") с общей загрузкой 1200 г., согласно приведенной ниже рецептуре.The rubber mixture was made on laboratory rollers LB 320 150/150 (manufactured by JSC Krasin Plant) with a total load of 1200 g, according to the recipe below.

В качестве компонентов резиновой смеси использовались синтетический каучук этилен-пропилен-норборненовый (Vistalon фирмы ExxonMobil), окись цинка (ГОСТ 208-84) - активатор ускорителей, сера (Polsinex фирмы Grupa Azoty) - вулканизующий агент, стеариновая кислота (ГОСТ 6484-84) - активатор ускорителей вулканизации, диспергатор наполнителей, мягчитель (пластификатор), органический пероксид - вулканизатор, технический углерод Н 220 - усиливающий наполнитель, масло индустриальное И-12А - пластификатор, низколекулярный полиэтилен Marcus M300 с молекулярной массой примерно 900-1100 (Marcus Oil & Chemical).Synthetic rubber ethylene-propylene-norbornene (Vistalon by ExxonMobil), zinc oxide (GOST 208-84) - accelerator activator, sulfur (Polsinex by Grupa Azoty) - vulcanizing agent, stearic acid (GOST 6484-84) were used as components of the rubber mixture. - activator of vulcanization accelerators, dispersant of fillers, softener (plasticizer), organic peroxide - vulcanizer, carbon black H 220 - reinforcing filler, industrial oil I-12A - plasticizer, low molecular weight polyethylene Marcus M300 with a molecular weight of approximately 900-1100 (Marcus Oil & Chemical ).

Соотношения компонентов предлагаемого решения и прототипа приведены в таблице 1:The ratio of the components of the proposed solution and the prototype are shown in table 1:

Таблица 1
Составы резиновых смесей
Table 1
Compositions of rubber compounds
Предлагаемое решениеSuggested Solution ПрототипPrototype Этилен-пропилен-диеновый каучук VistalonEthylene Propylene Diene Rubber Vistalon 100,00100.00 -- Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-20% Nitrile butadiene rubber with 17-20% acrylic acid nitrile -- 50,0050.00 Изопреновый каучук СКИ-3Isoprene rubber SKI-3 -- 50,0050.00 СераSulfur 0,200.20 0,500.50 Сульфенамид Ц Sulfenamide C -- 2,002.00 N,N'-дитиоморфолин N,N'-dithiomorpholine -- 2,002.00 Тиурам ДTiuram D -- 2,002.00 Антискорчинг «ЗПР»Antiscorching "ZPR" 0,500.50 Окись цинкаzinc oxide 5,005.00 3,003.00 Стеарат цинкаzinc stearate -- 5,005.00 Стеариновая кислотаStearic acid 5,005.00 2,002.00 Нафтам 2Naftam 2 -- 2,002.00 Технический углерод Н 220Technical carbon H 220 10,0010.00 30,0030.00 Таурит ТС-ДTaurit TS-D -- 15,0015.00 Смола «Шинпласт»Resin "Shinplast" -- 5,005.00 Оксанол ЦС-100Oksanol TsS-100 -- 2,002.00 Дибутилфталатdibutyl phthalate -- 3,003.00 Масло индустриальное И-12АIndustrial oil I-12A 3,003.00 24,0024.00 транс-полинорборненtrans-polynorbornene -- 6,006.00 Полиэтилен Marcus M300 Polyethylene Marcus M300 25,0025.00 -- Органический пероксидorganic peroxide 7,007.00 --

Из изготовленных резиновых смесей на вулканизационном прессе LP 600kN (ф.Montech) свулканизованы образцы. После вылежки в 24 часа, образцы испытаны по ГОСТ ISO 1817-2016 «Резина и термоэластопласты. Определение стойкости к воздействию жидкостей». В качестве среды испытания применяется нефть с температурой 60-70°С.Samples were vulcanized from the manufactured rubber compounds on the LP 600kN vulcanization press (Montech). After curing for 24 hours, the samples were tested in accordance with GOST ISO 1817-2016 “Rubber and thermoplastic elastomers. Determination of resistance to liquids. Oil with a temperature of 60-70°C is used as a test medium.

Таблица 2table 2 Результаты испытанийTest results Предлагаемое решениеSuggested Solution ПрототипPrototype Изменение объема через 12 ч, %Volume change after 12 hours, % 3535 9898 Изменение объема через 24 ч, %Volume change after 24 hours, % 5555 122122 Изменение объема через 48 ч, %Volume change after 48 hours, % 8080 137137 Изменение объема через 72 ч, %Volume change after 72 hours, % 101101 152152 Изменение объема через 96 ч, %Change in volume after 96 hours, % 125125 167167 Изменение объема через 120 ч, %Volume change after 120 hours, % 142142 172172 Изменение объема через 144 ч, %Volume change after 144 hours, % 160160 178178 Изменение объема через 168 ч, %Volume change after 168 hours, % 189189 182182 Изменение объема через 336 ч, %Volume change after 336 hours, % 270270 185185 Изменение объема через 504 ч, %Volume change after 504 hours, % 320320 186186

Результаты испытаний графически изображены на фигуре 1.The test results are graphically depicted in figure 1.

Из изображения видно, что предлагаемое решение позволяет достигать больших степеней набухания, что прогнозирует возможность применения изобретения в условиях больших дифференциальных давлений.It can be seen from the image that the proposed solution makes it possible to achieve high degrees of swelling, which predicts the possibility of using the invention under conditions of high differential pressures.

Также было экспериментально исследовано влияние количества низкомолекулярного полиэтилена (с молекулярной массой 800-1500) на набухание композиции, т. к. известно, что «классический» полиэтилен крайне ограниченно набухает в среде нефтепродуктов при температурах ниже 80°С.The influence of the amount of low molecular weight polyethylene (with a molecular weight of 800-1500) on the swelling of the composition was also experimentally studied, since it is known that “classical” polyethylene swells extremely limitedly in the environment of petroleum products at temperatures below 80°C.

В качестве показателя для сравнения использованы значения «Изменение массы через 500 ч пребывания в тестовой жидкости». Условия испытаний аналогичны испытаниям фигуры 1. Рецептура эластомерного материала аналогична таблице 1, за исключением варьирования количества компонента «Полиэтилен Marcus M300»:As an indicator for comparison, the values of "Change in mass after 500 hours of stay in the test liquid" were used. The test conditions are similar to those of figure 1. The formulation of the elastomeric material is similar to table 1, except for varying the amount of the "Marcus M300 Polyethylene" component:

Результаты испытаний представлены в таблице 3The test results are presented in table 3

Таблица 3Table 3 Изменение массы образца через 500 ч пребывания в тестовой жидкости (нефть)Change in sample weight after 500 hours of exposure to the test liquid (petroleum) 1 вариант1 option 2 вариантOption 2 3 вариант3 option 4 вариант4 option 5 вариант5 option 6 вариант6 option Содержание ПЭ, масс.ч.The content of PE, wt.h. 00 1010 20twenty 30thirty 4545 6060 Δm 500 ч, %Δm 500 h, % 170170 300300 337337 370370 220220 150150

Как видно из данных таблицы, изменение массы непропорционально содержанию полиэтилена, а имеет экстремальный характер. Увеличение степени набухания при введении полиэтилена не может быть объяснено с точки зрения принципа аддитивности, т.к. как упомянуто выше, что полиэтилен не обладает достаточным набуханием. Как мы предполагаем, низкая молекулярная масса полиэтилена препятствует его кристаллизации, и он образует аморфные области в эластомерном материале, которые больше подвержены миграции нефтепродуктов внутрь материала. Уменьшение массы набухания при дальнейшем увеличении содержания полиэтилена можно связать с тем, что большая доля аморфных областей облегчает миграцию нефтепродуктов как в композит так и из композита.As can be seen from the data in the table, the change in mass is disproportionate to the content of polyethylene, and has an extreme character. The increase in the degree of swelling with the introduction of polyethylene cannot be explained from the point of view of the additivity principle, since as mentioned above, polyethylene does not have sufficient swelling. We assume that the low molecular weight of polyethylene prevents its crystallization, and it forms amorphous regions in the elastomeric material, which are more susceptible to the migration of oil products into the material. A decrease in the swelling mass with a further increase in the content of polyethylene can be associated with the fact that a large proportion of amorphous regions facilitates the migration of oil products both into and out of the composite.

Полиэтилен с еще меньшей молекулярной массой является слишком пластичным (практически жидким), он нестабилен, плохо поддается обработке и плохо формуется, в связи с чем использование таких олигомеров в данном изобретении не представляется возможным.Polyethylene with even lower molecular weight is too plastic (almost liquid), it is unstable, difficult to process and poorly molded, and therefore the use of such oligomers in this invention is not possible.

Данные испытания позволяют сделать вывод об эффективности использования низкомолекулярного полиэтилена (с молекулярной массой 800-1500) в количестве 5-30 масс.ч. совместно с каучуком СКЭПТ для получения нефтенабухающих изделий, обладающих высокой степенью набухания в среде нефти и масла, при этом имеющих относительно невысокую скорость набухания.These tests allow us to conclude that the use of low molecular weight polyethylene (with a molecular weight of 800-1500) in the amount of 5-30 mass.h. together with EPDM rubber to produce oil-swellable products with a high degree of swelling in an oil and oil environment, while having a relatively low swelling rate.

Резиновая смесь легко готовится, рецептура является относительно простой.The rubber compound is easy to prepare, the recipe is relatively simple.

Claims (4)

1. Резиновая смесь для изготовления нефтенабухающих резиновых изделий на основе синтетического этилен-пропилен-диенового каучука (СКЭПТ), содержащая вулканизующую систему и технологические добавки, отличающаяся тем, что в состав смеси дополнительно вводится полиэтилен с молекулярной массой Mn 800-1500 в количестве 5-30 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука СКЭПТ.1. Rubber mixture for the manufacture of oil-swellable rubber products based on synthetic ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), containing a vulcanizing system and technological additives, characterized in that polyethylene with a molecular weight of Mn 800-1500 is additionally introduced into the mixture in an amount of 5- 30 wt.h. per 100 wt.h. rubber EPDM. 2. Резиновая смесь по п. 1, отличающаяся тем, что резиновым изделием является пакер.2. The rubber compound according to claim 1, characterized in that the rubber product is a packer. 3. Резиновая смесь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что используют полиэтилен Marcus M300 с молекулярной массой Mn примерно 900-1100.3. A rubber compound according to claim 1 or 2, characterized in that Marcus M300 polyethylene with a molecular weight Mn of about 900-1100 is used. 4. Резиновая смесь по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что в качестве технологических добавок используют наполнители, мягчители, пластификаторы, диспергаторы, противостарители - антиоксиданты, антиозонанты, антискорчинги, антиреверсивные агенты и красители.4. The rubber compound according to one of paragraphs. 1-3, characterized in that fillers, softeners, plasticizers, dispersants, antioxidants - antioxidants, antiozonants, antiscorching agents, antireversing agents and dyes are used as processing aids.
RU2021116649A 2021-06-09 2021-06-09 Rubber mixture for making oil-swelling products RU2765950C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021116649A RU2765950C1 (en) 2021-06-09 2021-06-09 Rubber mixture for making oil-swelling products

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021116649A RU2765950C1 (en) 2021-06-09 2021-06-09 Rubber mixture for making oil-swelling products

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2765950C1 true RU2765950C1 (en) 2022-02-07

Family

ID=80214765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021116649A RU2765950C1 (en) 2021-06-09 2021-06-09 Rubber mixture for making oil-swelling products

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2765950C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003008756A1 (en) * 2001-07-18 2003-01-30 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Wellbore system with annular seal member
CN101824973A (en) * 2009-03-02 2010-09-08 河北宝石特种柔性胶化有限公司 Oil-swelling self-packing packer
WO2014062391A1 (en) * 2012-10-16 2014-04-24 Halliburton Energy Services, Inc. Controlled swell-rate swellable packer and method
RU2615520C1 (en) * 2016-05-25 2017-04-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Rubber mixture
RU2625108C1 (en) * 2016-07-25 2017-07-11 Акционерное общество "Чебоксарское производственное объединение имени В.И. Чапаева" Composite oil-swellable material
RU2688512C1 (en) * 2018-05-07 2019-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Rubber mixture
RU2690929C1 (en) * 2018-10-09 2019-06-06 Общество с ограниченной ответственностью "ИНЖИНИРИНГОВЫЙ ЦЕНТР "ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ" (ООО "ИЦ "ПМИТ") Water-oil-swelling thermoplastic elastomer composition

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003008756A1 (en) * 2001-07-18 2003-01-30 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Wellbore system with annular seal member
CN101824973A (en) * 2009-03-02 2010-09-08 河北宝石特种柔性胶化有限公司 Oil-swelling self-packing packer
WO2014062391A1 (en) * 2012-10-16 2014-04-24 Halliburton Energy Services, Inc. Controlled swell-rate swellable packer and method
RU2615520C1 (en) * 2016-05-25 2017-04-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Rubber mixture
RU2625108C1 (en) * 2016-07-25 2017-07-11 Акционерное общество "Чебоксарское производственное объединение имени В.И. Чапаева" Composite oil-swellable material
RU2688512C1 (en) * 2018-05-07 2019-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Rubber mixture
RU2690929C1 (en) * 2018-10-09 2019-06-06 Общество с ограниченной ответственностью "ИНЖИНИРИНГОВЫЙ ЦЕНТР "ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ" (ООО "ИЦ "ПМИТ") Water-oil-swelling thermoplastic elastomer composition

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120208934A1 (en) Water Swelling Rubber Compound for Use in Reactive Packers and Other Downhole Tools
US9976383B2 (en) Traceable polymeric additives for use in subterranean formations
US8490707B2 (en) Oilfield apparatus and method comprising swellable elastomers
CA2690340C (en) Apparatus and method with hydrocarbon swellable and water swellable body
US7938191B2 (en) Method and apparatus for controlling elastomer swelling in downhole applications
US10400543B2 (en) Wellbore fluid used with swellable elements
NO337100B1 (en) Cement mixing and method of sealing in a wellbore
US20060047028A1 (en) Hydrogel for use in downhole seal applications
US20070056735A1 (en) System for sealing a space in a wellbore
Salehi et al. Performance verification of elastomer materials in corrosive gas and liquid conditions
SA517381160B1 (en) Self-healing cement comprising polymer capable of ‎swelling in gaseous environment
WO2010039131A1 (en) Water swelling rubber compound for use in reactive packers and other downhole tools
WO2009060170A1 (en) Methods of integrating analysis, auto-sealing, and swellable- packer elements for a reliable annular seal
NO318614B1 (en) A method comprising the use of an additive curing, room temperature vulcanizable silicone composition for well construction, repair and / or closure.
CN105358650A (en) Methods for maintaining zonal isolation in a subterranean well
RU2765950C1 (en) Rubber mixture for making oil-swelling products
US20140110114A1 (en) Methods for Maintaining Zonal Isolation in A Subterranean Well
RU2751316C1 (en) Rubber mixture
Kwatia et al. Literature report of elastomer sealing materials and cement systems
Kwatia Studying “fitness for service” of the sealing assemblies and cement system
RU2767071C1 (en) Rubber mixture for making water-swelling articles
RU2813984C1 (en) Acid-activated rubber mixture for making water-swellable rubber articles
Ismail et al. Elastomer compatibility study of oil-based and ester-based drilling fluids
Isaev et al. A Package of Technical and Technological Solutions for Enhancement of Casing Quality during Wells Construction
EP3164455A1 (en) Improved high temperature mechanical properties of elastomers with semi-crystalline polymers for downhole applications