基本信息
- 项目名称：
- 油田深采封隔器用新型橡胶复合材料制备的关键技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目在过去的研究基础上，开发了一种新型复合的氢化丁腈复合材料，研究了该材料的加工性能和力学性能，评价了材料的高温高压密封效果，旨在开发出满足在高温高压下可长期密封的材料，以提高工具的密封性能、降低应用成本、提高施工成功率，进而提高油田油水井的密封技术水平。
- 详细介绍：
- 本论文分别以炭黑、有机蒙脱土以及ZnMA为填充剂对HNBR进行补强，研究了HNBR的硫化性能，考察了增强剂种类、补强剂并用比对HNBR硫化胶物理机械性能的影响。考察了DCP用量对硫化胶物理机械性能的影响。并评价了补强剂并用增强HNBR制得的封隔器胶筒的高温高压密封性能。结果表明，OMMT部分替代炭黑补强HNBR硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和硬度都有所提高，相比于炭黑，ZnMA增强的HNBR的焦烧时间和正硫化时间均大幅度缩短，最大扭矩大幅度提高；常温下炭黑的粒径越小，其填充HNBR硫化胶的物理机械性能越好，但劣于ZnMA填充的橡胶，ZnMA/炭黑填充HNBR硫化胶的拉伸强度比纯ZnMA填充HNBR硫化胶低，但同时永久变形也降低；在高温下，ZnMA/炭黑增强HNBR硫化胶的拉伸强度和撕裂强度具有较高的保持率，且随着温度的升高，降低速率低于纯ZnMA增强HNBR硫化胶，但前者的扯断伸长率高于后者，而永久变形小于后者；ZnMA/炭黑增强HNBR硫化胶具有优异的耐热空气老化性能，且以其制得的封隔器胶筒能够在180℃、30Mpa的压差下保持较好的密封效果。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的和基本思路： 通过有机补强剂与炭黑协同并用增强橡胶复合材料的新型增韧机制，改善橡胶复合材料的耐高温性能和高温使用性能的工程技术难题，制备出满足深井采油封隔器使用要求的橡胶复合材料。 本项目包含以下2个科学创新点： 1、首次通过固相自由基聚合反应，得到“原位”纳米氧化锌化学交联增强的离子聚合物接枝氢化丁腈分子主链的新型复合结构，进一步提高氢化丁腈主链的饱和度，改善其高温力学性能和热稳定性。 2、首次联合原位变温红外和变温力学性能分析测试方法，研究温度对结构和力学性能的影响。
科学性、先进性
- 作品的科学先进性: 与现有氢化丁腈橡胶的加工技术相比，作品采用固相自由基聚合反应，制备出“原位”纳米氧化锌化学交联增强的离子聚合物接枝氢化丁腈分子主链的新型复合结构，在硫化工艺中通过提高氢化丁腈分子主链的饱和度的关键技术，大大改善其高温力学性能和热稳定性；以炭黑和甲基丙烯酸盐协同增强的高性能橡胶复合材料的力学性能达到43MPa（文献未见报道），加工的封隔器胶筒，在座封压力16吨、检测温度180℃、压差30MPa的条件下可以长期工作，能够满足深采封隔器的使用要求，超过美国3M公司同类产品的性能。该课题的研究成果达到国际先进水平。
获奖情况及鉴定结果
- 1、该作品相关技术成果于2010年4月24日通过了山东省科技厅组织的鉴定，鉴定评语为国际先进。 2、该作品的相关技术于2010年4月27日通过中华人民共和国国家知识产权局专利申请受理，专利公开号为：CN 201010152487.7。 3、作品的基础为山东省科技攻关计划（2008GG10003008），项目名称为“油井用耐高温高压长寿命密封材料关键技术研究”，已鉴定完成。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 已经在东营百花石油股份有限公司中试加工，联合开发。
作品可展示的形式
- 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该项目完成后，课题组将获得拥有自主知识产权制备油田深采封隔器用橡胶复合材料的关键技术，突破国外在该领域技术的垄断，加工的新型橡胶复合材料可以承受高于160℃的温度，同时承载30～40MPa的压差、且经受油、水、CO2、H2S酸性气体混合介质的腐蚀和破坏。该技术使埋深大于3000 m，小于4000 m，储层温度在130～180℃的碳酸盐岩难动用油藏和大于3000 m的难动用低渗透油藏得到开发利用，对提高我国石油产量具有重要的意义。
同类课题研究水平概述
- 氢化丁腈橡胶作为一种综合性能良好的胶种是现在国内外学者研究的重点之一，他们通过运用不同的填充体系对氢化丁腈橡胶进行了深入的研究，并总结出了不少成功的经验。 黄安民等通过实验研究了常规补强剂（炭黑、白炭黑）、蒙脱土（普通蒙脱土、有机蒙脱土）以及不饱和羧酸盐（ZDMA、MgMA）三类补强剂对HNBR物理性能和老化性能的影响，并采用扫描电镜、透射电镜等方法对其进行了表征。 J．Thormer等在试验中通过采用两种不同的硫化体系—过氧化物硫化体系和硫磺硫化体系—验证了硫化体系对氢化丁腈橡胶的加工性能和使用性能的影响。 H•G Dikland在实验中证明助交联剂与过氧化物配合将抑制分子链裂解副反应，并提高其共交联性，而且这些助交联剂可以改善胶料的耐热性、模量、拉伸强度、撕裂强度和磨耗性等物理性能，在降低门尼粘度的同时相应增加硫化胶的硬度，并显著改善胶料的压缩永久变形。谭湘等就 MPBM和TMPTA在氢化丁腈橡胶过氧化物硫化过程中起的作用进行了研究,探讨了助交联剂MPBM和TMPTA对氢化丁腈橡胶过氧化物硫化体系的硫化特性和橡胶的耐热氧老化、臭氧老化以及热降解性能的影响。柯长颢等[13]对比研究了助交联剂HVA-2，TAIC和1,2-PB在过氧化物硫化体系中对氢化丁腈橡胶的硫化特性和硫化胶性能的影响。 R.J.Pazur等证明了活性剂的种类和用量取决于所需胶种的性能。所有的活性剂都提高了胶料的总体性能，但性能之间有明显的差别。 白桦栋等人实验得出增加过氧化物硫化剂2,5—二甲基—2,5 双（叔丁基过氧基）己烷的用量，以及在较小用量下添加TAIC，可以降低橡胶的压缩永久变形。并证明N330的补强效果最好，当填充量为35phr时，可获得综合性能均衡的氢化丁腈硫化胶料。 上述文献无论从增强机理或从增强材料的分子结构都与本作品采用的增强材料不同，传统橡胶复合材料的结构也与作品的新型结构不相同，故文献报道的力学性能均低于该作品的力学性能。该作品得到的新型复合材料的综合性能最优，能够承受高于160℃的温度，承载30～40MPa的压差、且经受油、水、CO2、H2S酸性气体混合介质的腐蚀和破坏，满足新型采油工程工艺的需求。
