專利名稱：用于制造耐高溫壓縮式封隔器膠筒的橡膠組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油裝備用橡膠配件，具體地說(shuō)，涉及一種用于制造油氣田用耐高溫壓縮式封隔器膠筒的橡膠組合物。
背景技術(shù)：
油氣田用壓縮(YS)式封隔器是油氣田開采中的重要裝備之一，用于在鉆井作業(yè)完成后，在油井套管內(nèi)進(jìn)行多層分隔密封，以便于進(jìn)行油氣田的分層開采、測(cè)試、注水、酸化和壓裂等作業(yè)。顯然。這時(shí)，使封隔器產(chǎn)生密封功能的關(guān)鍵性部件是用橡膠材料制成的膠筒，當(dāng)整個(gè)封隔器下放到油井的規(guī)定深度后，通過(guò)對(duì)封隔器加壓，使膠筒在壓力的作用下，長(zhǎng)度受壓變小，外徑向外擴(kuò)張變大，從而將套管密封住，使用兩個(gè)封隔器，就能把夾在它們中間的一段油井密封住，使之與該油井的上層及下層分隔開來(lái)。于是，就可以在這一段封閉層內(nèi)進(jìn)行開采、測(cè)試、注水、酸化和壓裂等井下作業(yè)，而作業(yè)用的介質(zhì)和壓力不會(huì)流失或侵入該封閉層的上、下油層。為此，在封隔器產(chǎn)生很大的密封壓力的同時(shí)，膠筒本身承受的座封力(使壓縮式膠筒密封住油套管環(huán)形空間，并能承受規(guī)定的工作壓差所需的軸向壓縮力)也很大，因而制造封隔器膠筒用的橡膠材料除了應(yīng)具有優(yōu)越的耐油性能外，還必需具有很高的硬度以及相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和彈性。按照中華人民共和國(guó)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2701-95規(guī)定，所用橡膠材料的硬度一般要求達(dá)到邵爾A 90±5，拉伸強(qiáng)度達(dá)到16MPa以上。由于國(guó)內(nèi)油田油井的溫度較高，故該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定耐高溫膠筒(2類膠筒)的工作溫度為120℃。目前，這類封隔器膠筒都采用丁腈橡膠制造，為了達(dá)到所要求的高硬度，一般需在膠料的配合中加入大量的硬質(zhì)炭黑補(bǔ)強(qiáng)劑，用量多在以橡膠為100重量份計(jì)的120重量份左右，這時(shí)膠料會(huì)變得十分僵硬，加工性能很差，通常需在其中摻加適量液體丁腈橡膠作為增塑劑—軟化劑。但是，隨著油氣田開采技術(shù)的發(fā)展，油氣井的開采深度不斷提高，油氣井內(nèi)的溫度也越來(lái)越高，加之國(guó)內(nèi)油井原油中的硫含量較高，鑒于這種種因素，原來(lái)沿用的丁腈橡膠已不能滿足某些油氣田開采作業(yè)的需要，因?yàn)槎‰嫦鹉z的耐溫極限是120℃，而且也不耐硫化氫的侵蝕。
上世紀(jì)八十年代中期，德國(guó)拜爾公司和日本瑞翁公司通過(guò)將丁腈橡膠中的不飽和成分進(jìn)行氫化處理，開發(fā)成功低不飽和度的新型丁腈橡膠，稱之謂氫化丁腈橡膠(HNBR)，由于其不飽和度低，耐老化、耐高溫、耐介質(zhì)性能有明顯的提高，耐溫可達(dá)150℃，也具有很好的耐硫化氫性能，很適合于制作油氣田用橡膠制品，對(duì)于氫化丁腈橡膠來(lái)講，隨著其丙烯腈含量增加，耐油性能提高；隨著氫化程度的提高，耐老化性能增強(qiáng)，壓縮永久變形增大，總的說(shuō)來(lái)，它的工藝性能，特別是它的膠料的門尼粘度較大，流動(dòng)性能比較差，加上用于耐高溫的緣故，也不能用不耐高溫的液體丁腈橡膠增塑，所以若仍沿用原來(lái)的傳統(tǒng)配合方法，以配加大量硬質(zhì)炭黑補(bǔ)強(qiáng)填料的手段來(lái)制造封隔器用膠筒會(huì)遇到許多問(wèn)題，首先，膠料的工藝性能很差，門尼粘度高達(dá)200以上，在煉膠、出片時(shí)，膠料的發(fā)熱量很大，煉膠時(shí)煉膠機(jī)的輥筒溫度可能驟升至80～90℃，很易導(dǎo)致膠料在輥筒上焦燒；其次，在用移模法成型膠筒時(shí)，必須對(duì)膠料施加很大的壓注壓力(可能要達(dá)到1000kN以上)，而且需要較長(zhǎng)的注膠時(shí)間才能使膠料充滿模腔；再者，硫化后的產(chǎn)品表面會(huì)殘留壓注時(shí)膠料從流道流出的膠條相互融合時(shí)因融合不充分而形成的細(xì)小隱痕(紋理)，影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種特定配合的橡膠組合物，利用該組合物，可以克服用氫化丁腈橡膠制造油氣田用耐高溫封隔器膠筒時(shí)遇到的上述一系列問(wèn)題。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，其特征是，該組合物以氫化丁腈橡膠為主體材料，以有機(jī)過(guò)氧化物為交聯(lián)劑，以硬質(zhì)炭黑和軟質(zhì)炭黑并用為增強(qiáng)填料，以多官能團(tuán)活性單體為交聯(lián)活性劑—增硬劑，其組成，以氫化丁腈橡膠為100重量份計(jì)，包括氫化丁腈橡膠 100氧化鋅3～5硬脂酸1～2有機(jī)過(guò)氧化物 3～5防老劑2.5～4增強(qiáng)填料 50～100活性劑—增硬劑10～40。
其中使用的氫化丁腈橡膠的丙烯腈含量宜為為35～40％，飽和度宜為95～98％，這時(shí)它的工藝性能、耐油、耐高溫性能等綜合性能較為均衡。具體產(chǎn)品舉例如日本瑞翁公司出品的Zetpol 2010。由于這類氫化丁腈橡膠的飽和度高，采用通常的硫黃硫化系統(tǒng)硫化，交聯(lián)效果很差，得到的硫化橡膠的耐老化性能不好，為此，宜采用以有機(jī)過(guò)氧化物引發(fā)的自由基交聯(lián)方式，因?yàn)檫@時(shí)能形成鍵能較高、耐熱性優(yōu)良的C-C交聯(lián)鍵。通常使用價(jià)廉易得、效率較高的過(guò)氧化二異丙苯(DCP)，用量以氫化丁腈橡膠為100重量份計(jì)，宜為3～5重量份，用量過(guò)少，交聯(lián)程度不足，用量過(guò)多，形成過(guò)度交聯(lián)，均會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利影響，當(dāng)然，這時(shí)還可以配加適量像三烯丙基氰尿酸酯(TAC)或三烯丙基異氰尿酸酯(TAIC)之類交聯(lián)助劑來(lái)進(jìn)一步提高交聯(lián)效率。
為了使最終產(chǎn)品獲得足夠高的硬度和強(qiáng)度，需在本發(fā)明組合物中配加50～100重量份由硬質(zhì)炭黑和軟質(zhì)炭黑并用組成的增強(qiáng)填料，這是因?yàn)閱斡糜操|(zhì)炭黑雖然在增硬、增強(qiáng)方面，效果明顯，但是得到的膠料的流動(dòng)性不夠理想，會(huì)在最終產(chǎn)品上留下隱痕。常用的硬質(zhì)炭黑是高耐磨爐法炭黑，常用的軟質(zhì)炭黑是噴霧炭黑，兩者的并用比，以重量計(jì)，宜為75％～50％∶25％～50％，硬質(zhì)炭黑并用量不足，增硬增強(qiáng)效果不明顯，反之，軟質(zhì)炭黑并用量過(guò)少，對(duì)改善膠料工藝性能的效果不顯著。
為了在不提高增強(qiáng)填料用量的前提下，進(jìn)一步改善橡膠材料的硬度和物理—機(jī)械性能，在本發(fā)明組合物中采用了多官能團(tuán)活性單體作為交聯(lián)活性劑—增硬劑，它們?cè)谙鹉z的硫化過(guò)程中會(huì)與橡膠的大分子鏈發(fā)生交聯(lián)、接枝、聚合等一系列復(fù)雜反應(yīng)，使橡膠的硬度、強(qiáng)度都有明顯提高。其用量，以氫化丁腈橡膠為100重量份計(jì)，宜為10～40重量份。此類多官能團(tuán)活性單體選自沙多瑪公司出品的SaretSR350、Saret SR517、Saret SR521中的一種或多種的并用。其中，Saret SR350是三官能團(tuán)的三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；SaretSR517也是三官能團(tuán)的；Saret SR521是雙官能團(tuán)的。
如上所述，通過(guò)采用硬質(zhì)與軟質(zhì)炭黑并用，加上多官能團(tuán)活性單體的摻用，可以把炭黑的用量降低到100重量份以下，于是膠料的門尼粘度也從原來(lái)的200以上降低到180以下，如此制得的封隔器膠筒的外觀質(zhì)量和內(nèi)在的物理—機(jī)械性能能滿足用戶要求，可以在150℃溫度下使用。用本組合物制造的封隔器曾在大慶、遼河、江漢、大港等油田試用，獲得好評(píng)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體說(shuō)明，但是本發(fā)明絕不局限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1～5和比較例1～2采用日本瑞翁公司出品的丙烯腈含量為36％，飽和度為96％的Zeppol 2010氫化丁腈橡膠(HNBR)作為主體材料，以它為100重量份計(jì)，按表1所示配合制備符合本發(fā)明要求的以過(guò)氧化二異丙本(DCP)作為交聯(lián)劑、以高耐磨爐法炭黑(N330)與噴霧炭黑的并用作為增強(qiáng)填料、以多官能團(tuán)活性單體(沙多瑪公司出品的SaretSR350、Saret SR517)作為交聯(lián)活性劑—增硬劑的組合物，即實(shí)施例1～5，另外，以相似的配合，不使用多官能團(tuán)活性單體的配合作為比較例1，以相似的配合，但單用硬質(zhì)炭黑作補(bǔ)強(qiáng)填料的配合作為比較例2；經(jīng)硫化壓制成試片和封隔器膠筒產(chǎn)品測(cè)得的結(jié)果綜合歸納如表1，由這些結(jié)果可見(jiàn)，采用本發(fā)明可以獲得各方面綜合性能均衡，外觀優(yōu)良的封隔器產(chǎn)品。
表1


權(quán)利要求
1.一種用于制造油氣田用耐高溫壓縮式封隔器膠筒的橡膠組合物，其特征是，該組合物以氫化丁腈橡膠為主體材料，以有機(jī)過(guò)氧化物為交聯(lián)劑，以硬質(zhì)炭黑和軟質(zhì)炭黑并用為增強(qiáng)填料，以多官能團(tuán)活性單體為交聯(lián)活性劑—增硬劑，其組成，以氫化丁腈橡膠為100重量份計(jì)，包括氫化丁腈橡膠 100氧化鋅 3～5硬脂酸 1～2有機(jī)過(guò)氧化物 3～5防老劑 2.5～4增強(qiáng)填料 50～100活性劑—增硬劑 10～40。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物，其特征是，所述的氫化丁腈橡膠的丙烯腈含量為35～40％，飽和度為95～98％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物，其特征是，所述的增強(qiáng)填料中的硬質(zhì)炭黑是高耐磨爐法炭黑，軟質(zhì)炭黑是噴霧炭黑，以重量計(jì)，兩者的并用比為75％～50％∶25％～50％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物，其特征是，所述的多官能團(tuán)活性單體選自沙多瑪公司出品的Saret SR350、Saret SR517、SaretSR521中的一種或多種的并用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物，其特征是，所述的有機(jī)過(guò)氧化物是過(guò)氧化二異丙苯。
全文摘要
一種用于制造油氣田用耐高溫壓縮式封隔器膠筒的橡膠組合物，其特征是，該組合物以氫化丁腈橡膠為主體材料，以有機(jī)過(guò)氧化物為交聯(lián)劑，以硬質(zhì)炭黑和軟質(zhì)炭黑并用為增強(qiáng)填料，以多官能團(tuán)活性單體為交聯(lián)活性劑一增硬劑，這種組合物的門尼粘度可以降至180以下，硫化后的硬度可以達(dá)到邵爾A90以上，產(chǎn)品可在溫度達(dá)到150℃的油氣井環(huán)境中使用。
文檔編號(hào)C08K5/00GK1789314SQ20041009314
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者王兆東 申請(qǐng)人:上海橡膠制品研究所