模擬封隔器膠筒在實(shí)際工況條件下的老化試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬封隔器膠筒在實(shí)際工況條件下的老化試驗(yàn)方法，其將氫化丁晴橡膠加工為一定尺寸的橡膠試樣，然后對(duì)該試樣施加應(yīng)力，并將其浸泡在液體老化介質(zhì)中，控制老化溫度，進(jìn)行不同天數(shù)的老化實(shí)驗(yàn)，即展開對(duì)橡膠試樣力學(xué)性能分析及使用壽命的研究。本發(fā)明試驗(yàn)方法可以從實(shí)驗(yàn)室模擬加速試驗(yàn)結(jié)果近似推測(cè)橡膠在實(shí)際環(huán)境中的老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明老化試驗(yàn)方法在保證模擬性和重現(xiàn)性的同時(shí)具有顯著的加速老化性，可達(dá)數(shù)十倍，其可應(yīng)用于研究封隔器膠筒橡膠在其實(shí)際工況環(huán)境條件下的老化行為和規(guī)律，還可以應(yīng)用于其他類型橡膠在相應(yīng)環(huán)境下的老化性能研究。
【專利說明】模擬封隔器膠筒在實(shí)際工況條件下的老化試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于封隔器膠筒老化模擬【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種模擬封隔器膠筒在實(shí)際工況條件下的老化試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]橡膠材料及其制品由于其獨(dú)特、優(yōu)異的性能，已被廣泛應(yīng)用于石油、建筑、汽車、航天等多個(gè)領(lǐng)域。油井封隔器是石油勘探開發(fā)過程中井下作業(yè)的重要工具之一，封隔器在各油田的生產(chǎn)實(shí)踐中廣泛應(yīng)用，其密封元件——膠筒，是封隔器的核心部件。然而膠筒的使用工況復(fù)雜而苛刻:高溫、高壓、處于腐蝕介質(zhì)中，同時(shí)還受到硫化氫、酸等的侵蝕。在這種環(huán)境下，膠筒橡膠材料會(huì)發(fā)生溶脹、老化等現(xiàn)象，其性能會(huì)隨著時(shí)間的增加而逐漸下降，甚至喪失使用性能，導(dǎo)致密封失敗。
[0003]采用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行膠筒橡膠老化研究可以明確封隔器膠筒橡膠老化規(guī)律及老化機(jī)理，并能預(yù)測(cè)其使用壽命。自然條件下橡膠的老化通常需要幾年的時(shí)間，因此利用加速老化方法以進(jìn)行橡膠材料的老化性能研究成為一種切實(shí)可行的辦法。常用的加速老化有熱空氣加速老化、氧彈加速老化、人工氣候加速老化、濕熱老化、臭氧加速老化、煙霧腐蝕等試驗(yàn)方法。
[0004]目前常用的橡膠老化實(shí)驗(yàn)方法存在一些不足之處:其一，某些特殊橡膠，如封隔器膠筒橡膠在使用過程中會(huì)受到較大的應(yīng)力作用，而關(guān)于應(yīng)力條件下的橡膠老化實(shí)驗(yàn)卻鮮有報(bào)道。其二，封隔器膠筒所處實(shí)際工況溫度可達(dá)150°C，而且處于液體介質(zhì)中，而普通的橡膠老化實(shí)驗(yàn)方法難以實(shí)現(xiàn)高溫條件下橡膠在液體介質(zhì)中的老化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷本發(fā)明提出了一種模擬封隔器膠筒在實(shí)際工況條件下的老化試驗(yàn)方法，該方法可用于對(duì)封隔器膠筒橡膠在高溫、應(yīng)力以及液體老化介質(zhì)條件下的老化性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法具有模擬性和重現(xiàn)性。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案包括:
[0007]—種模擬封隔器膠筒在實(shí)際工況條件下的老化試驗(yàn)方法，依次包括以下步驟:
[0008]a選取封隔器膠筒所用的氫化丁晴橡膠材料，并將其加工成圓柱形的橡膠試樣；
[0009]b準(zhǔn)備反應(yīng)裝置，所述反應(yīng)裝置包括反應(yīng)釜和壓縮夾具，所述反應(yīng)釜包括釜體和用于密封釜體的蓋體，所述壓縮夾具包括底板和位于所述底板上方、并與所述底板平行的上板，所述底板和上板兩邊的邊緣處設(shè)置有用于限定所述底板和上板的螺栓，所述螺栓的頂部用螺母旋緊；所述底板和上板之間設(shè)置有限位器，所述限位器卡設(shè)在所述螺栓的螺桿上；
[0010]c將所述橡膠試樣放于上述底板和上板之間，然后放入所述限位器設(shè)定壓縮高度，壓縮橡膠試樣，取一定量的液體老化介質(zhì)，加入上述釜體中，將壓縮后的橡膠試樣浸入所述老化介質(zhì)中，封閉反應(yīng)爸;[0011]d接步驟C，將反應(yīng)釜放入恒溫老化實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行加熱，在一定溫度下進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)，老化時(shí)間分別設(shè)定為2天、4天、7天、14天、30天、45天、60天、75天、90天；
[0012]e接步驟d，老化完成后取出試樣，自由狀態(tài)下放置30分，測(cè)量試樣恢復(fù)高度，即可展開對(duì)不同時(shí)間以及不同溫度條件下老化后的橡膠試樣壓縮永久變形力學(xué)性能分析。
[0013]進(jìn)一步的，步驟b中，所述壓縮夾具的底板和上板之間設(shè)置有若干個(gè)壓板，每?jī)蓚€(gè)相鄰的壓板平行設(shè)置，所述每個(gè)壓板和上板、底板之間均設(shè)置有限位器，所述螺栓依次豎穿于所述上板、每個(gè)壓板和底板的邊緣處。
[0014]進(jìn)一步的，步驟a中，上述橡膠試樣的尺寸為Φ 29 X 12.5mm。
[0015]進(jìn)一步的，上述橡膠試樣的變形量為25%。
[0016]進(jìn)一步的，步驟d中溫度為160°C?200°C。
[0017]進(jìn)一步的，步驟b中，上述釜體的進(jìn)口處設(shè)置有凸緣盤，上述凸緣盤與上述蓋體之間鋪設(shè)一層不銹鋼密封圈，上述凸緣盤和蓋體之間通過螺栓連接。
[0018]本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果:
[0019]本發(fā)明提出了一種模擬封隔器膠筒在實(shí)際工況條件下的老化試驗(yàn)方法，其將氫化丁晴橡膠加工為一定尺寸的橡膠試樣,然后對(duì)該橡膠試樣施加應(yīng)力，并將其浸泡在液體老化介質(zhì)中，由于封隔器膠筒中所選用的材質(zhì)通常為氫化丁晴橡膠，其將氫化丁晴橡膠加工為橡膠試樣更具模擬性，本發(fā)明老化介質(zhì)選用的是油田現(xiàn)場(chǎng)水樣，控制老化溫度，進(jìn)行不同天數(shù)的老化實(shí)驗(yàn)，即可展開對(duì)橡膠試樣力學(xué)性能分析及使用壽命的研究，可以從實(shí)驗(yàn)室模擬加速試驗(yàn)結(jié)果近似推測(cè)橡膠在實(shí)際環(huán)境中的老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明老化試驗(yàn)方法在保證模擬性和重現(xiàn)性的同時(shí)具有顯著的加速老化性，可達(dá)數(shù)十倍。
[0020]本發(fā)明通過壓縮夾具給試樣施加應(yīng)力，可模擬膠筒老化的實(shí)際力學(xué)工況條件；通過密封反應(yīng)釜可以使釜體內(nèi)保持較大壓力，使橡膠試樣可以在較高溫度下，例如150°C以上仍能在液體老化介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)間老化，更為真實(shí)的模擬膠筒橡膠所處的老化環(huán)境。
[0021]本發(fā)明方法可應(yīng)用于研究橡膠試樣在其實(shí)際工況環(huán)境條件下的的老化行為和規(guī)律，還可以應(yīng)用于其他類型橡膠在相應(yīng)環(huán)境下的老化性能研究。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步清楚、完整的說明:
[0023]圖1為本發(fā)明蓋體的俯視圖；
[0024]圖2為本發(fā)明老化試驗(yàn)裝置的剖面圖；
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1橡膠試樣在油田污水老化介質(zhì)中在160°C下壓縮永久變形隨老化時(shí)間的變化曲線圖；
[0026]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2橡膠試樣在油田污水老化介質(zhì)中在180°C下壓縮永久變形隨老化時(shí)間的變化曲線圖；
[0027]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3橡膠試樣在油田污水老化介質(zhì)中在200°C下壓縮永久變形隨老化時(shí)間的變化曲線圖；
[0028]圖中，1、緊固螺栓，2、凸緣盤，3、釜體，4、螺母，5、橡膠試樣，6、螺栓，7、不銹鋼密封圈，8、液體老化介質(zhì),9、限位器,10、壓板。【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明公開了一種模擬封隔器膠筒在實(shí)際工況條件下的老化試驗(yàn)方法，為了使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)方案更加明確，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步清楚、完整的說明。
[0030]下面對(duì)本發(fā)明所選部分原料做如下說明:
[0031]本發(fā)明所選液體老化介質(zhì)是選用的油田現(xiàn)場(chǎng)水樣；封隔器膠筒其是由氫化丁晴橡膠制作而成的，將生膠硫化后用磨具加工成圓柱形試樣作為本發(fā)明的橡膠試樣，本發(fā)明以下實(shí)施例均優(yōu)選尺寸為Φ29πιπιΧ 12.5mm，將加工好的橡膠試樣放入圖2所示的橡膠壓縮裝置施加應(yīng)力。
[0032]下面對(duì)本發(fā)明橡膠老化裝置的結(jié)構(gòu)及其工作方法作如下說明:
[0033]在圖2中，將圓柱型試樣放在四個(gè)壓板10之間，通過限位器9來確定每?jī)蓚€(gè)板之間的高度，通過擰緊螺栓6頂部的螺母4來壓縮橡膠試樣，使其達(dá)到限位器9所限定的高度。
[0034]在反應(yīng)釜釜體3中加入橡膠老化所用液體老化介質(zhì)8，將壓縮夾具浸入老化溶液當(dāng)中，反應(yīng)釜的蓋體與釜體3凸緣盤2上通過十個(gè)周向均勻分布的緊固螺栓I相連接，兩個(gè)凸緣盤2中間夾有不銹鋼密封圈7，對(duì)稱擰緊十個(gè)螺栓，使反應(yīng)釜密封。
[0035]將反應(yīng)釜放入老化試驗(yàn)箱中，老化溫度設(shè)為160°C~200°C，進(jìn)行2~90天時(shí)間的老化試驗(yàn)，即可分析橡膠試樣在老化不同溫度、不同時(shí)間后的壓縮永久變形等老化性能參數(shù)，壓縮永久變形的計(jì)算方法按照式(I)計(jì)算:
【權(quán)利要求】
1.一種模擬封隔器膠筒在實(shí)際工況條件下的老化試驗(yàn)方法，其特征在于，依次包括以下步驟: a選取封隔器膠筒所用的氫化丁晴橡膠材料，并將其加工成圓柱形的橡膠試樣； b準(zhǔn)備反應(yīng)裝置，所述反應(yīng)裝置包括反應(yīng)釜和壓縮夾具，所述反應(yīng)釜包括釜體和用于密封釜體的蓋體，所述壓縮夾具包括底板和位于所述底板上方、并與所述底板平行的上板，所述底板和上板兩邊的邊緣處設(shè)置有用于限定所述底板和上板的螺栓，所述螺栓的頂部用螺母旋緊；所述底板和上板之間設(shè)置有限位器，所述限位器卡設(shè)在所述螺栓的螺桿上； c將所述橡膠試樣放于上述底板和上板之間，然后放入所述限位器設(shè)定壓縮高度，壓縮橡膠試樣，取一定量的液體老化介質(zhì)，加入上述釜體中，將壓縮后的橡膠試樣浸入所述老化介質(zhì)中，封閉反應(yīng)釜； d接步驟C，將反應(yīng)釜放入恒溫老化實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行加熱，在一定溫度下進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)，老化時(shí)間分別設(shè)定為2 天、4天、7天、14天、30天、45天、60天、75天、90天； e接步驟d，老化完成后取出試樣，自由狀態(tài)下放置30分鐘，測(cè)量試樣恢復(fù)高度，即可展開對(duì)不同時(shí)間以及不同溫度條件下老化后的橡膠試樣壓縮永久變形力學(xué)性能分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的老化試驗(yàn)方法，其特征在于:步驟b中，所述壓縮夾具的底板和上板之間設(shè)置有若干個(gè)壓板，每?jī)蓚€(gè)相鄰的壓板平行設(shè)置，所述每個(gè)壓板和上板、底板之間均設(shè)置有限位器，所述螺栓依次豎穿于所述上板、每個(gè)壓板和底板的邊緣處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的老化試驗(yàn)方法，其特征在于:步驟a中，所述橡膠試樣的尺寸為 Φ 29 X 12.5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的老化試驗(yàn)方法，其特征在于:所述橡膠試樣的變形量為25%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的老化試驗(yàn)方法，其特征在于:步驟d中溫度為160°C~200°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的老化試驗(yàn)方法，其特征在于:步驟b中，所述釜體的進(jìn)口處設(shè)置有凸緣盤，所述凸緣盤與所述蓋體之間鋪設(shè)一層不銹鋼密封圈，所述凸緣盤和蓋體之間通過螺栓連接。
【文檔編號(hào)】G01N33/44GK104020279SQ201410277741
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】胡松青, 廉兵杰, 王志坤, 呂強(qiáng), 張?zhí)锾? 陳生輝 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(華東)