高性能封隔器膠筒研制

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1、高 性 能 封 隔 器 膠 筒 研 制 摘 要 ： 根 據(jù) 膠 筒 的 使 用 環(huán) 境 及 特 點(diǎn) ， 針 對(duì) 目 前 市 場 上 小 直 徑 特 殊 膠 筒 普 遍 存 在 耐 壓 差 低 、 壽 命 短 的 缺 點(diǎn) ， 開 展 了 小 直 徑 封 隔 器 膠 筒 的 膠 料 配 合 和 結(jié) 構(gòu) 形 狀 研 究 。 結(jié) 果 顯 示 ： 與 炭 黑 /NBR 體 系 相 比 ， 在 過 氧 化 物 硫 化 體 系 下 ， 甲 基 丙 稀 酸 鎂 可 以 有 效 補(bǔ) 強(qiáng) 丁 腈 橡 膠 ， MMg/NBR 硫 化 膠 的 邵 A 硬 度 、 拉 伸 強(qiáng) 度 、 扯 斷 伸 長 率 和 100%定

2、 伸 強(qiáng) 度 均 較 高 ； 新 設(shè) 計(jì) 的 膠 筒 結(jié) 構(gòu) 簡 單 合 理 、 易 卸 模 、 成 品 率 高 ， 并 通 過 模 擬 試 驗(yàn) 發(fā) 現(xiàn) ， 新 的 結(jié) 構(gòu) 形 狀 可 以 有 效 改 善 膠 筒 的 抗 破 壞 性 能 ， 耐 壓 差 性 能 平 均 提 高 5MPa。 研 制 出 的 小 直 徑 特 殊 膠 筒 性 能 指 標(biāo) 達(dá) 到 了 耐 溫 120 、 耐 壓 差 25MPa， 能 滿 足 油 田 大 部 分 套 變 井 的 要 求 。 關(guān) 鍵 詞 ： 封 隔 器 膠 筒 ； 過 氧 化 物 ； 甲 基 丙 稀 酸 鎂 ； 結(jié) 構(gòu) ； 模 擬 試 驗(yàn) 目 錄 前 言

3、.1 1 封 隔 器 膠 筒 工 況 分 析 .2 1.1 簡介 .2 1.2 工況分析 .2 1.3 膠筒性能的影響因素 .2 2 研 究 方 案 設(shè) 計(jì) .4 2.1 技術(shù)路線 .4 2.2 技術(shù)方案 .4 3 配 方 實(shí) 驗(yàn) .5 3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 .5 3.1.1 原材料選擇 .5 3.1.2 儀器設(shè)備 .5 3.2 實(shí)驗(yàn)方案 .5 3.2.1 補(bǔ)強(qiáng)性能采用正交設(shè)計(jì)法進(jìn)行配方設(shè)計(jì) .5 3.2.2 防老化試驗(yàn)設(shè)計(jì) .5 3.3 實(shí)驗(yàn)過程 .6 3.3.1 混煉 .6 3.3.2 硫化 .6 3.3.3 物化性能測試 .6 3.4 結(jié)果分析 .7 3.4.1 補(bǔ)強(qiáng)性能分析 .7 3.4.

4、2 防老化性能分析 .7 3.5 小結(jié) .7 4 結(jié) 構(gòu) 形 狀 優(yōu) 化 .8 4.1 尺寸設(shè)計(jì) .8 4.2 端部形狀設(shè)計(jì) .8 5 加 工 工 藝 研 究 .9 5.1 填料方式 .9 5.2 膠筒壁厚對(duì)硫化時(shí)間及溫度的影響 .9 6 封 隔 器 膠 筒 模 擬 試 驗(yàn) .10 6.1 試驗(yàn)設(shè)備 .10 6.2 試驗(yàn)記錄 .10 6.3 試驗(yàn)結(jié)果分析 .10 6.3.1 結(jié)構(gòu)形狀對(duì)膠筒性能的影響 .10 6.3.2 初始密封的座封力測定 .11 6.3.3 座封載荷和密封壓差的關(guān)系 .11 結(jié) 論 .12 參 考 文 獻(xiàn) .13 致 謝 .14 前 言 近 年 來 ， 中 原 油 田 的

5、開 發(fā) 已 進(jìn) 入 高 含 水 階 段 ， 井 況 惡 化 現(xiàn) 象 嚴(yán) 重 ， 各 種 新 的 配 套 工 藝 措 施 不 斷 出 現(xiàn) ， 所 需 井 下 工 具 的 結(jié) 構(gòu) 類 型 也 越 來 越 多 。 根 據(jù) 統(tǒng) 計(jì) ， 到 2003 年 底 中 原 油 田 有 各 類 套 管 損 壞 井 1121 口 ， 約 占 總 油 水 井 數(shù) 的 24%， 其 中 ， 存 在 套 管 縮 徑 變 形 問 題 的 有 720 口 ， 其 變 形 段 的 內(nèi) 徑 僅 有 108mm 或 者 更 少 。 常 規(guī) 的 51/2 井 下 工 具 的 外 徑 一 般 在 113mm 115mm， 不 能 配

6、 合 這 部 分 措 施 井 施 工 ， 導(dǎo) 致 部 分 油 水 井 停 產(chǎn) ， 給 油 田 帶 來 了 巨 大 損 失 。 故 急 需 研 制 小 直 徑 封 隔 器 來 滿 足 現(xiàn) 場 施 工 需 求 ， 使 這 部 分 油 水 井 恢 復(fù) 生 產(chǎn) 。 另 外 隨 著 4 套 管 技 術(shù) 在 部 分 變 形 井 中 的 應(yīng) 用 ， 也 需 要 小 直 徑 封 隔 器 來 配 合 現(xiàn) 場 施 工 。 兩 種 封 隔 器 都 必 須 配 有 高 性 能 的 特 殊 膠 筒 來 保 證 其 密 封 性 能 和 措 施 有 效 期 。 1 封 隔 器 膠 筒 工 況 分 析 1.1 簡介 封 隔

7、器 膠 筒 一 般 由 彈 性 體 復(fù) 合 材 料 制 備 而 成 ， 可 分 為 強(qiáng) 制 型 、 自 封 型 和 復(fù) 合 型 等 ， 強(qiáng) 制 型 中 的 壓 縮 式 封 隔 器 膠 筒 是 用 的 最 為 普 遍 的 一 種 ， 本 課 題 研 究 的 就 是 此 類 。 作 為 封 隔 器 的 關(guān) 鍵 的 彈 性 體 密 封 部 件 。 其 位 于 油 管 和 套 管 之 間 ， 座 封 時(shí) 承 受 軸 向 載 荷 產(chǎn) 生 徑 向 大 變 形 ， 膠 筒 外 壁 與 套 管 壁 產(chǎn) 生 接 觸 壓 力 ， 封 隔 環(huán) 空 。 實(shí) 現(xiàn) 分 層 注 水 、 酸 化 、 壓 裂 等 工 藝 措

8、施 。 其 質(zhì) 量 的 好 壞 直 接 影 響 到 井 下 工 具 性 能 的 高 低 ， 影 響 到 增 產(chǎn) 措 施 的 成 敗 。 據(jù) 保 守 估 計(jì) ， 國 內(nèi) 油 田 年 消 耗 量 約 在 10 萬 套 以 上 。 1.2 工況分析 封 隔 器 膠 筒 的 使 用 工 況 是 非 常 復(fù) 雜 和 苛 刻 的 ： 高 壓 、 高 溫 、 處 于 油 介 質(zhì) 中 、 同 時(shí) 還 受 到 硫 化 氫 、 蒸 汽 、 酸 等 的 侵 蝕 。 在 這 樣 的 環(huán) 境 中 ， 彈 性 體 復(fù) 合 材 料 將 會(huì) 發(fā) 生 油 溶 脹 、 老 化 、 過 度 交 聯(lián) 等 現(xiàn) 象 ， 導(dǎo) 致 材 料

9、的 硬 度 上 升 、 強(qiáng) 度 下 降 、 彈 性 下 降 、 抗 裂 口 增 長 能 力 也 明 顯 降 低 。 因 此 容 易 在 單 次 使 用 時(shí) 就 產(chǎn) 生 早 期 破 壞 ， 導(dǎo) 致 密 封 失 敗 。 同 時(shí) ， 封 隔 器 膠 筒 的 “爆 炸 式 解 壓 破 壞 ”模 式 是 客 觀 存 在 的 ， 它 將 容 易 發(fā) 生 在 膠 筒 的 重 復(fù) 使 用 情 況 下 。 （ 以 下 內(nèi) 容 略 ） 1.3 膠筒性能的影響因素 在 膠 筒 的 使 用 工 況 下 ， 各 種 橡 膠 的 拉 伸 結(jié) 晶 特 性 事 實(shí) 上 已 經(jīng) 消 失 （ 即 已 經(jīng) 超 過 了 橡 膠 的

10、拉 伸 結(jié) 晶 熔 點(diǎn) ） ， 常 溫 下 表 現(xiàn) 的 高 強(qiáng) 度 特 性 完 全 不 復(fù) 存 在 ， 實(shí) 驗(yàn) 表 明 ： 室 溫 下 炭 黑 填 充 補(bǔ) 強(qiáng) 的 NBR 的 常 溫 強(qiáng) 度 25MPa 以 上 ， 但 在 150 下 ， 卻 不 足 4MPa（ 見 圖 1.1） 。 即 使 是 抗 熱 氧 老 化 特 性 非 常 好 的 氫 化 丁 腈 橡 膠 和 氟 橡 膠 ， 高 溫 下 的 強(qiáng) 度 也 大 概 是 常 溫 強(qiáng) 度 的 25%以 下 （ 見 表 1.1） 。 如 此 低 的 強(qiáng) 度 無 法 滿 足 高 壓 密 封 需 要 ， 更 不 能 抵 制 “爆 炸 式 解 壓 破

11、壞 ”模 式 。 導(dǎo) 致 膠 筒 肩 部 出 現(xiàn) 裂 紋 、 裂 紋 擴(kuò) 展 、 最 后 破 裂 失 效 。 表 1.2 顯 示 了 常 規(guī) 薄 壁 膠 筒 在 不 同 溫 度 下 耐 壓 差 性 能 的 變 化 。 圖 1.1 橡 膠 材 料 性 能 隨 溫 度 變 化 示 意 圖 表 1.1 溫 度 對(duì) 橡 膠 材 料 性 能 的 影 響 表 1.2 常 規(guī) 80 膠 筒 在 不 同 溫 度 下 耐 壓 差 性 能 比 較 從 表 1.2 可 以 看 出 ， 橡 膠 材 料 性 能 隨 著 溫 度 升 高 而 大 副 下 降 是 膠 筒 高 溫 破 壞 的 主 要 原 因 ， 所 以 ，

12、有 效 提 高 橡 膠 材 料 的 強(qiáng) 度 和 改 善 材 料 抵 抗 老 化 的 能 力 是 提 高 膠 筒 性 能 的 關(guān) 鍵 。 項(xiàng) 目 室 溫 150 拉 伸 強(qiáng) 度 /MPa 25 3.2 扯 斷 伸 長 率 /% 200 40 硬 度 /度 90 70 溫 度 / 25 120 150 工 作 壓 差 /MPa 70 35 15 25 20 15 10 5 MPa 23 60 90 2 研 究 方 案 設(shè) 計(jì) 2.1 技術(shù)路線 技 術(shù) 路 線 如 圖 2.1 所 示 圖 2.1 技 術(shù) 路 線 2.2 技術(shù)方案 先 通 過 大 量 的 實(shí) 驗(yàn) 室 研 究 ， 包 括 ： 復(fù) 合 材

13、 料 的 力 學(xué) 性 能 、 防 老 化 性 能 試 驗(yàn) ， 獲 得 特 種 彈 性 體 復(fù) 合 材 料 配 合 的 基 本 規(guī) 律 ， 獲 取 最 佳 的 配 合 和 制 備 工 藝 參 數(shù) 。 進(jìn) 而 ， 對(duì) 實(shí) 驗(yàn) 室 規(guī) 模 產(chǎn) 生 的 復(fù) 合 材 料 （ 10 公 斤 級(jí) 別 ） ， 制 備 封 隔 器 膠 筒 樣 品 ， 研 究 最 佳 的 加 工 工 藝 條 件 ， 對(duì) 膠 筒 的 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 等 。 然 后 ， 制 備 樣 品 進(jìn) 行 模 擬 試 驗(yàn) ， 通 過 性 能 反 饋 來 優(yōu) 化 復(fù) 合 材 料 的 配 合 及 制 備 工 藝 ， 優(yōu) 化 膠 筒

14、的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 、 模 具 設(shè) 計(jì) 、 成 型 工 藝 等 內(nèi) 容 。 使 膠 筒 性 能 達(dá) 到 要 求 的 指 標(biāo) 。 加工工藝 合理選擇原材料 配方試驗(yàn) 試制膠筒樣品 膠筒的工作條件分析 油浸模擬試驗(yàn)，產(chǎn)品性能達(dá)到規(guī) 定要求 結(jié)構(gòu)及模具設(shè)計(jì) 3 配 方 實(shí) 驗(yàn) 3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 3.1.1 原材料選擇 （ 此 處 內(nèi) 容 略 ） 3.1.2 儀器設(shè)備 主 要 包 括 230mm 開 煉 機(jī) ， 100t、 50t 平 板 硫 化 機(jī) ， MDR-100E 硫 化 測 定 儀 ， 老 化 測 定 儀 ， 沖 片 機(jī) 1 臺(tái) ， DL-2.5 電 子 拉 力 試 驗(yàn) 機(jī) ， 油 浸 模

15、擬 試 驗(yàn) 裝 置 。 3.2 實(shí)驗(yàn)方案 進(jìn) 行 補(bǔ) 強(qiáng) 和 防 老 化 兩 個(gè) 方 面 的 性 能 試 驗(yàn) 。 3.2.1 補(bǔ)強(qiáng)性能采用正交設(shè)計(jì)法進(jìn)行配方設(shè)計(jì) 考 慮 到 多 因 素 變 量 ， 選 定 相 應(yīng) 的 變 量 及 變 量 水 平 見 表 3.1。 表 3.1 變 量 及 水 平 表 （ 表 格 略 ） 不 考 慮 因 素 之 間 的 相 互 作 用 ， 并 且 因 素 的 變 化 水 平 都 是 三 個(gè) ， 因 此 , 采 用 L9（ 34） 正 交 試 驗(yàn) 表 ,可 以 安 排 三 個(gè) 系 列 實(shí) 驗(yàn) 元 素 ， 對(duì) 三 個(gè) 系 列 試 驗(yàn) 的 具 體 安 排 如 下 表 3

16、.2。 表 3.2 丁 腈 橡 膠 L9（ 34） （ 表 格 略 ） 3.2.2 防老化試驗(yàn)設(shè)計(jì) 考 慮 到 油 田 井 下 的 實(shí) 際 工 況 ， 存 在 油 、 水 、 氧 、 硫 化 氫 等 介 質(zhì) ， 選 擇 了 幾 種 防 老 劑 進(jìn) 行 并 用 ， 具 體 設(shè) 計(jì) 見 表 3.3。 表 3.3 防 護(hù) 體 系 設(shè) 計(jì) 表 （ 表 格 略 ） 3.3 實(shí)驗(yàn)過程 3.3.1 混煉 針 對(duì) 丁 腈 膠 的 特 點(diǎn) ， 選 擇 合 理 的 混 煉 工 藝 ： （ 以 下 內(nèi) 容 略 ） 3.3.2 硫化 正 硫 化 點(diǎn) 的 確 定 利 用 硫 化 儀 測 定 出 各 試 驗(yàn) 配 方 ，

17、計(jì) 算 正 硫 化 時(shí) 間 （ 表 3.4） 。 表 3.4 各 配 方 正 硫 化 時(shí) 間 表 （ 表 格 略 ） 3.3.3 物化性能測試 按 照 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) ， 壓 片 測 試 ， 各 配 方 的 強(qiáng) 度 、 伸 長 率 、 硬 度 、 老 化 系 數(shù) 等 主 要 性 能 指 標(biāo) 測 試 結(jié) 果 見 表 3.5。 表 3.5 硫 化 膠 性 能 表 配 方 拉 伸 強(qiáng) 度（ MPa） 扯 斷 伸 長 率(%) 硬 度(邵 A) 老 化 系 數(shù) N4101 12.5 260 72 0.80 N4102 18.2 270 80 0.85 N4103 19.2 280 86 0.85 N4

18、104 19.5 280 87 0.85 N4105 14.0 270 72 0.80 N4106 18.3 250 81 0.85 N4107 19.0 260 85 0.80 N4108 20.6 270 90 0.90 N4109 15.0 260 80 0.80 各 防 護(hù) 體 系 耐 熱 氧 老 化 性 能 見 表 3.6。 表 3.6 各 防 護(hù) 體 系 耐 熱 氧 老 化 性 能 對(duì) 比 （ 表 格 略 ） 耐 水 井 介 質(zhì) 性 能 對(duì) 比 見 表 3.7。 表 3.7 各 防 護(hù) 體 系 耐 水 井 介 質(zhì) 性 能 對(duì) 比 （ 表 格 略 ） 3.4 結(jié)果分析 3.4.1 補(bǔ)

19、強(qiáng)性能分析 按 L9（ 34） 正 交 法 對(duì) 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 分 析 ， 計(jì) 算 各 因 素 的 水 平 數(shù) 據(jù) 和 ， 并 求 出 最 大 偏 差 R， 表 3.8 列 出 了 試 驗(yàn) 的 結(jié) 果 。 由 表 中 數(shù) 據(jù) 可 以 看 出 ， 對(duì) 拉 伸 強(qiáng) 度 的 影 響 因 素 D A B C， 最 佳 組 合 為 A3B2C2D3； 對(duì) 扯 斷 伸 長 率 的 影 響 D=C A B， 最 佳 組 合 為 A1B2C2D3； 對(duì) 老 化 因 素 的 影 響 D B=C A， 最 佳 組 合 為 A1B2C2D3。 （ 以 下 內(nèi) 容 略 ） 表 3.8 丁 腈 橡 膠 試 驗(yàn) 結(jié) 果

20、（ 表 格 略 ） 3.4.2 防老化性能分析 從 表 3.6、 3.7 中 可 以 看 出 ， 防 護(hù) 體 系 的 加 入 可 以 大 大 提 高 橡 膠 材 料 的 耐 老 化 和 耐 水 井 介 質(zhì) 性 能 ， 平 均 提 高 一 倍 以 上 。 在 三 種 防 護(hù) 體 系 的 對(duì) 比 中 ， MB/BLE/硬 脂 酸 防 護(hù) 體 系 （ 2.0/1.0/1.0） 的 橡 膠 材 料 性 能 最 優(yōu) 。 3.5 小結(jié) （ 1） 適 的 配 合 體 系 可 以 使 膠 料 的 綜 合 性 能 達(dá) 到 最 佳 ， 拉 伸 強(qiáng) 度 提 高 5 7MPa； 伸 長 率 高 出 50%； 老 化

21、系 數(shù) 提 高 10% 15%。 （ 2） 特 殊 補(bǔ) 強(qiáng) 劑 甲 基 丙 稀 酸 鎂 （ MMg） 的 應(yīng) 用 可 以 有 效 提 高 膠 料 的 物 理 機(jī) 械 性 能 ， 同 等 條 件 下 ， 10 份 甲 基 丙 稀 酸 鎂 可 以 提 高 拉 伸 強(qiáng) 度 5 在 MPa 以 上 ， 提 高 伸 長 率 30% 50%。 這 一 點(diǎn) ,對(duì) 大 變 形 量 的 小 直 徑 膠 筒 是 很 重 要 的 。 經(jīng) 過 以 上 的 配 方 試 驗(yàn) ， 確 定 了 最 佳 配 方 見 表 3.9。 表 3.9 優(yōu) 化 配 方 及 性 能 表 （ 表 格 略 ） 4 結(jié) 構(gòu) 形 狀 優(yōu) 化 4.1

22、 尺寸設(shè)計(jì) （ 1） 51/2 膠 筒 內(nèi) 、 外 徑 分 別 確 定 為 60mm 和 104mm（ 與 封 隔 器 鋼 體 配 套 ） ， 根 據(jù) 資 料 介 紹 ， 膠 筒 高 度 可 以 用 下 式 近 似 計(jì) 算 ： P（ Rt2 R12） 2R1I 2 RtfP0/(1 ) （ 4.1） Rt套 管 內(nèi) 半 徑 ， mm； R1膠 筒 外 半 徑 ， mm； P工 作 壓 差 ， MPa； I膠 筒 許 用 剪 切 應(yīng) 力 ， MPa； f膠 筒 與 套 管 壁 的 摩 擦 系 數(shù) ， 一 般 取 0.3； P0預(yù) 壓 載 荷 ， MPa； 波 松 系 數(shù) ， 一 般 取 0.47

23、5。 （ 以 下 內(nèi) 容 略 ） （2）4膠筒內(nèi)外徑設(shè)計(jì)為 60mm 和 80mm，高度采用式 4.1 計(jì)算。 （ 以 下 內(nèi) 容 略 ） 4.2 端部形狀設(shè)計(jì) 根 據(jù) 資 料 介 紹 和 實(shí) 際 試 驗(yàn) 得 到 ， 膠 筒 在 長 時(shí) 間 的 大 壓 縮 負(fù) 荷 和 介 質(zhì) 的 物 理 化 學(xué) 作 用 下 ， 膠 筒 肩 部 應(yīng) 力 集 中 ， 產(chǎn) 生 很 大 的 殘 余 變 形 將 導(dǎo) 致 膠 筒 破 壞 。 桶 形 膠 筒 的 變 形 與 應(yīng) 力 關(guān) 系 見 圖 4.1： （ 圖 略 ） 圖 4.1 桶 形 膠 筒 的 變 形 與 應(yīng) 力 關(guān) 系 根 據(jù) 這 個(gè) 原 理 ， 設(shè) 計(jì) 了

24、新 型 膠 筒 端 部 形 狀 如 下 圖 ， 并 通 過 模 擬 試 驗(yàn) 發(fā) 現(xiàn) ， 新 的 結(jié) 構(gòu) 形 狀 可 以 有 效 改 善 膠 筒 的 抗 破 壞 性 能 ， 耐 壓 差 性 能 平 均 提 高 5Mpa（ 詳 見 圖 4.2） 。 (a) 改變前形狀 (b) 改變后形狀 圖 4.2 膠 筒 形 狀 對(duì) 比 圖 h 5 加 工 工 藝 研 究 5.1 填料方式 采 用 手 工 填 料 和 注 壓 移 模 兩 種 方 式 并 改 變 硫 化 的 壓 力 進(jìn) 行 試 驗(yàn) ， 檢 驗(yàn) 膠 筒 的 外 觀 、 斷 面 性 質(zhì) 、 硫 化 膠 密 度 。 表 5.1 中 列 出 了 對(duì) 比

25、的 結(jié) 果 ： 表 5.1 填 料 方 式 對(duì) 性 能 的 影 響 （ 表 格 略 ） 從 表 中 可 以 看 出 ， 注 壓 移 模 明 顯 優(yōu) 于 手 工 填 料 ， 而 且 隨 著 硫 化 壓 力 的 增 加 ， 膠 料 的 流 動(dòng) 性 增 加 ， 外 觀 及 致 密 度 有 明 顯 改 善 ， 產(chǎn) 品 性 能 提 高 。 綜 合 考 慮 選 用 注 壓 移 模 方 式 進(jìn) 行 填 料 ， 硫 化 壓 力 定 為 15 MPa20MPa。 5.2 膠筒壁厚對(duì)硫化時(shí)間及溫度的影響 橡 膠 的 硫 化 溫 度 和 硫 化 時(shí) 間 是 相 互 制 約 的 ， 它 們 之 間 的 關(guān) 系 可 以

26、 用 下 式 表 示 ： t1/t2 = K(T2-T1)/10 （ 5.1） t1-溫 度 為 T1 時(shí) 所 需 的 硫 化 時(shí) 間 ； t2-溫 度 為 T2 時(shí) 所 需 的 硫 化 時(shí) 間 ； K-硫 化 溫 度 系 數(shù) ， 一 般 取 K=2。 從 式 5.1 說 明 ， 硫 化 溫 度 提 高 10 ， 硫 化 時(shí) 間 可 縮 短 一 倍 ， 溫 度 的 提 高 可 以 有 效 的 提 高 生 產(chǎn) 效 率 。 但 橡 膠 的 傳 導(dǎo) 系 數(shù) 很 低 ， 傳 熱 速 度 很 慢 ， 對(duì) 于 象 膠 筒 的 厚 壁 制 品 ， 內(nèi) 層 的 溫 度 達(dá) 到 規(guī) 定 的 硫 化 溫 度 需

27、要 一 定 的 時(shí) 間 ， 硫 化 溫 度 過 高 ， 就 會(huì) 導(dǎo) 致 內(nèi) 外 層 硫 化 不 均 ， 要 么 外 層 正 硫 化 內(nèi) 層 欠 硫 化 ， 要 么 內(nèi) 層 正 硫 化 外 層 過 硫 化 ， 影 響 膠 筒 的 性 能 。 （ 以 下 內(nèi) 容 略 ） 6 封 隔 器 膠 筒 模 擬 試 驗(yàn) 6.1 試驗(yàn)設(shè)備 （ 1） 模 擬 試 驗(yàn) 裝 置 ： 模 擬 試 驗(yàn) 裝 置 是 膠 筒 室 內(nèi) 試 驗(yàn) 的 主 要 設(shè) 備 ， 由 試 壓 泵 、 套 加 熱 裝 置 和 控 溫 儀 等 組 成 。 技 術(shù) 指 標(biāo) 為 ： 試 驗(yàn) 溫 度 ： 室 溫 180 試 驗(yàn) 壓 差 ： 0 12

28、0MPa 套 管 內(nèi) 徑 ： 86 mm 、 125mm （ 2） 試 驗(yàn) 工 具 ： 膠 筒 試 驗(yàn) 工 具 主 要 由 活 塞 、 液 缸 、 蘿 卜 頭 、 中 心 管 和 外 鎖 緊 機(jī) 構(gòu) 組 成 。 利 用 試 驗(yàn) 工 具 模 擬 封 隔 器 膠 筒 的 工 作 狀 態(tài) ， 可 以 進(jìn) 行 膠 筒 的 座 封 性 能 、 密 封 性 能 的 測 試 。 6.2 試驗(yàn)記錄 表 6.1、 6.2 列 出 了 部 分 試 驗(yàn) 原 始 記 錄 。 6.3 試驗(yàn)結(jié)果分析 6.3.1 結(jié)構(gòu)形狀對(duì)膠筒性能的影響 在 膠 筒 內(nèi) 外 徑 一 定 的 條 件 下 ， 膠 筒 高 度 對(duì) 性 能 有

29、較 大 的 影 響 ， 表 6.3 列 出 了 相 同 條 件 下 不 同 高 度 膠 筒 所 達(dá) 到 耐 壓 指 標(biāo) ： 表 6.1 51/2 套 管 膠 筒 模 擬 試 驗(yàn) 記 錄 （ 表 格 略 ） 表 6.2 4 套 管 膠 筒 模 擬 試 驗(yàn) 記 錄 （ 表 格 略 ） 表 6.3 膠 筒 高 度 與 工 作 壓 差 關(guān) 系 （ 表 格 略 ） 可 見 膠 筒 太 長 和 太 短 都 不 能 取 得 最 好 的 性 能 ， 分 析 其 原 因 ， 膠 筒 太 短 ， 座 封 時(shí) 肩 部 變 形 量 大 ， 易 剪 切 破 壞 ， 座 封 后 與 套 管 壁 的 有 效 接 觸 面 積

30、 小 ， 也 不 利 于 長 久 密 封 ； 膠 筒 太 長 ， 座 封 過 程 容 易 出 現(xiàn) 雙 峰 現(xiàn) 象 ， 降 低 與 套 管 壁 的 接 觸 應(yīng) 力 ， 也 就 降 低 了 所 能 密 封 的 工 作 壓 差 。 所 以 ， 合 理 的 膠 筒 高 度 可 以 有 效 提 高 耐 壓 指 標(biāo) 。 通 過 試 驗(yàn) 得 出 ： 51/2 小 直 徑 膠 筒 的 合 理 高 度 為 100mm， 4 膠 筒 的 合 理 高 度 為 50mm， 與 理 論 計(jì) 算 值 基 本 相 同 。 但 內(nèi) 外 徑 的 改 變 也 會(huì) 引 起 合 理 高 度 的 改 變 。 6.3.2 初始密封的座封

31、力測定 在 地 面 上 用 4 套 管 膠 筒 加 壓 ， 泵 壓 為 1.5Mpa 時(shí) ， 膠 筒 開 始 貼 緊 套 管 壁 ， 經(jīng) 計(jì) 算 此 時(shí) 座 封 力 為 12kN， 達(dá) 到 性 能 指 標(biāo) 要 求 。 6.3.3 座封載荷和密封壓差的關(guān)系 根 據(jù) 資 料 介 紹 ， 座 封 載 荷 F 和 密 封 壓 差 P 具 有 下 面 的 關(guān) 系 ： P（ Rt2 R02） （ R12 R02） 4f R0h（ 1 z） 2Rt(Rt R12) （ Rt2 R02） （ 6.1） Rt套 管 內(nèi) 半 徑 ， mm； R1膠 筒 外 半 徑 ， mm； R0中 心 管 外 半 徑 ， mm

32、； h膠 筒 高 度 ， mm； f膠 筒 與 套 管 壁 的 摩 擦 系 數(shù) ， 一 般 取 0.3； 由 以 上 公 式 計(jì) 算 和 實(shí) 際 測 試 的 結(jié) 果 見 表 6.4： 表 6.4 座 封 載 荷 與 密 封 壓 差 的 關(guān) 系 （ 表 格 略 ） 從 表 中 可 以 看 出 ， 實(shí)際試驗(yàn)的座封載荷高于理論計(jì)算值，這在實(shí)際應(yīng)用 中是必要的。 （ 以 下 內(nèi) 容 略 ） F z 結(jié) 論 （ 1） 在 過 氧 化 物 硫 化 體 系 條 件 下 ， 甲 基 丙 稀 酸 鎂 （ MMg） 的 應(yīng) 用 可 以 有 效 提 高 膠 料 的 物 理 機(jī) 械 性 能 。 尤 其 適 應(yīng) 大 變

33、 形 量 的 小 直 徑 膠 筒 。 （ 2） 膠 筒 結(jié) 構(gòu) 的 合 理 設(shè) 計(jì) ， 可 以 有 效 提 高 膠 筒 的 耐 壓 差 性 能 和 密 封 耐 久 性 能 。 （ 3） 研 制 出 的 小 直 徑 特 殊 膠 筒 具 有 結(jié) 構(gòu) 合 理 、 性 能 高 、 用 途 廣 等 特 點(diǎn) ， 能 滿 足 油 田 大 部 分 套 變 井 的 要 求 ， 推 廣 應(yīng) 用 前 景 廣 闊 。 參 考 文 獻(xiàn) 1 袁 新 恒 ， 張 穩(wěn) 西 ， 張 勇 ， 等 .甲 基 丙 烯 酸 鎂 對(duì) NBR 的 補(bǔ) 強(qiáng) 作 用 J.橡 膠 工 業(yè) ,1999,46（ 5） :281-28 2 李 航 ，

34、 吳 文 濤 ， 羅 東 山 .甲 基 丙 烯 酸 鋅 在 NBR/木 質(zhì) 素 中 的 應(yīng) 用 J. 合 成 橡 膠 工 業(yè) .1995,18（ 6） :357-359 3 趙 陽 ， 盧 詠 來 ， 劉 力 ， 等 .甲 基 丙 烯 酸 鋅 /丁 腈 橡 膠 納 米 -微 米 混 雜 復(fù) 合 材 料 J .合 成 橡 膠 工 業(yè) .2001,24（ 6） :350-353 4 陳 朝 暉 ， 王 迪 珍 .甲 基 丙 烯 酸 鋅 在 NBR 中 的 應(yīng) 用 J .合 成 橡 膠 工 業(yè) . 2001， 24（ 5） ： 294-297 5 陳 朝 暉 ， 王 迪 珍 ， 羅 東 山 ， 等

35、.高 性 能 NBR/Zn（ MMg） 2 合 金 的 研 究 J .合 成 橡 膠 工 業(yè) .1999， 22（ 6） ： 365-367 6 封 隔 器 理 論 基 礎(chǔ) 及 應(yīng) 用 .江 漢 石 油 管 理 局 采 油 工 藝 研 究 所 J .江 漢 石 油 學(xué) 院 采 油 教 研 室 . 1983 7 謝 遂 志 .生 膠 及 骨 架 材 料 ,橡 膠 工 業(yè) 手 冊(cè) 第 一 分 冊(cè) .機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 1989 8 梁 星 宇 .配 方 與 基 本 工 藝 ,橡 膠 工 業(yè) 手 冊(cè) 第 三 分 冊(cè) . 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 1989 9 劉 植 榕 .試 驗(yàn)

36、方 法 ,橡 膠 工 業(yè) 手 冊(cè) 第 八 分 冊(cè) . 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 1989 致 謝 首先，感謝西安石油大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院老師們的辛勤勞動(dòng)，是他們嚴(yán)謹(jǐn)求 實(shí)的科學(xué)態(tài)度、一絲不茍的治學(xué)作風(fēng)，鼓勵(lì)、引導(dǎo)著我順利完成學(xué)業(yè)。我特別 感謝我的指導(dǎo)老師 XXX 老師。本畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論文） 是在他的悉心指導(dǎo)和大力幫 助下完成的。在 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 完 成 的 過 程 中 ， 中 原 油 田 采 油 工 程 技 術(shù) 研 究 院 分 層 工 藝 室 XXX 高 級(jí) 工 程 師 給 予 了 精 心 指 導(dǎo) ； XXX 工 程 師 在 資 料 查 閱 方 面 給 予 了 大 力 支 持 ， 在 此 對(duì) 以 上 人 員 一 并 表 示 衷 心 的 謝 意 。