提高采油工具密封性能的研究

岳东卫 张军 李铁强 李军

摘要：为了满足逐渐复杂的石油钻采作业的需求，钻采作业对于钻采工具性能、结构、以及施工效率都有着很高的要求，并且对实验装置的研制和实验手段有着更高的要求，封隔器胶筒作为石油钻采井下工具之中最为重要的密封件之一，对于密封性的研究起到很重要的意义。本篇文章对封隔器胶筒的密封性能进行更深层研究，主要阐述了氢化丁腈橡胶胶筒制作过程中，对其中的交联体系所产生的影响进行了研究。

关键词：封隔器胶筒;氢化丁腈;交联体系;耐高温性;压缩永久变形

引言：作为油田采油作业中比较重要井下工具之一的封隔器，被广泛的适用于各种情况下的作业。封隔器可以达到控制产能、注液的效果，套管起到保护作用。所以对胶筒密封性的研究就是为了提高工作效率。近些年来，由于依靠常规的开采方式很难做到产能的提高，必须结合其他方式进行同步开采，比如：蒸汽吞吐和 SAGD 技术。受到开采温度的影响，对于封隔器胶筒承受高温的能力就要要求很高。这次研究的最终目的就是为了开发一种新型的材料，用氢化丁腈橡胶作为原材料，其原因是该物体本身就有很好的耐油性的耐化学性，还有较好的抗高温型以及不易变形等，使其综合性能有了提高。

一、石油钻采现状及发展趋势

伴随着石油钻采技术的迅速发展，有很多新型的钻采工艺，和新的工具的出现，那么就要有新的技术和手段与之相呼应。那些规模较小的室内实验室的装备已经在很多方面不能偶满足于当下钻井与石油开采的技术发展水平。对石油钻采的各种影响因素进行考虑，主要是其中的成本投入、安全事故的预防、工作效率的高低等等。为了让采油等技术成果更加具有科学性性和可靠性，就需要国内外研究院和油气公司对钻井、采油、井控进行模拟实验。造钻井作业中，模拟实验这个工作是必不可少的手段，模拟实验设计是为了更好的对采油工具和工艺对其在井下工作的试验，来做到问题的预防，这也是采油工作的重心和核心，因为油田开采工作的特殊性需要对井下试验进行研究，这样才能够对钻采工具和工艺技术的使用性能和整体水平进行提高。根据权威部门调查结果显示证明，国外的那些拥有实力雄厚的科研队伍和先进实验设备的石油工具公司，会对先进的经验进行利用，加大石油的开采工作。

二、封隔器的密封与锚定性能测试装置建设的必要性

现在，钻采贡酒及工艺技术已经作为油气田开发过程钻采研究的基础，装备的模拟实验成为其重要的部分。

（一）钻采工具自身的独特性

每一种钻采工具都有其自身的独特性，不仅要符合技术要求又要克服井下生产困难，有一些生产单位因为担心影响生产的效益，不想进行生产井工程试验。

（二）生产状况单一，重复性低

在现场的生产状况比较单一，重复性比较低。因为生产条件不容易改变，可供研究的生产条件较少，

（三）局域不确定性

试验场地的选择局域不确定性，因为所选择的试验井未必能够满足工具及工艺试验条件，不利于研究实验数据的提取。

（四）试验井的不确认

如果直接将钻采新工艺、新的装备对现场井进行试验，就会加大其试验周期，具有很高的试验风险，一旦试验失败，就会产生损失和难以拟补的影响。

（五）模拟软件的研究

计算以科学技术相關工程的模拟软件的研究逐渐成为采油模拟实验中的一种方式，但是从长远的发展来看考虑到技术和经济利益，现场井不适合代替模拟装置。

总体的来讲只有模拟实验才能取得现场试验没有办法拿到或者因为试验周期较长你能及时获得的试验数据。这样一来只有模拟实验才可以大大缩短科研成本及时间，对未经过实验就进行使用的产品中出现的缺陷进行处理，可以帮助其减少资金方面的浪费，使得研究的各项产品在使用的过程中具备更强的实用性，并且产生经济效益。

三、实验数据分析

通过实验在防老体系、增强体系以及增塑体系一样的结果中，对其进行控制，寻找合适的交联体系，正确处理好其中的关系。大部分文献证明：控制着交联剂双-2，5的用量不断加大，最大的转距逐渐变得一致，所以说：当密度这个条件一样的话，无论是增加或是减少其交联剂的使用量，对实验结果都不会产生差异。因此，综合考虑之下双-2，5的量控制在4份和5份之间。在低硫高促进剂和硫磺硫化体系两者条件的共同影响下，其结果为转矩的最大值<过氧化物交联体系。从而也就验证了一个结果，硫磺硫化体系的低密度交联情况是存在的，并且受它自身影响。

进行操作的实验主要是对HNBR 此种高饱和橡胶做出对比的处理方式，在整个操作过程中，采取三种交联体系。分别是：有机过氧化物间的交联、硫磺剂中的低量促进以及酚醛树脂交联。

对实验结果进行研究可知，以上三种方式进行操作过程中，所表现出来的性能之间的不同是显而易见的。第一种交联体系中的胶桶会呈现出良好的拉伸性，在硬度方面也是高于其他。在经受高温的情况下，表现出来极强的耐老化的优良性能，使得产生变形的可能性被大大的降低。其次在碳键性能的影响下，导致胶筒压缩永久变形指数大扯断伸长率高，其抗热、抗老化性能都不高。溴化酚醛树脂交联体系和各种性能是在以上两个实验物质之间的。影响交联体系的撕裂强度、拉伸强度、扯断伸长率、定伸强度、抗压缩永久变形等性能。据实验结果表明，当多硫键出现最大的拉伸长度时则是交联密度的最大值。主要原因是，各个交流点之间的链段不同，位置不同，在外力的作用下产生变形的时候就会产生应力集中。就可能会导致强键的断裂，让分子流动，当应力不均衡的时候就会破坏网构。

反而弱键能够对应力进行有效的处理。当交联密度的数值越高的时候，定伸强度和交联键之间的关系则是—C—C—〉—C—S—C—〉—C—SX—C—。

四 结果与讨论

通过对以上数据的分析，有效的证明了氢化丁腈封隔器胶筒的力学性能。抗老化性能和耐高温性能都比较乐观，在五到六月份该配方在采用-2，5的过氧化物交联体系使用时其寿命可以达到两年，原因是它能够承受150℃ 的高温和21MPa的高压强。

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