提高采油工具密封性能的研究

岳東衛(wèi) 張軍 李鐵強(qiáng) 李軍

摘要：為了滿足逐漸復(fù)雜的石油鉆采作業(yè)的需求，鉆采作業(yè)對(duì)于鉆采工具性能、結(jié)構(gòu)、以及施工效率都有著很高的要求，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的研制和實(shí)驗(yàn)手段有著更高的要求，封隔器膠筒作為石油鉆采井下工具之中最為重要的密封件之一，對(duì)于密封性的研究起到很重要的意義。本篇文章對(duì)封隔器膠筒的密封性能進(jìn)行更深層研究，主要闡述了氫化丁腈橡膠膠筒制作過程中，對(duì)其中的交聯(lián)體系所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：封隔器膠筒;氫化丁腈;交聯(lián)體系;耐高溫性;壓縮永久變形

引言：作為油田采油作業(yè)中比較重要井下工具之一的封隔器，被廣泛的適用于各種情況下的作業(yè)。封隔器可以達(dá)到控制產(chǎn)能、注液的效果，套管起到保護(hù)作用。所以對(duì)膠筒密封性的研究就是為了提高工作效率。近些年來，由于依靠常規(guī)的開采方式很難做到產(chǎn)能的提高，必須結(jié)合其他方式進(jìn)行同步開采，比如：蒸汽吞吐和 SAGD 技術(shù)。受到開采溫度的影響，對(duì)于封隔器膠筒承受高溫的能力就要要求很高。這次研究的最終目的就是為了開發(fā)一種新型的材料，用氫化丁腈橡膠作為原材料，其原因是該物體本身就有很好的耐油性的耐化學(xué)性，還有較好的抗高溫型以及不易變形等，使其綜合性能有了提高。

一、石油鉆采現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

伴隨著石油鉆采技術(shù)的迅速發(fā)展，有很多新型的鉆采工藝，和新的工具的出現(xiàn)，那么就要有新的技術(shù)和手段與之相呼應(yīng)。那些規(guī)模較小的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室的裝備已經(jīng)在很多方面不能偶滿足于當(dāng)下鉆井與石油開采的技術(shù)發(fā)展水平。對(duì)石油鉆采的各種影響因素進(jìn)行考慮，主要是其中的成本投入、安全事故的預(yù)防、工作效率的高低等等。為了讓采油等技術(shù)成果更加具有科學(xué)性性和可靠性，就需要國內(nèi)外研究院和油氣公司對(duì)鉆井、采油、井控進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。造鉆井作業(yè)中，模擬實(shí)驗(yàn)這個(gè)工作是必不可少的手段，模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是為了更好的對(duì)采油工具和工藝對(duì)其在井下工作的試驗(yàn)，來做到問題的預(yù)防，這也是采油工作的重心和核心，因?yàn)橛吞镩_采工作的特殊性需要對(duì)井下試驗(yàn)進(jìn)行研究，這樣才能夠?qū)︺@采工具和工藝技術(shù)的使用性能和整體水平進(jìn)行提高。根據(jù)權(quán)威部門調(diào)查結(jié)果顯示證明，國外的那些擁有實(shí)力雄厚的科研隊(duì)伍和先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的石油工具公司，會(huì)對(duì)先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行利用，加大石油的開采工作。

二、封隔器的密封與錨定性能測試裝置建設(shè)的必要性

現(xiàn)在，鉆采貢酒及工藝技術(shù)已經(jīng)作為油氣田開發(fā)過程鉆采研究的基礎(chǔ)，裝備的模擬實(shí)驗(yàn)成為其重要的部分。

（一）鉆采工具自身的獨(dú)特性

每一種鉆采工具都有其自身的獨(dú)特性，不僅要符合技術(shù)要求又要克服井下生產(chǎn)困難，有一些生產(chǎn)單位因?yàn)閾?dān)心影響生產(chǎn)的效益，不想進(jìn)行生產(chǎn)井工程試驗(yàn)。

（二）生產(chǎn)狀況單一，重復(fù)性低

在現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況比較單一，重復(fù)性比較低。因?yàn)樯a(chǎn)條件不容易改變，可供研究的生產(chǎn)條件較少，

（三）局域不確定性

試驗(yàn)場地的選擇局域不確定性，因?yàn)樗x擇的試驗(yàn)井未必能夠滿足工具及工藝試驗(yàn)條件，不利于研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的提取。

（四）試驗(yàn)井的不確認(rèn)

如果直接將鉆采新工藝、新的裝備對(duì)現(xiàn)場井進(jìn)行試驗(yàn)，就會(huì)加大其試驗(yàn)周期，具有很高的試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，一旦試驗(yàn)失敗，就會(huì)產(chǎn)生損失和難以擬補(bǔ)的影響。

（五）模擬軟件的研究

計(jì)算以科學(xué)技術(shù)相關(guān)工程的模擬軟件的研究逐漸成為采油模擬實(shí)驗(yàn)中的一種方式，但是從長遠(yuǎn)的發(fā)展來看考慮到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)利益，現(xiàn)場井不適合代替模擬裝置。

總體的來講只有模擬實(shí)驗(yàn)才能取得現(xiàn)場試驗(yàn)沒有辦法拿到或者因?yàn)樵囼?yàn)周期較長你能及時(shí)獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。這樣一來只有模擬實(shí)驗(yàn)才可以大大縮短科研成本及時(shí)間，對(duì)未經(jīng)過實(shí)驗(yàn)就進(jìn)行使用的產(chǎn)品中出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行處理，可以幫助其減少資金方面的浪費(fèi)，使得研究的各項(xiàng)產(chǎn)品在使用的過程中具備更強(qiáng)的實(shí)用性，并且產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過實(shí)驗(yàn)在防老體系、增強(qiáng)體系以及增塑體系一樣的結(jié)果中，對(duì)其進(jìn)行控制，尋找合適的交聯(lián)體系，正確處理好其中的關(guān)系。大部分文獻(xiàn)證明：控制著交聯(lián)劑雙-2，5的用量不斷加大，最大的轉(zhuǎn)距逐漸變得一致，所以說：當(dāng)密度這個(gè)條件一樣的話，無論是增加或是減少其交聯(lián)劑的使用量，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都不會(huì)產(chǎn)生差異。因此，綜合考慮之下雙-2，5的量控制在4份和5份之間。在低硫高促進(jìn)劑和硫磺硫化體系兩者條件的共同影響下，其結(jié)果為轉(zhuǎn)矩的最大值<過氧化物交聯(lián)體系。從而也就驗(yàn)證了一個(gè)結(jié)果，硫磺硫化體系的低密度交聯(lián)情況是存在的，并且受它自身影響。

進(jìn)行操作的實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)HNBR 此種高飽和橡膠做出對(duì)比的處理方式，在整個(gè)操作過程中，采取三種交聯(lián)體系。分別是：有機(jī)過氧化物間的交聯(lián)、硫磺劑中的低量促進(jìn)以及酚醛樹脂交聯(lián)。

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行研究可知，以上三種方式進(jìn)行操作過程中，所表現(xiàn)出來的性能之間的不同是顯而易見的。第一種交聯(lián)體系中的膠桶會(huì)呈現(xiàn)出良好的拉伸性，在硬度方面也是高于其他。在經(jīng)受高溫的情況下，表現(xiàn)出來極強(qiáng)的耐老化的優(yōu)良性能，使得產(chǎn)生變形的可能性被大大的降低。其次在碳鍵性能的影響下，導(dǎo)致膠筒壓縮永久變形指數(shù)大扯斷伸長率高，其抗熱、抗老化性能都不高。溴化酚醛樹脂交聯(lián)體系和各種性能是在以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)物質(zhì)之間的。影響交聯(lián)體系的撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、定伸強(qiáng)度、抗壓縮永久變形等性能。據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)多硫鍵出現(xiàn)最大的拉伸長度時(shí)則是交聯(lián)密度的最大值。主要原因是，各個(gè)交流點(diǎn)之間的鏈段不同，位置不同，在外力的作用下產(chǎn)生變形的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。就可能會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)鍵的斷裂，讓分子流動(dòng)，當(dāng)應(yīng)力不均衡的時(shí)候就會(huì)破壞網(wǎng)構(gòu)。

反而弱鍵能夠?qū)?yīng)力進(jìn)行有效的處理。當(dāng)交聯(lián)密度的數(shù)值越高的時(shí)候，定伸強(qiáng)度和交聯(lián)鍵之間的關(guān)系則是—C—C—〉—C—S—C—〉—C—SX—C—。

四 結(jié)果與討論

通過對(duì)以上數(shù)據(jù)的分析，有效的證明了氫化丁腈封隔器膠筒的力學(xué)性能?？估匣阅芎湍透邷匦阅芏急容^樂觀，在五到六月份該配方在采用-2，5的過氧化物交聯(lián)體系使用時(shí)其壽命可以達(dá)到兩年，原因是它能夠承受150℃ 的高溫和21MPa的高壓強(qiáng)。

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