论文部分内容阅读
摘要：橡胶材料制品因具有弹性高，密封绝缘和耐磨减震等性能优势，在石油钻采工程中得到广泛应用。石油钻采作业中使用的橡胶密封制品种类丰富，如橡胶密封件、橡胶扶正器、气囊和固井橡胶件等，都具有良好密封性能，为钻采施工提供了密闭环境，减少流体或气体泄漏，保证了施工安全。本文对石油钻采工程中的橡胶密封制品进行研究，从密封制品的合格标准出发，探讨了石油钻采工程橡胶密封制品的测定标准。
关键字：石油 钻采工程 橡胶 密封制品 标准
1石油钻采工程橡胶密封制品概述
1.1石油钻采工程橡胶密封制品介绍
一是O型密封圈制品。在石油钻采工程中O型密封圈是最常见和使用最广泛的密封制品。该制品从密封的形式出发设计合格的拉伸量和压缩量。针对静密封、动密封不同的工作条件，设计了密封制品的硬度、安装需要留出的尺寸间隙，以及工作环境的密封压力限额。在O型密封圈的制作过程中，要注重选用合格的原材料，满足制品在石油钻采工作环境下工作温度从零下50摄氏度到零上250摄氏度的范围，能适应高温、高压和不同的酸碱环境需要。目前国内O型密封圈生产制作已经形成了比较成熟的系列，石油钻采工程施工中能针对不同的工作环境进行制品选型应用。二是橡胶封隔器。在石油钻采施工中，封隔器是试油作业施工必须用到的井下测试工具。橡胶封隔器主要应用于封隔套管和油管之间的空间中，是以橡胶为原材料的胶筒结构。该橡胶制品的工作环境温度高、工作压差大，容易出现老化、破裂和损坏情况。如果胶的设计不合理，就会导致压差产生的应力集中在胶筒上，出现胶筒功能失效。
1.2石油钻采工程橡胶密封制品工作环境特点
一是工作介质具有腐蚀性。石油钻采工程的橡胶密封制品会和工作环境内的天然气、钻井液、完井液，二氧化碳、硫化氢等腐蚀介质接触，导致出现老化、失效等，缩短了生命周期。二是工作环境高温高压。石油钻采施工中，井下温度会大于150摄氏度，利用钻井液来循环降低井底温度的效果比较有限。在工作中橡胶密封件承受的压力一般都超过100兆帕，这对密封件的密封性提出了很高要求。三是石油钻采采用连续施工模式，密封胶工作时间较长。密封件安装在石油钻采设备上，和钢铁、合金等材质的机械设备一起工作几天甚至是几十天，这对密封胶性能提出了挑战。现代石油钻采施工的深度越来越大，地下深层的工作条件更加严苛，对密封胶性能提出了新的要求。
2石油钻采工程橡胶密封制品标准
石油钻采工程橡胶密封制品的检验评价标准主要是依据国家、行业出台的针对橡胶原材料性能的性能标准。在完成原材料标准检测之后，再将橡胶原料加工成为钻采工程需要的橡胶密封制品。针对密度指标，采用GB/T533、ISO2781等标准对硫化橡胶、热缩橡胶密度进行检测，依据ASTMD297对橡胶产品进行化学分析试验。针对邵氏A硬度指标，依据GB/T533.1对橡胶制品的压入硬度进行试验评价，采用ISO48、ISO7619-1等对硫化橡胶和热塑性橡胶的硬度、压痕硬度进行测定;采用ASTMD2240、1415测试橡胶制品的硬度和国际硬度标准。针对拉伸性能和延伸性能，依据GB/T528、ISO37对硫化、热塑性橡胶的拉伸应力-应变性能进行检测;采用ASTMD412对硫化、热塑性橡胶进行拉伸试验;采用采用ASTMD395对橡胶永久变形的相关性能进行试验测试。针对撕裂强度，采用ISO24-1、ASTMD624进行硫化、热塑性橡胶的撕裂强度和抗撕裂强度的测定。
石油钻采工程使用的橡胶制品还需要针对工作条件环境特点进行性能评价。如对橡胶制品进行老化性能、气体减压性能的测试等。针对橡胶制品的老化性能，主要是模拟橡胶制品的实际工作环境，在设定温度、流体环境下进行周期试验，对试验前后的橡胶制品强度、重量变化等老化指标进行对比。对于石油钻采工程中常用的弹性材料，设定试验的使用温度和流体耐受性指标。在对O型橡胶圈制品的老化试验中，一般会在一定应力状态下检测橡胶圈截面直径被压缩的情况。对于封堵器胶筒等胶芯材料，需要测试胶筒耐液体和热空气的性能，进行加速老化工作条件下的性能测试。
3常用石油钻采橡胶密封件检测标准研究
3.1 O型橡胶圈制品检测标准
在静密封和往复动作的动密封结构中， O型橡胶圈制品使用比较广泛，是液压传动和气压传动系统常见的密封件。該制品主要是安装于机械设备的圆形截面的矩形槽中，最大优势是工作原理简单、密封性能好，容易安装，适用多种工作环境条件。国家先后出台GB/T3452.1、GB/T3452.2等国家标准对液压气动用的O型橡胶圈制品的外观、尺寸、公差、沟槽和质量等进行了具体规定。目前对 O型橡胶圈制品的标准试验方式依据是ASTMD1414和GB/T5720。其中GB/T5720主要检测橡胶制品的老化性能。ASTMD1414啊针对O型橡胶圈制品的尺寸、拉伸性能、压缩变形、腐蚀变形等性能进行测定。石油钻采领域还采用快速气体减压试验来测定橡胶圈在高压、系统压力下降破坏密封材料内部压力平和中的性能，检验密封制品是否会出现气泡、膨胀等问题。
3.2封隔器胶筒检测标准
油田使用的封隔器胶筒是封隔器的核心部件，橡胶胶筒的质量是封隔器能否将油层和水层进行有效封隔的主要因素，决定了封隔器的使用寿命。目前针对自封式封堵胶筒、压缩式胶筒和扩张、组合式胶筒都出台了不同的橡胶制品检测标准。其中HG/T2701标准主要是针对油田、页岩气田的分层钻采施工，注水井深部调剖或调抽、油水井的酸化和封堵、油井水压裂和爆燃压裂等施工作业条件下的封隔器胶筒进行性能检测。目前应用于油田钻采封堵器的橡胶材料主要是包括丁晴类、氢化丁晴类和硅氟类橡胶制品。
参考文献
[1]李强，李文涛，邹思源，信召玲.钻完井工具橡胶密封件材料优选[J].石化技术，2021，28（07）：35-36.
[2]贺秋云，韩雄，曾小军.高温高压井下测试工具橡胶密封材料的优选[J].钻采工艺，2019，42（04）：36-39+8.
[3]张冬娜，张恒，戚东涛，邵晓东，丁楠，丁晗，蔡雪华.石油钻采工程橡胶密封制品标准研究[J].特种橡胶制品，2020，41（03）：57-60.
关键字：石油 钻采工程 橡胶 密封制品 标准
1石油钻采工程橡胶密封制品概述
1.1石油钻采工程橡胶密封制品介绍
一是O型密封圈制品。在石油钻采工程中O型密封圈是最常见和使用最广泛的密封制品。该制品从密封的形式出发设计合格的拉伸量和压缩量。针对静密封、动密封不同的工作条件，设计了密封制品的硬度、安装需要留出的尺寸间隙，以及工作环境的密封压力限额。在O型密封圈的制作过程中，要注重选用合格的原材料，满足制品在石油钻采工作环境下工作温度从零下50摄氏度到零上250摄氏度的范围，能适应高温、高压和不同的酸碱环境需要。目前国内O型密封圈生产制作已经形成了比较成熟的系列，石油钻采工程施工中能针对不同的工作环境进行制品选型应用。二是橡胶封隔器。在石油钻采施工中，封隔器是试油作业施工必须用到的井下测试工具。橡胶封隔器主要应用于封隔套管和油管之间的空间中，是以橡胶为原材料的胶筒结构。该橡胶制品的工作环境温度高、工作压差大，容易出现老化、破裂和损坏情况。如果胶的设计不合理，就会导致压差产生的应力集中在胶筒上，出现胶筒功能失效。
1.2石油钻采工程橡胶密封制品工作环境特点
一是工作介质具有腐蚀性。石油钻采工程的橡胶密封制品会和工作环境内的天然气、钻井液、完井液，二氧化碳、硫化氢等腐蚀介质接触，导致出现老化、失效等，缩短了生命周期。二是工作环境高温高压。石油钻采施工中，井下温度会大于150摄氏度，利用钻井液来循环降低井底温度的效果比较有限。在工作中橡胶密封件承受的压力一般都超过100兆帕，这对密封件的密封性提出了很高要求。三是石油钻采采用连续施工模式，密封胶工作时间较长。密封件安装在石油钻采设备上，和钢铁、合金等材质的机械设备一起工作几天甚至是几十天，这对密封胶性能提出了挑战。现代石油钻采施工的深度越来越大，地下深层的工作条件更加严苛，对密封胶性能提出了新的要求。
2石油钻采工程橡胶密封制品标准
石油钻采工程橡胶密封制品的检验评价标准主要是依据国家、行业出台的针对橡胶原材料性能的性能标准。在完成原材料标准检测之后，再将橡胶原料加工成为钻采工程需要的橡胶密封制品。针对密度指标，采用GB/T533、ISO2781等标准对硫化橡胶、热缩橡胶密度进行检测，依据ASTMD297对橡胶产品进行化学分析试验。针对邵氏A硬度指标，依据GB/T533.1对橡胶制品的压入硬度进行试验评价，采用ISO48、ISO7619-1等对硫化橡胶和热塑性橡胶的硬度、压痕硬度进行测定;采用ASTMD2240、1415测试橡胶制品的硬度和国际硬度标准。针对拉伸性能和延伸性能，依据GB/T528、ISO37对硫化、热塑性橡胶的拉伸应力-应变性能进行检测;采用ASTMD412对硫化、热塑性橡胶进行拉伸试验;采用采用ASTMD395对橡胶永久变形的相关性能进行试验测试。针对撕裂强度，采用ISO24-1、ASTMD624进行硫化、热塑性橡胶的撕裂强度和抗撕裂强度的测定。
石油钻采工程使用的橡胶制品还需要针对工作条件环境特点进行性能评价。如对橡胶制品进行老化性能、气体减压性能的测试等。针对橡胶制品的老化性能，主要是模拟橡胶制品的实际工作环境，在设定温度、流体环境下进行周期试验，对试验前后的橡胶制品强度、重量变化等老化指标进行对比。对于石油钻采工程中常用的弹性材料，设定试验的使用温度和流体耐受性指标。在对O型橡胶圈制品的老化试验中，一般会在一定应力状态下检测橡胶圈截面直径被压缩的情况。对于封堵器胶筒等胶芯材料，需要测试胶筒耐液体和热空气的性能，进行加速老化工作条件下的性能测试。
3常用石油钻采橡胶密封件检测标准研究
3.1 O型橡胶圈制品检测标准
在静密封和往复动作的动密封结构中， O型橡胶圈制品使用比较广泛，是液压传动和气压传动系统常见的密封件。該制品主要是安装于机械设备的圆形截面的矩形槽中，最大优势是工作原理简单、密封性能好，容易安装，适用多种工作环境条件。国家先后出台GB/T3452.1、GB/T3452.2等国家标准对液压气动用的O型橡胶圈制品的外观、尺寸、公差、沟槽和质量等进行了具体规定。目前对 O型橡胶圈制品的标准试验方式依据是ASTMD1414和GB/T5720。其中GB/T5720主要检测橡胶制品的老化性能。ASTMD1414啊针对O型橡胶圈制品的尺寸、拉伸性能、压缩变形、腐蚀变形等性能进行测定。石油钻采领域还采用快速气体减压试验来测定橡胶圈在高压、系统压力下降破坏密封材料内部压力平和中的性能，检验密封制品是否会出现气泡、膨胀等问题。
3.2封隔器胶筒检测标准
油田使用的封隔器胶筒是封隔器的核心部件，橡胶胶筒的质量是封隔器能否将油层和水层进行有效封隔的主要因素，决定了封隔器的使用寿命。目前针对自封式封堵胶筒、压缩式胶筒和扩张、组合式胶筒都出台了不同的橡胶制品检测标准。其中HG/T2701标准主要是针对油田、页岩气田的分层钻采施工，注水井深部调剖或调抽、油水井的酸化和封堵、油井水压裂和爆燃压裂等施工作业条件下的封隔器胶筒进行性能检测。目前应用于油田钻采封堵器的橡胶材料主要是包括丁晴类、氢化丁晴类和硅氟类橡胶制品。
参考文献
[1]李强，李文涛，邹思源，信召玲.钻完井工具橡胶密封件材料优选[J].石化技术，2021，28（07）：35-36.
[2]贺秋云，韩雄，曾小军.高温高压井下测试工具橡胶密封材料的优选[J].钻采工艺，2019，42（04）：36-39+8.
[3]张冬娜，张恒，戚东涛，邵晓东，丁楠，丁晗，蔡雪华.石油钻采工程橡胶密封制品标准研究[J].特种橡胶制品，2020，41（03）：57-60.