采油用螺桿泵定子橡膠及其性能的改進探究

摘 要：螺桿泵技術源自于法國，之后在全球范圍內得到了十分廣泛的應用，在七十年代的時候，這項技術在原有開采基礎上得到了較好的應用。我國這項技術的應用起步較晚，但是經過多年來的發展，現在我國已擁有生產多種螺桿泵技術條件。但是我國現在生產出來的螺桿泵由于定子材料存在問題，對于其使用年限造成了嚴重的影響，想要提升原油開采的效率，一定要研究對螺桿泵定子橡膠性能造成影響的原因，并且選擇相應的策略進行改進。文章主要針對這個問題展開具體的論述。

關鍵詞：螺桿泵；定子橡膠；丁腈橡膠；性能；改進

我國在上世紀八十年代中后期的時候逐漸研究使用螺桿泵采油技術，現在已經能夠獨自生產各種類型的螺桿泵，但是因為材料方面還存在著一定的問題，不管是最大揚程還是使用期限方面都和同款的國外產品存在較大的差異，螺旋泵定子材料因為受到很多因素的影響，導致橡膠的物理性質改變，使得橡膠提前老化，減少了螺桿泵的使用壽命，并且對其應用范圍也造成了限制，必須要改變其選用的材料，并且對其進行進一步的改進，從而提升采油螺桿泵的性能，將其作用最大限度的發揮出來。

1 采油用螺桿泵定子橡膠主要使用的類型

1.1 丁腈橡膠

丁腈橡膠屬于比較經典的一種橡膠定子材料，這種材料主要是丁二烯以及丙烯腈二者聚合形成的，依照聚合溫度的差別，分成高溫與低溫下聚合丁腈。根據使用途徑差異，可以將其分成通用和特殊丁腈橡膠。

1.2 羧基丁腈橡膠

羧基丁腈橡膠擁有耐熱以及耐磨兩個明顯的特點，在對其施壓后變形不明顯，并且擁有較好的彈性，擁有極強的抗撕裂度，能夠注壓成型，擁有良好的動態性能[1]。

1.3 氫化丁腈橡膠

氫化高飽和丁腈橡膠是國外20年代開發的新型飽和耐油橡膠。通過對丁腈橡膠鏈段上的丁二烯單元進行選擇氫化，將不飽和雙鍵加氫反應，生成飽和碳-碳單鍵氫化高飽和丁腈橡膠分子鏈中的氫化丁二烯單元，可使其具有良好的耐熱和耐老化性能、耐腐蝕性能、耐低溫性能，以及具有能在高溫下仍保持與常溫相當的物理機械性能的品質。

1.4 氟橡膠

氟橡膠是由偏氟乙烯、六氟丙烯、四氟乙烯構成的二元類、三元類共聚物，品種有10種之多。氟橡膠屬碳鏈飽和極性橡膠，其耐高溫性能和耐油性在橡膠材料中是最好的，其耐藥品性能和機械特性也相當優良，因氟橡膠是最好的耐油橡膠，常被用在一些使用條件非常苛刻的環境中。但氟橡膠的彈性差，耐低溫性及耐水性等極性物質性能不夠好，價格昂貴等限制了氟橡膠的應用。

1.5 丁腈與聚氯乙烯（NBR/PVC）共混橡膠

丁腈與聚氯乙烯（NBR/PVC）共混，當NBR中CAN質量分數約為40%時，兩者的溶解度參數相近，這時再加入適當的改性劑，NBR/PVC形成良好的共混體系，綜合了PVC和NBR各自的優點，與單獨的NBR 相比，具有優良的耐油性、耐化學腐蝕性，良好的力學性能、密封性能和耐臭氧老化等性能，既節約了成本又提高了性能[2]。

2 對螺桿泵定子橡膠造成影響的因素

2.1 磨耗造成的影響

在開采原油的過程當中，螺桿泵在井下工作的時候如果井液中混入泥沙，井液中的泥沙微粒將會一直刮磨定子橡膠表面，導致橡膠表面部分被接觸的點反復受到切割，進而形成細小顆粒，最后脫落，這就造成表面磨損消耗。另外，定子橡膠還存在疲勞損耗，主要原因是和摩擦面觸碰的定子硫化膠上面會因為不斷摩擦受到拉伸以及壓縮這些作用，導致橡膠表面存在疲勞并且造成細微的裂紋，裂紋慢慢會出現微觀脫落的情況。因此，疲勞損耗對于定子橡膠造成的影響最大。

2.2 過盈值造成的影響

對于配方固定的定子橡膠來說，過盈值對其使用壽命影響較大，主要體現在過盈值大，磨耗增加，導致摩擦加大，進而產生大量的熱量，加快橡膠老化的速度。另外，過盈值過大還會導致螺桿泵產生卡泵的情況。若過盈值過小將會對定子橡膠的性能影響較小，但會導致舉升液漏失，造成揚程不夠，泵效降低。

2.3 作業環境造成的影響

（1）原油。原油自身存在部分會對橡膠造成影響的物質，例如小分子烷烴、芳香族和二氧化硫等物質，烷烴、芳香族滲入橡膠內部，會使定子橡膠發生溶脹，而二氧化硫將會導致橡膠發硬和脆化，導致其性能遭受破壞。（2）高溫作業環境。高溫作業環境對于橡膠降解將會造成一定的影響，螺桿泵采油的時候因為井下溫度造成的影響，在高溫環境下工作，分子鏈斷裂速度提升，導致橡膠的結構發生改變，進而硬化，對于橡膠力學性能造成嚴重的影響[3]。

3 改進螺桿泵定子橡膠性能的方法

3.1 工程塑料改進定子橡膠性能

（1）聚甲醛工程塑料。選擇聚甲醛工程塑料，讓它和丁腈橡膠二者混合，這種方式主要是通過聚甲醛的良好性能對于丁腈橡膠的性能進行改變。由于聚甲醛擁有極強的耐磨性以及耐疲勞性等優點，能夠有效補充丁腈橡膠存在的缺點，因此，能夠有效提升其性能。（2）尼龍和丁腈橡膠混合。由于尼龍擁有較多的優點，例如，強度較高，并且耐磨性能較好，還可以自潤滑，從而可以在很大程度上改進丁腈橡膠的性能，尤其是對于其力學性能以及動態性能方面有著十分明顯的改善。（3）高聚合度聚氯乙烯樹脂和丁腈橡膠混合。高聚合度聚氯乙烯樹脂耐熱性較高，并且壓縮變形比較小，硬度對于穩定程度也相對較小，正是因為擁有這些優點，將其和丁腈橡膠混合能夠制作成擁有極高性能的共混合金。

3.2 使用填料改變丁腈橡膠性能

使用填料能夠對橡膠的性能造成影響，而影響的程度由填料形態的不同和聚合物相互作用決定。在橡膠當中添加填料可以加強橡膠的強度和耐磨性能，尤其是在填料結構單元超過納米高度的時候，將會導致材料的性質發生嚴重的改變，對于丁腈橡膠材料的性能造成較大的改變[4]。尤其是把納米和高分子兩種材料結合，可以在很大程度上提升高分析材料的各項性能，延長其使用的時間。應該使用納米材料對其表面進行改性處理，把填料和聚合物材料均勻的混合，選擇物理方式減少納米材料上面的電荷，可以避免納米材料團聚，從而有效提升納米粒子和聚合物之間的相容性，能夠提升聚合物的性能。把納米填料和丁腈橡膠混合起來，可以使納米材料在橡膠當中平均分布，從而起到改善的作用，提升丁腈橡膠的活性。

使用納米碳酸鈣對于丁腈橡膠的性能進行改變，在丁腈橡膠當中添加納米碳酸鈣，可以提升硫化膠的伸長率，對于壓縮變形這些性能造成改變，提升其耐磨和致密性能。另外，在橡膠當中加入納米碳酸鈣材料還可以補充橡膠的強度，增加其拉伸長度和定伸應力[5]。

4 結束語

通過文章對采油用螺桿泵定子橡膠及其性能改進方法的進一步闡述，使我們了解到材料方面還存在著一定的問題，必須要采取相應的措施改進其存在的缺陷。希望通過文章的闡述能夠給螺桿泵定子橡膠性能改進方面提供一定的幫助，進而增加其使用壽命的同時，提升其采油的效率。

參考文獻

[1]王霞，陳玉祥，周松，等.采油用螺桿泵定子橡膠及其性能的改進[J].材料報，2013，11：82-84.

[2]劉生輝，魏伯榮.耐油橡膠研究應用進展[J].特種橡膠制品，2002，9（23）：54-56

[3]詹升忠.采油用螺桿泵定子橡膠及其性能的改進措施研究[J].中國石油和化工標準與質量，2014，05：95.

[4]趙海超.溫度對丁腈基螺桿泵定子橡膠摩擦學性能的影響[D].沈陽工業大學，2015，08：124-125.

[5]霍緒堯.石油中水含量對采油螺桿泵定子橡膠磨損性能的影響

[D].沈陽工業大學，2012，04：113-114.