石油鉆采工程橡膠密封制品標準研究

徐讀淦

摘要：橡膠材料制品因具有彈性高，密封絕緣和耐磨減震等性能優勢，在石油鉆采工程中得到廣泛應用。石油鉆采作業中使用的橡膠密封制品種類豐富，如橡膠密封件、橡膠扶正器、氣囊和固井橡膠件等，都具有良好密封性能，為鉆采施工提供了密閉環境，減少流體或氣體泄漏，保證了施工安全。本文對石油鉆采工程中的橡膠密封制品進行研究，從密封制品的合格標準出發，探討了石油鉆采工程橡膠密封制品的測定標準。

關鍵字：石油 鉆采工程 橡膠 密封制品 標準

1石油鉆采工程橡膠密封制品概述

1.1石油鉆采工程橡膠密封制品介紹

一是O型密封圈制品。在石油鉆采工程中O型密封圈是最常見和使用最廣泛的密封制品。該制品從密封的形式出發設計合格的拉伸量和壓縮量。針對靜密封、動密封不同的工作條件，設計了密封制品的硬度、安裝需要留出的尺寸間隙，以及工作環境的密封壓力限額。在O型密封圈的制作過程中，要注重選用合格的原材料，滿足制品在石油鉆采工作環境下工作溫度從零下50攝氏度到零上250攝氏度的范圍，能適應高溫、高壓和不同的酸堿環境需要。目前國內O型密封圈生產制作已經形成了比較成熟的系列，石油鉆采工程施工中能針對不同的工作環境進行制品選型應用。二是橡膠封隔器。在石油鉆采施工中，封隔器是試油作業施工必須用到的井下測試工具。橡膠封隔器主要應用于封隔套管和油管之間的空間中，是以橡膠為原材料的膠筒結構。該橡膠制品的工作環境溫度高、工作壓差大，容易出現老化、破裂和損壞情況。如果膠的設計不合理，就會導致壓差產生的應力集中在膠筒上，出現膠筒功能失效。

1.2石油鉆采工程橡膠密封制品工作環境特點

一是工作介質具有腐蝕性。石油鉆采工程的橡膠密封制品會和工作環境內的天然氣、鉆井液、完井液，二氧化碳、硫化氫等腐蝕介質接觸，導致出現老化、失效等，縮短了生命周期。二是工作環境高溫高壓。石油鉆采施工中，井下溫度會大于150攝氏度，利用鉆井液來循環降低井底溫度的效果比較有限。在工作中橡膠密封件承受的壓力一般都超過100兆帕，這對密封件的密封性提出了很高要求。三是石油鉆采采用連續施工模式，密封膠工作時間較長。密封件安裝在石油鉆采設備上，和鋼鐵、合金等材質的機械設備一起工作幾天甚至是幾十天，這對密封膠性能提出了挑戰。現代石油鉆采施工的深度越來越大，地下深層的工作條件更加嚴苛，對密封膠性能提出了新的要求。

2石油鉆采工程橡膠密封制品標準

石油鉆采工程橡膠密封制品的檢驗評價標準主要是依據國家、行業出臺的針對橡膠原材料性能的性能標準。在完成原材料標準檢測之后，再將橡膠原料加工成為鉆采工程需要的橡膠密封制品。針對密度指標，采用GB/T533、ISO2781等標準對硫化橡膠、熱縮橡膠密度進行檢測，依據ASTMD297對橡膠產品進行化學分析試驗。針對邵氏A硬度指標，依據GB/T533.1對橡膠制品的壓入硬度進行試驗評價，采用ISO48、ISO7619-1等對硫化橡膠和熱塑性橡膠的硬度、壓痕硬度進行測定;采用ASTMD2240、1415測試橡膠制品的硬度和國際硬度標準。針對拉伸性能和延伸性能，依據GB/T528、ISO37對硫化、熱塑性橡膠的拉伸應力-應變性能進行檢測;采用ASTMD412對硫化、熱塑性橡膠進行拉伸試驗;采用采用ASTMD395對橡膠永久變形的相關性能進行試驗測試。針對撕裂強度，采用ISO24-1、ASTMD624進行硫化、熱塑性橡膠的撕裂強度和抗撕裂強度的測定。

石油鉆采工程使用的橡膠制品還需要針對工作條件環境特點進行性能評價。如對橡膠制品進行老化性能、氣體減壓性能的測試等。針對橡膠制品的老化性能，主要是模擬橡膠制品的實際工作環境，在設定溫度、流體環境下進行周期試驗，對試驗前后的橡膠制品強度、重量變化等老化指標進行對比。對于石油鉆采工程中常用的彈性材料，設定試驗的使用溫度和流體耐受性指標。在對O型橡膠圈制品的老化試驗中，一般會在一定應力狀態下檢測橡膠圈截面直徑被壓縮的情況。對于封堵器膠筒等膠芯材料，需要測試膠筒耐液體和熱空氣的性能，進行加速老化工作條件下的性能測試。

3常用石油鉆采橡膠密封件檢測標準研究

3.1 O型橡膠圈制品檢測標準

在靜密封和往復動作的動密封結構中， O型橡膠圈制品使用比較廣泛，是液壓傳動和氣壓傳動系統常見的密封件。該制品主要是安裝于機械設備的圓形截面的矩形槽中，最大優勢是工作原理簡單、密封性能好，容易安裝，適用多種工作環境條件。國家先后出臺GB/T3452.1、GB/T3452.2等國家標準對液壓氣動用的O型橡膠圈制品的外觀、尺寸、公差、溝槽和質量等進行了具體規定。目前對 O型橡膠圈制品的標準試驗方式依據是ASTMD1414和GB/T5720。其中GB/T5720主要檢測橡膠制品的老化性能。ASTMD1414啊針對O型橡膠圈制品的尺寸、拉伸性能、壓縮變形、腐蝕變形等性能進行測定。石油鉆采領域還采用快速氣體減壓試驗來測定橡膠圈在高壓、系統壓力下降破壞密封材料內部壓力平和中的性能，檢驗密封制品是否會出現氣泡、膨脹等問題。

3.2封隔器膠筒檢測標準

油田使用的封隔器膠筒是封隔器的核心部件，橡膠膠筒的質量是封隔器能否將油層和水層進行有效封隔的主要因素，決定了封隔器的使用壽命。目前針對自封式封堵膠筒、壓縮式膠筒和擴張、組合式膠筒都出臺了不同的橡膠制品檢測標準。其中HG/T2701標準主要是針對油田、頁巖氣田的分層鉆采施工，注水井深部調剖或調抽、油水井的酸化和封堵、油井水壓裂和爆燃壓裂等施工作業條件下的封隔器膠筒進行性能檢測。目前應用于油田鉆采封堵器的橡膠材料主要是包括丁晴類、氫化丁晴類和硅氟類橡膠制品。

參考文獻

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