提高油井盤根耐磨性技術研究與應用

摘要：在抽油機采油過程中，盤根密封性好壞直接影響井口是否漏油和油井生產時率。本文針對常規丁腈橡膠存在耐溫性、耐磨性差問題，圍繞納米摻雜和化學改性工藝技術，對原始丁腈橡膠進行化學處理，提高其耐磨性。實驗結果表明，摻有石墨或二氧化鉬丁腈橡膠經過復合氧化改性后，抗磨性是原始丁腈橡膠3倍以上，現場應用8井次，平均盤根更換周期由4.5天延長至9.6天，提高5.1天，效果顯著。

關鍵詞：油井生產 ? 井口盤根 ? 耐磨性 ?技術研究

1.前言

盤根是裝在油井井口膠皮閥門盤根盒內的密封橡膠，受光桿往復運動影響，現場生產中常存在盤根磨損嚴重問題，易導致井口漏油，污染井口環境，安全環保壓力巨大。本文重點開展盤根耐磨性能技術研究，延長盤根使用壽命，減少員工勞動強度，提高油井生產時率，實現提質增效目的。

2.常用盤根存在問題

由于丁腈橡膠具有較好耐油性、耐磨性，且價格便宜，常作為井口密封盤根主要材料，廣泛應用于各大油田生產中，但受本身材質限制，其存在三方面技術缺陷，一是耐溫性能差，彈性補償性能不好，易老化;二是表面摩擦系數高，易造成磨損;三是使用壽命短，平均更換周期30～45天，偏磨嚴重井1～2天更換，增加維護工作量及材料成本。針對上述在問題，圍繞優化盤根材質和降低表面摩擦系數兩方面開展技術研究，達到改善丁腈橡膠耐磨性目的。

3.技術對策研究

3.1摩擦系數測定

對于常規丁腈橡膠摩擦系數測定，主要應用摩擦磨損試驗機，模擬現場抽油機工況，實施光桿與橡膠材料間往復運動，往復行程2.5mm，頻率2.5HZ，測定不同載荷下的摩擦系數，確定丁腈橡膠摩擦系數為1.48。

3.2納米摻雜工藝

（1）技術機理

納米摻雜技術機理是在材料中加入某種納米級元素，改變材料性能。針對丁腈橡膠摩擦系數高問題，將潤滑性能優良的二硫化鉬和石墨摻入至丁腈生膠中，改善其摩擦性能，降低磨損率。

（2）工藝流程

整個工藝流程主要有四步，一是將丁腈生膠加入至開煉機上塑煉;二是至生膠包輥后，先加入活性劑，再加入炭黑、增塑劑和防老劑;三是混煉均勻后，加入石墨;四是加入硫化劑和促進劑，再次混煉均勻;五是硫化處理，溫度控制在150～200℃之間，使塑性橡膠逐漸轉換成彈性橡膠，完成納米摻雜工序。橡膠摻雜二氧化鉬工藝與上述摻雜石墨流程一致。

（3）性能測試

采用摩擦磨損試驗機，在頻繁2Hz、載荷0.7kg和往復行程2.5mm工況下測定加入石墨和二氧化鉬的丁腈橡膠摩擦系數，結果分別為1.16和1.15，相比原生丁腈橡膠，摩擦系數降低0.32～0.33，表明石墨和二氧化鉬均能大幅度提升橡膠材料的耐磨性。

3.3化學改性技術

（1）技術機理

化學改性技術主要分為鹵化改性和磺化改性，鹵化改性是利用金屬鹵化物對橡膠進行處理，通過控制溫度、濃度、時間等因素，在橡膠表面發生氧化和加成反應，形成一層表面改性結構層，在保持橡膠原有特性同時，增加其耐磨性能;而磺化改性是將橡膠浸入硫酸或亞硫酸溶液中，發生一系列化學反應后，使橡膠表面活化或極性化，提高其拉伸強度、撕裂強度及耐磨性等。

（2）工藝流程

對納米摻雜后的橡膠進行化學改性，主要采用溴化、碘化和混合氧化處理，溴化和碘化屬于鹵化改性，混合氧化屬于綜合溴化、碘化和磺化特點的處理方式，具體工藝流程如下：首先是溴化改性，采用40%濃度溴溶液，浸泡5～7天，橡膠表面會形成一層致密的改造層;其次是碘化改性，利用碘化鉀溶液浸泡橡膠5-7天，充分反應后橡膠表面形成不連續結構層;三是混合氧化，將橡膠浸入含有濃硫酸、溴、鉀的溶液中，浸泡5-7天，橡膠表面會生成一層致密的氧化層。

（3）性能測試

對溴化改性、碘化改性和混合氧化改性的橡膠測定摩擦系數，工況參數為：載荷0.7kg，往復頻率2Hz，往復行程2.5mm，測試結果表明，溴化改性橡膠摩擦系數1.22，碘化改性橡膠摩擦系數1.28，復合氧化改性橡膠摩擦系數1.05。

為進一步驗證混合氧化改性橡膠耐磨性，再次進行干摩擦實驗，實驗試樣為軸承鋼球，實驗工況：載荷4kg，往復頻率4Hz，時間為1小時。

實驗結果表明，原始丁腈橡膠磨損量為5.4mg，混合氧化改性橡膠磨損量為1.7mg，相當于原始丁腈橡膠31.5%，表明混合氧化改性橡膠耐磨性更強。

4.現場應用效果

以L油田為例，優選8口盤根更換頻繁油井實施現場試驗，對比原始丁腈橡膠，應用混合氧化改性橡膠后，平均盤根更換周期由4.5天延長至9.6天，提高5.1天，效果顯著。

5.結論

（1）常規丁腈橡膠存在耐溫性、耐磨性差問題，更換頻繁，增加維護工作量及材料成本。

（2）圍繞納米摻雜和化學改性工藝技術，對原始丁腈橡膠進行化學處理，實驗結果表明，摻有石墨或二氧化鉬丁腈橡膠經過復合氧化改性后，抗磨性是原始丁腈橡膠3倍以上，且以L油田為例，現場應用8井次，平均盤根更換周期延長5.1天，效果顯著。

（3）本文在提高盤根耐磨性方面取得成果及認識，可為同行提供借鑒經。

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作者簡介：

劉海燕，女，1973年12月出生鞍山臺安，漢族，助工，1998年畢業于遼寧財政高等專科學校，現于遼河油田興隆臺采油廠從事生產經營工作。