Водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования
Владельцы патента RU 2654029:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к водо- и нефтенабухающим резинам на основе бутадиеннитрильных каучуков, которые могут использоваться в пакерах и другом скважинном оборудовании. Водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования на основе бутадиен-нитрильного каучука содержит, мас. ч.: каучук БНКС-28 100,0, сера 1,5, альтакс 1,5, оксид цинка 5,0, стеарин 2,0, технический углерод П-234 50,0, асбестовые волокна 10,0-15,0, сшитый полиакриламид POLYSWELL 70,0-150,0. Изобретение позволяет повысить способность к набуханию в концентрированном рассоле и буровых растворах при сохранении прочностных характеристик. 2 табл.
Изобретение относится к водо- и нефтенабухающим резинам на основе бутадиеннитрильных каучуков, которые могут использоваться в пакерах и другом скважинном оборудовании.
Известен эластомерный материал на основе бутадиеннитрильного каучука (Пат. 2580564 РФ, МПК Е21В 33/12, F16J 15/02, опубл. 10.04.2016), который представляет собой композицию, включающую вулканизующую группу, абсорбирующий полимер - сополимер акриламида и акрилата натрия, наполнитель, минеральное волокно - асбест хризолитовый, пластификатор.
Недостатком этого материала является то, что его высокая эффективность достигается путем многослойного нанесения.
Известна водонабухающая резиновая смесь на основе бутадиенакрилонитрильного каучука (Пат. 2009/0084550 US, МПК Е21В 33/13, C08L 1/08, опубл. 02.04.2009), включающая карбоксиметилцеллюлозу, сажу, кремнезем, акриловый сополимер, оксид магния, антиоксидант, воск, серу и ускоритель вулканизации.
Недостатком данной резиновой смеси является ее высокая эффективность только при низких концентрациях солей.
Наиболее близким является водонабухающий эластомер на основе бутадиен-нитрильного каучука (Разработка водонабухающих эластомеров для пакерного оборудования / М.А. Ваниев, Н.В. Сычев, С.С. Лопатина, Н.В. Солдатова, В.Ю. Шиянов, Е.В. Брюзгин // Известия ВолгГТУ. Сер. Химия и технология элементоорганических мономеров и полимерных материалов. - Волгоград, 2016. - № 12 (191). - С. 74-80), включающий белую сажу, серу, оксид цинка, альтакс и каптакс и водонабухающие реагенты - полиакриламид, поливиниловый спирт, натрийкарбоксиметилдцеллюлоза, сополимеры акриламида.
Недостатком данного водонабухающего эластомера является то, что он не используется в высококонцентрированных солевых растворах и не обеспечивает сохранения удовлетворительных прочностных свойств при высокой степени набухания.
Задачей предлагаемого изобретения является получение водонабухающего эластомера со способностью к набуханию в высококонцентрированных рассолах и буровых растворах.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение способности к набуханию в концентрированном рассоле и буровых растворах при сохранении удовлетворительных прочностных характеристик.
Технический результат достигается тем, что водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования на основе бутадиеннитрильного каучука, содержащая вулканизующий агент серу, ускоритель вулканизации альтакс, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, наполнитель и водонабухающий реагент полиакриламид, при этом дополнительно содержит асбестовые волокна, в качестве полиакриламида - сшитый полиакриламид POLYSWELL, а в качестве наполнителя - технический углерод, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: каучук БНКС-28 100,0, сера 1,5, альтакс 1,5, оксид цинка 5,0, стеарин 2,0, технический углерод П-234 50,0, асбестовые волокна 10,0-15,0, сшитый полиакриламид POLYSWELL 70,0-150,0.
В предлагаемом водонабухающем эластомере используют следующие компоненты:
Бутадиеннитрильный каучук БНКС-28 АМН, (ТУ 38.30313-2006).
Вулканизующая группа, включающая: вулканизующие агенты - сера (ГОСТ 127-76); ускоритель вулканизации - альтакс (2,2'-дитиобисбензтиазол) (ТУ 6-14-851-86); активаторы вулканизации - оксид цинка (ГОСТ 202-84), стеарин (ГОСТ 6484-96).
Технический углерод П-234 (ГОСТ 7885-86) используется в составе теплозащитного материала в качестве наполнителя.
В качестве водонабухающих реагентов используются:
Асбестовые волокна (асбест хризотиловый ГОСТ 12871-93) - смесь из волокон различной длины и агрегатов. Массовая доля фракции менее 0,4 мм составляет не более 5,0 %. Массовая доля остатка после просева на сите с размером стороны ячейки в свету 4,8 мм составляет не более 5,0%. Массовая доля остатка после просева на сите с размером стороны ячейки в свету 1,35 мм составляет не более 70,0%.
Сшитый полиакриламид POLYSWELL гранулы белого цвета, хорошо набухающие в воде, плотность - 0,8-1,0 г/см3. Используется для борьбы с потерей циркуляции бурового раствора (http://www.globaldrillchem.com/products/index/polyacrylamide-lcm_3951.html).
Использование в качестве водонабухающих реагентов асбестовых волокон и сшитого полиакриламида POLYSWELL придает эластомерному материалу на основе бутадиеннитрильного каучука повышенную способность к набуханию в воде, рассоле и буровых растворах. Это достигается за счет большой набухающей способности сшитого полиакриламида POLYSWELL.
Кроме того, асбестовые волокна ускоряют диффузию жидкости с набухающими частицами.
Заявленное количество водонабухающих реагентов в сочетании с остальными компонентами резиновой смеси позволяет получить эластомерный материал, обладающий повышенными набухающими свойствами и удовлетворительными прочностными характеристиками.
Пример.
Гранулы сшитого полиакриламида POLYSWELL предварительно измельчают в мельнице до размеров частиц 0,10-0,14 мм.
Резиновая смесь изготавливалась смешиванием в микросмесителе типа 211.822 ПС и лабораторных вальцах ВЛ 320/160 с регулируемым обогревом при 50°С - смешивали каучук с вулканизующими агентами, с сшитым полиакриламидом POLYSWELL и асбестовым волокном. Продолжительность смешения 25 минут.
Затем проводят вулканизацию резиновой смеси при температуре 150°С в течение 30 минут.
В таблице 1 приведены примеры составов приготовленных смесей.
Полученные образцы подвергают необходимым испытаниям. Результаты испытаний водонабухающих эластомеров приведены в таблице 2.
Метод определения упругопрочностных свойств, при растяжении ГОСТ 270-75.
Метод определения набухания в жидкостях ГОСТ 421-59.
Оценка степени набухания образцов в модельных средах - 22 % водный раствор NaCl, полиэконол флора проводилась на образцах, изготовленных в виде прямоугольных пластин вулканизатов размером 15×15×2 мм. Образцы взвешивались и помещались в модельные среды на заданное время.
Периодически их извлекали, просушивали с помощью фильтровальной бумаги и снова взвешивали на аналитических весах, после чего помещали обратно в жидкую среду.
Как видно из представленных данных, предлагаемый эластомерный материал обладает большей способностью к набуханию в растворе NaCl, полиэконол флора.
Таким образом, водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования на основе бутадиеннитрильного каучука, содержащая вулканизующий агент серу, ускоритель вулканизации альтакс, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, наполнитель технический углерод и водонабухающие реагенты сшитый полиакриламид POLYSWELL и асбестовые волокна, при заявленном соотношении компонентов обладает повышенной способностью к набуханию в концентрированном рассоле и буровых растворах при сохранении удовлетворительных прочностных характеристик.
Водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования на основе бутадиеннитрильного каучука, содержащая вулканизующий агент серу, ускоритель вулканизации альтакс, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, наполнитель и водонабухающий реагент полиакриламид, отличающаяся тем, что резиновая смесь дополнительно содержит асбестовые волокна, в качестве полиакриламида - сшитый полиакриламид POLYSWELL, а в качестве наполнителя технический углерод, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
| каучук БНКС-28 | 100,0 |
| сера | 1,5 |
| альтакс | 1,5 |
| оксид цинка | 5,0 |
| стеарин | 2,0 |
| технический углерод П-234 | 50,0 |
| асбестовые волокна | 10,0-15,0 |
| сшитый полиакриламид POLYSWELL | 70,0-150,0 |
