螺杆钻具 注胶试验

令狐冲

　　螺杆钻具是油田钻探定向井时应用的动力工具。随着定向井的大量采用，螺杆钻具的使用也日益普遍。橡胶定子是钻具的核心部件，定子内所衬胶料与壳体的黏合强度以及耐磨性，决定了钻具的使用寿命和容积效率。传统生产螺杆钻具橡胶定子主要采用二步法注射成型方法或压注法，前者因注射容量限制需进行多次注射，后者因胶料塑化性能差且不均匀导致制品质地疏松。
　　为螺杆钻具橡胶定子生产提供了一种崭新的应用前景广泛的新技术、新设备。一步法注射成型技术与设备对胶料配方有特殊的要求： ① 要有长的焦烧时间； ② 要有低的门尼黏度。因此传统成型方法的胶料配方已不再适应这种技术和设备了，我们必须研制新的胶料配方来适应这种新技术和新设备。为此我们对胶料配方做了大量的试验研究，并获得了较理想的效果。
　　一、螺杆钻具橡胶定子的技术要求
" s; Z3 \; Y/ @2 l- r$ q7 H　　由于橡胶定子在工作状态一直处于9 0 ℃钻井液中工作，且受到转子的高频率挤压，因此对橡胶定子的胶料要求具有强度高、硬度适中、耐老化性能好、疲劳强度大、扯断永久变形小以及与壳体的黏接强度高等物理机械性能。具体物理机械性能指标见表1 。
' T5 Z2 }4 Y, X' r6 _& D表1 橡胶定子物理机械性能表

4 x1 D8 O; e' u# p  `4 `- p4 E5 f二、 配方设计
. Y1 ]! }% x& f. m: {4 q* b' W　　（一） 材料及配方体系的选择
　　1 、主体材料
+ n  h% ~% N7 z: [6 _0 D' `　　根据定子胶料所处的介质环境和工作状态，我们选用了NBR- 1 0 5 2 为主体材料，其丙烯腈含量为3 3%，门尼黏度5 5 ，为台湾南帝产品。
　　 2 、硫化体系由于该产品注射时间长（15~40 min），所以胶料必须有足够的焦烧时间，又考虑到与金属的黏合性以及耐热性，我们采用了低硫高促硫化体系，这样就保证了胶料的安全性、黏合性和耐热性。
) ?  ~: ]3 V. X: V　　 3 、补强体系为了有较低的永久变形和抗疲劳性能，我们选用了高耐磨炭黑与半补强炭黑并用体系，且加入少量氧化镁以提高产品在高温下的抗疲劳性。
　　4、软化增塑体系为了使胶料工艺性能佳，大幅度降低胶料的门尼黏度，利于注射成型，且保证与金属的良好黏合，我们采用L- NBR/DOP 并用体系。
5 L5 H' e9 X% {+ k　　5 、防护体系由于产品是在一定温度下受反复挤压力和摩擦力的作用，所以采用耐热和抗疲劳性好的DFC-34/4010NA 并用体系。
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- }' O' h: [* v( q（二） 配方确定

. V7 b- S, W" T- z- ?8 U    1、 配方实验方案
; w* F2 ^8 C3 n: z& [$ Q表2 为本实验的配方方案
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   2 、配方实验结果与确定

* S. t! V! t+ w, k% t# }/ _: p1 s- f! `    （ 1 ）实验结果实验结果见表3 。

) b, \) U; a  G" S& n/ z$ ]5 P  D（2 ）实验分析与配方确定硬度：从注射技术要求角度，可考虑选择No . 1 或No . 4 ；拉伸强度：从制品要求角度，可考虑选择No . 4 或No . 5 ；撕裂强度：从制品要求角度，可考虑选择No . 4 或No . 5 ；阿克隆磨耗：从制品使用寿命角度，可考虑选择No .4 、No .1 、No.2 或No.5 均为0.2。
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    从上述分析可以得出配方No . 4 既符合技术要求，同时在本组配方研制中其综合物理机械性能亦为最优。因此，确定一步法注射螺杆钻具橡胶定子胶料配方用No . 4 最好。
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+ y- Z& D0 A% B) u9 M+ l: M' h$ T( L    三、胶料制备
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. i; H' n3 R% b( L# l9 v    先将NB R 塑炼并达到威氏可塑度0 . 4 后再进行混炼促进剂TT 和硫磺，在胶料冷却后在开炼机上加入，胶料停放2 4 h 后再返炼下片备用。
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   四、 注射成型

9 x+ u& M9 ^- U) l6 F  |1 J. I    先将壳体和芯轴预热到9 0 ℃，再进行注射，注射压力控制在8 0 MPa 。注射完毕将导热油的温度升至15 0 ℃，硫化时间为15 0 min。

    五、 结论
2 d& L6 _7 C/ V$ e
! G) H0 ~3 r# `- C    通过合理的配合研究出的胶料完全适应一步法注射机，所生产的产品在胜利油田各钻井队使用，效果比较理想，产品合格率为1 0 0%。
. l3 H$ T( m& G3 ?8 ?# W6 d  这是青岛大学吕教授研究发明的的

shenqinghong

我是做单螺杆泵定子的，我大概了解这个工艺，但觉得投资太高，你们目前采用这种工艺吗？有时间多交流，我的QQ644097423

令狐冲

这种工艺我觉的不太好的，这只是我搜集的资料，拿出来大家讨论一下，

yang-z-x

现在有多少单位在用吕教授的螺杆注射机？效果如何？

jnsn

我们是采用压注法的   .

令狐冲

没有几家 可以说几乎没有

BLADDER

为什么不用丁基橡胶树脂硫化体系？据说可以达到低门尼。和长的焦烧时间。如果配合体系用的不错还可以得到一个很好的强度。耐热性没问题。。。。如果让我做我会想一些非常规的东西来更好的配合工艺和使用条件。

令狐冲

IIR好像耐油不太好吧

BLADDER

IIr耐油是有点问题，但是比HNBR毕竟要便宜一些啊。