垂直鉆井工具用橡膠油囊及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種垂直鉆井工具用橡膠油囊及其制備方法，包括用于與液壓源連接的金屬嘴和與金屬嘴密封連接的用于收縮膨脹變形的油囊端，所述油囊端的組分包括下述質(zhì)量份的原料：氟橡膠100；耐高溫蠟2.0；加工助劑1.0；炭黑5～30；金屬氧化物1.0～5.0；吸酸劑2.0～20.0；3#硫化劑1.0～6.0。本發(fā)明的油囊安裝在美孚ATF220或者SCH524的液壓油環(huán)境當中，在壓力140MPa，溫度150℃的條件下，可以安全運行200小時，完全滿足了垂直鉆井工具對密封件的要求。
【專利說明】垂直鉆井工具用橡膠油囊及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油鉆井工具所用密封件及其制造方法，具體是安裝在垂直鉆井工具上的橡膠油囊的制備方法，屬于橡膠膠囊制造【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]垂直鉆井工具可實現(xiàn)井下主動糾斜、保持井眼垂直、提高井身質(zhì)量、有效防止套管磨損、減少井下復雜事故等多種作用。國外在垂直鉆井技術(shù)方面有代表性的是斯倫貝謝公司的Power-V垂直鉆井系統(tǒng)、貝克休斯公司Vert1-Track垂直鉆井系統(tǒng)和哈里伯頓公司的V-Pilot垂直鉆井系統(tǒng)。國內(nèi)研制出的適應于171/2"和16"井眼的BH-VDT5000垂直鉆井系統(tǒng)，其核心密封件之一即橡膠油囊存在著耐高溫、耐液壓油性能差、使用壽命短等技術(shù)問題，嚴重影響著垂直鉆井工具的有效使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種垂直鉆井工具用橡膠油囊及其制備方法，本發(fā)明制造的垂直鉆井工具用橡膠油囊耐高溫(150°C)、耐高壓(140MPa)、耐液壓油(美孚ATF220或者SCH524)性能好、使用壽命長(大于300小時)，可以保證垂直鉆井工具長期有效工作。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種垂直鉆井工具用橡膠油囊，包括用于與液壓源連接的金屬嘴和與金屬嘴密封連接的用于收縮膨脹變形的油囊端，所述油囊端的組分包括下述質(zhì)量份的原料:氟橡膠100 ;耐高溫蠟2.0 ;加工助劑1.0 ;炭黑5~30 ;金屬氧化物1.0~5.0 ;吸酸劑2.0~20.0 ；3#硫化劑1.0~6.0。
[0005]所述氟橡膠為偏氟乙烯-六氟丙烯二元共聚氟橡膠。
[0006]所述炭黑為中粒子熱裂炭黑。
[0007]所述金屬氧化物為活性氧化鎂。
[0008]所述吸酸劑為氫氧化鈣。
[0009]所述加工助劑為德國Struktol公司生產(chǎn)的WS-280，成分為脂肪酸衍生物的混合物。
[0010]所述耐高溫蠟為棕櫚蠟。
[0011]上述的垂直鉆井工具用橡膠油囊的制備方法，包括以下步驟:
[0012]步驟1:油囊膠料制造
[0013]先將生料氟橡膠進行薄通壓合，再加入少許炭黑和按質(zhì)量分數(shù)加金屬氧化物進行薄通壓合，再加入剩余炭黑、耐高溫蠟，加入3#硫化劑，進行翻煉，混煉均勻后下片，制成各種尺寸的膠片；
[0014]步驟2:金屬嘴處理
[0015]金屬嘴進行噴砂處理，油清理表面油脂，干燥后均勻涂刷硅烷類粘接劑；
[0016]步驟3:油囊橡膠端制造
[0017]取制造好的膠片加入注射U形腔內(nèi)，進行硫化，壓力:3.5-5MPa ;溫度:145_160°C ；時間:20-40min,得到U形油囊橡膠端；
[0018]步驟4:油囊金屬嘴端制造
[0019]將經(jīng)過預處理的金屬嘴安裝在模具中，根據(jù)橡膠油囊上段的外形，取步驟I制造好的膠片纏繞在金屬嘴外周，在模具中進行硫化，壓力:3.5-5MPa ;溫度:145_165°C ;時間:15_30min ；
[0020]步驟5:油囊兩端對接
[0021]將步驟3制備的油囊橡膠端和步驟4制備的油囊金屬嘴端需要兩端對接部位用風動砂輪打磨，打磨后的對接部位用汽油擦拭干凈，涂刷膠黏劑，然后進行粘合；
[0022]步驟6:油囊充氣一段硫化
[0023]將粘合好的油囊安裝在充氣硫化工裝內(nèi)，放入平板硫化機上，然后向油囊充氣，硫化條件:平板壓力3.5-5MPa ;溫度150_170°C ;時間20_40min ;油囊充氣壓力0.3-0.6MPa ；
[0024]步驟7:油囊二段硫化
[0025]室溫一1500CX I 小時一1800C X 16 小時一200°C X 3 小時。
[0026]所述步驟5中，將油囊兩端按照1mm對接尺寸粘接，粘接面為坡面對接。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的油囊安裝在美孚ATF220或者SCH524的液壓油環(huán)境當中，在壓力140MPa，溫度150°C的條件下，可以安全運行200小時，完全滿足了垂直鉆井工具對密封件的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的垂直鉆井工具用橡膠油囊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明的垂直鉆井工具用橡膠油囊的油囊金屬嘴結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖3是本發(fā)明的垂直鉆井工具用橡膠油囊的油囊金屬嘴端結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖4是本發(fā)明的垂直鉆井工具用橡膠油囊的油囊金屬嘴端制造模具圖；
[0032]圖5是本發(fā)明的垂直鉆井工具用橡膠油囊的油囊橡膠端結(jié)構(gòu)圖
[0033]圖6是本發(fā)明的垂直鉆井工具用橡膠油囊的油囊橡膠端制造模具圖；
[0034]圖7是本發(fā)明的垂直鉆井工具用橡膠油囊的油囊充氣硫化模具圖。
[0035]圖中；1-金屬嘴，2-油囊金屬嘴端，3-油囊橡膠端，4-兩端對接部位，5-油囊金屬嘴端制造模具下模，6-油囊金屬嘴端制造模具中模，7-油囊金屬嘴端制造模具上模，8-油囊橡膠端制造模具下模，9-油囊橡膠端制造模具中下模，10-油囊橡膠端制造模具中上模，11-油囊橡膠端制造模具上模，12-油囊充氣硫化模具注膠口，13-橡膠油囊充氣硫化模具下模，14-油囊充氣硫化模具中下模，15-油囊充氣硫化模具中上模，16-油囊充氣硫化模具上模，17-油囊充氣硫化模具進氣嘴。

【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明:
[0037]如圖1-7所示，本發(fā)明的垂直鉆井工具用橡膠油囊，包括用于與液壓源連接的金屬嘴和與金屬嘴密封連接的用于收縮膨脹變形的油囊端，所述油囊端的組分包括下述質(zhì)量份的原料:氟橡膠100 ;耐高溫蠟2.0 ;加工助劑1.0 ;炭黑5~30 ;金屬氧化物1.0~5.0 ;吸酸劑2.0~20.0 ；3#硫化劑1.0~6.0。
[0038]所述氟橡膠為偏氟乙烯-六氟丙烯二元共聚氟橡膠。
[0039]所述炭黑為中粒子熱裂炭黑。
[0040]所述金屬氧化物為活性氧化鎂。
[0041]所述吸酸劑為氫氧化鈣。
[0042]所述加工助劑為德國Struktol公司生產(chǎn)的WS-280，成分為脂肪酸衍生物的混合物。
[0043]所述耐高溫蠟為棕櫚蠟。
[0044]上述的垂直鉆井工具用橡膠油囊的制備方法，包括以下步驟:
[0045]步驟1:油囊膠料制造
[0046]先將生料氟橡膠進行薄通壓合，再加入少許炭黑和按質(zhì)量分數(shù)加金屬氧化物進行薄通壓合，再加入剩余炭黑、耐高溫蠟，加入3#硫化劑，進行翻煉，混煉均勻后下片，制成各種尺寸的膠片；
[0047]步驟2:金屬嘴處理
[0048]金屬嘴進行噴砂處理，油清理表面油脂，干燥后均勻涂刷硅烷類粘接劑；
[0049]步驟3:油囊橡膠端制造
[0050]取制造好的膠片加入注射U形腔內(nèi)，進行硫化，壓力:3.5-5MPa ;溫度:145_160°C ；時間:20-40min,得到U形油囊橡膠端；
[0051]步驟4:油囊金屬嘴端制造
[0052]將經(jīng)過預處理的金屬嘴安裝在模具中，根據(jù)橡膠油囊上段的外形，取步驟I制造好的膠片纏繞在金屬嘴外周，在模具中進行硫化，壓力:3.5-5MPa ;溫度:145_165°C ;時間:15_30min ；
[0053]步驟5:油囊兩端對接
[0054]將步驟3制備的油囊橡膠端和步驟4制備的油囊金屬嘴端需要兩端對接部位用風動砂輪打磨，打磨后的對接部位用汽油擦拭干凈，涂刷膠黏劑，然后進行粘合；
[0055]步驟6:油囊充氣一段硫化
[0056]將粘合好的油囊安裝在充氣硫化工裝內(nèi)，放入平板硫化機上，然后向油囊充氣，硫化條件:平板壓力3.5-5MPa ;溫度150_170°C ;時間20_40min ;油囊充氣壓力0.3-0.6MPa ；
[0057]步驟7:油囊二段硫化
[0058]室溫一1500CX I 小時一1800C X 16 小時一200°C X 3 小時。
[0059]所述步驟5中，將油囊兩端按照1mm對接尺寸粘接，粘接面為坡面對接。
[0060]垂直鉆井工具用橡膠油囊(以下簡稱油囊)，產(chǎn)品使用環(huán)境要求高溫液壓油中浸泡，受液壓油的高溫、晃動、拉伸、振動、沖擊等多種應力共同作用，需要膠料具有較高的高溫強力，較低的變形，膠料還必須要有相當好的工藝性能，如自粘性、互粘性(膠料與金屬)、復雜型面的注壓性能和硫化性能。根據(jù)環(huán)境使用要求，選擇氟橡膠為主體橡膠，考慮其自粘性和與金屬的粘合性選擇26型氟橡膠，優(yōu)選了適于用胺類硫化劑硫化的氟橡膠，這種橡膠具有良好的焦燒安全性，良好的物理機械性能，與金屬粘接性能好，適應于油囊的使用環(huán)境；選擇了補強劑炭黑，膠料粘度較低，具有良好的模內(nèi)流動性能；加入了耐高溫蠟，保證了制品的脫模性能。金屬嘴端模具為半開放式模具，填膠容易，定位準確，容易排氣，脫模便利。橡膠端模具為注壓式模具，膠料通過注壓孔預熱后，流動性好，易于充滿模具，產(chǎn)品尺寸易于控制。設(shè)計油囊充氣硫化模具將金屬嘴端和橡膠端對接，進行充氣硫化粘接。
[0061]所述氟橡膠為偏氟乙烯-六氟丙烯二元共聚氟橡膠，日本大金公司的G-501NK，所述炭黑為中粒子熱裂炭黑，所述金屬氧化物為活性氧化鎂，所述吸酸劑為氫氧化鈣，所述加工助劑為德國Struktol公司生產(chǎn)的WS-280，成分為脂肪酸衍生物的混合物。
[0062]具體地說，其制備步驟如下:
[0063]步驟1:主體膠料制造
[0064]先將生膠進行薄通壓合，再加入少許炭黑和金屬氧化物按質(zhì)量分數(shù)加入進行薄通壓合，再加入剩余炭黑、耐高溫蠟，加入3#硫化劑，進行翻煉，混煉均勻后下片，制成各種尺寸的膠片。
[0065]混煉工藝見表1。
[0066]表1、混煉工藝表
[0067]

【權(quán)利要求】
1.一種垂直鉆井工具用橡膠油囊，包括用于與液壓源連接的金屬嘴和與金屬嘴密封連接的用于收縮膨脹變形的油囊端，其特征在于，所述油囊端的組分包括下述質(zhì)量份的原料:氟橡膠100 ;耐高溫蠟2.0 ;加工助劑1.0 ;炭黑5~30 ;金屬氧化物1.0~5.0 ;吸酸劑2.0 ~20.0 ；3# 硫化劑 1.0 ~6.0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直鉆井工具用橡膠油囊，其特征在于，所述氟橡膠為偏氟乙烯-六氟丙烯二元共聚氟橡膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直鉆井工具用橡膠油囊，其特征在于，所述炭黑為中粒子熱裂炭黑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直鉆井工具用橡膠油囊，其特征在于，所述金屬氧化物為活性氧化鎂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直鉆井工具用橡膠油囊，其特征在于，所述吸酸劑為氫氧化鈣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直鉆井工具用橡膠油囊，其特征在于，所述加工助劑為德國Struktol公司生產(chǎn)的WS-280，成分為脂肪酸衍生物的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直鉆井工具用橡膠油囊，其特征在于，所述耐高溫蠟為棕櫚蠟。
8.如權(quán)利要求1所 述的垂直鉆井工具用橡膠油囊的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:油囊膠料制造 先將生料氟橡膠進行薄通壓合，再加入少許炭黑和按質(zhì)量分數(shù)加金屬氧化物進行薄通壓合，再加入剩余炭黑、耐高溫蠟，加入3#硫化劑，進行翻煉，混煉均勻后下片，制成各種尺寸的膠片； 步驟2:金屬嘴處理 金屬嘴進行噴砂處理，油清理表面油脂，干燥后均勻涂刷硅烷類粘接劑； 步驟3:油囊橡膠端制造 取制造好的膠片加入注射U形腔內(nèi)，進行硫化，壓力:3.5-5MPa;溫度:145-160°C ;時間:20-40min,得到U形油囊橡膠端； 步驟4:油囊金屬嘴端制造 將經(jīng)過預處理的金屬嘴安裝在模具中，根據(jù)橡膠油囊上段的外形，取步驟I制造好的膠片纏繞在金屬嘴外周，在模具中進行硫化，壓力:3.5-5MPa ;溫度:145-165°C ;時間:15_30min ； 步驟5:油囊兩端對接 將步驟3制備的油囊橡膠端和步驟4制備的油囊金屬嘴端需要兩端對接部位用風動砂輪打磨，打磨后的對接部位用汽油擦拭干凈，涂刷膠黏劑，然后進行粘合； 步驟6:油囊充氣一段硫化 將粘合好的油囊安裝在充氣硫化工裝內(nèi)，放入平板硫化機上，然后向油囊充氣，硫化條件:平板壓力3.5-5MPa ;溫度150_170°C ;時間20_40min ;油囊充氣壓力0.3-0.6MPa ； 步驟7:油囊二段硫化 室溫一1500C Xl 小時一1800C X 16 小時一200°C X3 小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的垂直鉆井工具用橡膠油囊的制備方法，其特征在于，所述步驟5中，將油囊兩端按照1mm對接尺寸粘接，粘接面為坡面對接。
【文檔編號】C08L27/16GK104177739SQ201410398700
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】周振良, 付寶強, 汝大軍, 王海巖, 馬哲, 李曉鵬, 楊文龍, 吳世民 申請人:中國石油集團渤海鉆探工程有限公司, 凱迪西北橡膠有限公司