本發(fā)明涉及密封潤滑脂技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種采油樹耐油密封脂組合物及其制備方法。
背景技術(shù)：
采油樹又稱“圣誕樹”，是位于通向油井頂端開口處的一個(gè)控制裝置，包括用來測量、維修、采油的閥門、安全系統(tǒng)和一系列監(jiān)視器械。采油樹連接來自井下的生產(chǎn)管道和出油管，同時(shí)作為油井頂端與外部環(huán)境隔絕開的屏障，它包括許多可以用來調(diào)節(jié)或阻止所產(chǎn)天然氣、原油蒸氣和液體從井內(nèi)涌出的閥門。主要作用是控制油氣的生產(chǎn)、防止油氣噴出。
采油樹閥門采用明桿或暗桿平板閥和閘閥，工作壓力達(dá)2000-20000psi。目前，采用的密封脂為通用的極壓鋰基脂和市售的普通密封脂，這些常規(guī)的潤滑脂用在采油樹閥門上存在以下缺點(diǎn)：
1)密封性差，造成閥門開關(guān)不嚴(yán)。
2)潤滑性差，閥門開關(guān)力矩大。
3)高溫性達(dá)不到要求，容易流失。
4)耐油性差，容易被原油或石油溶解、沖洗掉。
本發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)上述缺陷或缺點(diǎn)的原因是：
a、極壓鉀基脂采用的基礎(chǔ)油為普通礦物油，而市售的普通密封脂的基礎(chǔ)油亦為礦物油或酯基合成油，普遍存在粘度低，粘附性差，在閥板上附著力不強(qiáng)，容易在閥門開關(guān)的運(yùn)動(dòng)過程中或在閥門出廠前的水壓測試過程中被擠壓或沖失掉，從而造成閥門密封性能下降。
b、極壓鋰基脂所含的礦物油與原油的成份同屬碳?xì)浠衔锬軌蚧ト?，市售的普通密封脂所含組份礦物油或酯基合成油與原油亦能互溶，因此該兩類密封脂容易被原油溶解，不具有耐原油溶解的特性,在閥門的閥板上保持時(shí)間短。
c、極壓鋰基脂的高溫滴點(diǎn)在190℃左右，其高溫下易流失，市售的普通密封脂稠化劑大多數(shù)為烴類稠化劑，高溫性亦較差。
d、極壓鋰基脂或市售的普通密封脂不含固體潤劑和減摩劑，開啟和關(guān)閉力矩大，從而造成閥門開關(guān)力矩大，操作困難或者閥門難于打開。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有采油樹閥門密封脂的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出了一種采油樹耐油密封脂組合物及其制備方法，本發(fā)明的采油樹耐油密封脂組合物具有極佳的粘附性和密封性、優(yōu)秀的耐壓、抗震、抗沖擊、不溶解、不分散、不固化特性、優(yōu)良的耐油性，可耐原油、汽油、煤油、潤滑油和水等介質(zhì)；同時(shí)具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)安定性，適用于原油、石油氣、汽油、煤油、潤滑油和水等介質(zhì)閥門的密封和潤滑，特別適用于采油樹主控平板閥和閘閥的密封和潤滑，具有開啟力矩小，密封好、耐油性優(yōu)秀等特征。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種采油樹耐油密封脂，其特征在于包括以下質(zhì)量百分比的組份：
如上所述的采油樹耐油密封脂，所述的已二酸1,2-丙二醇聚酯，是采用已二酸和1,2-丙二醇在一定溫度和時(shí)間下通過催化酯化、聚合和后處理得到的一種高粘度聚合酯，其對應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足以下范圍：
本發(fā)明采用滿足上述技術(shù)指標(biāo)的己二酸1,2-丙二醇聚酯作基礎(chǔ)油，除其自身的閃點(diǎn)高、抗氧化安定性好、蒸發(fā)損失低外，還具有以下特征：
1)其運(yùn)動(dòng)粘度大，在金屬表面粘附力強(qiáng)，承壓能力高，在閥板上不易被擠壓或沖洗流失，具有較強(qiáng)的密封功能。
2)其不溶于汽油、煤油、柴油、原油、石油、潤滑油等烴類化合物，具有耐油特性。
3)分子量大，形成油膜厚度大和強(qiáng)度高，潤滑性好。
如上所述的采油樹耐油密封脂，所述的有機(jī)膨潤土為蒙脫石經(jīng)過二甲基十八烷基芐基氯化胺或二甲基雙十八烷基氯化胺等季胺鹽復(fù)蓋后，再經(jīng)過洗滌過濾、干燥、粉碎和篩分后得到的有機(jī)膨潤土。
本發(fā)明選用有機(jī)膨潤土作稠化劑，具有以下優(yōu)勢：
1)熱安定性高，這種特性和皂基潤滑脂不同，在高溫下，脂的稠度沒能明顯的變化，也就是說，該種潤滑脂沒能明顯的滴點(diǎn)。有機(jī)膨潤土潤滑脂又具有良好的溫稠性，其針入度值隨溫度變化較小。
2)膨潤土潤滑脂承受負(fù)荷的能力比一般的皂基潤滑脂高，特別是稠化高粘度聚酯類油，可抗擊采油樹閥門的高壓力。
3)具有良好的膠體安定性和耐水性。
如上所述的采油樹耐油密封脂，所述的膠體石墨是指純度≥98％，粒徑在5-25μm的磷片狀膠體石墨粉。
石墨由于層間的結(jié)合力弱，層間容易剪斷并滑動(dòng)，同一層石墨粒子之間也容易移動(dòng)，因此，可以得到低的摩擦系數(shù)，同時(shí)其高溫好，使用溫度可達(dá)550℃以上，適合使用于采油樹閥板的潤滑，可降低閥門開啟的扭矩。將其用量控制在3-15％，即可滿足采油樹耐油密封脂的抗磨減摩性要求。
如上所述的采油樹耐油密封脂，所述二硫化鎢的純度≥98％、粒徑為1-5μm。
二硫化鎢的摩擦特性和潤滑性與二硫化鉬基本相同，圴可以增強(qiáng)油膜厚度和強(qiáng)度，降低摩擦系數(shù)，增加承承能力，降低摩擦表面溫升，減少摩擦副磨損。但是二硫化鎢高溫?zé)岱€(wěn)定性、氧化安定性和耐壓能力比二硫化鉬優(yōu)秀，市均售價(jià)二者基本相同。二硫化鎢更適合用于高溫高壓的采油樹閥門。將其用量控制在3-15％，即可滿足采油樹耐油密封脂的抗磨減摩性要求。
石墨和二硫化鎢的協(xié)同效應(yīng)，該兩種固體潤滑劑以一定的比例混合使用，其摩擦系數(shù)比單組份更低，承載能力可大幅提高。
如上所述的采油樹耐油密封脂，所述的抗氧劑采用酚型或芳胺型抗氧劑中的一種或兩種的混合，所述的酚型抗氧劑采用2.6-二叔丁基對甲酚(t501)或4，4-甲基雙酚，所述的胺型抗氧劑采用n-苯基-α-胺(t531)、烷基二胺(t534)或二異辛基二苯胺?？寡鮿┑闹饕饔茫禾岣吣陀兔芊鉂櫥目寡趸捕ㄐ?，確保油脂在高溫高壓下長期使用不變質(zhì)。將其同量控制在0.2-2％，即可滿足采油樹耐油密封脂的氧化安定性要求。
如上所述的采油樹耐油密封潤滑脂，所述的防銹劑采用中堿值合成磺酸鈣(t105)或高堿值合成磺酸鈣(t106)中的一種或兩種的混合，其作用在于提高采油樹耐油密封脂的防銹性，其具體表現(xiàn)是：
1)防銹劑分子中的極性基團(tuán)對金屬表面有很強(qiáng)的吸附力，在金屬表面形成緊密的單分子或多分子保護(hù)層，阻止氧等腐蝕介質(zhì)與閥門的金屬接觸，起防銹作用。
2)中和己二酸1,2-丙二醇聚脂中的酸值，起到防腐蝕作用。
3)與傳統(tǒng)的磺酸鋇類防銹劑相比，不會(huì)造成重金屬的污染。將其用量控制在0.2-2％的范圍，即可滿足采油樹耐油密封脂的防銹性要求。
如上所述的采油樹耐油密封脂，所述的金屬減活劑，采用苯三唑及苯衍生物或噻二唑衍生物中的一種或兩種混合，所述的苯三唑及苯衍生物采用苯駢三氮唑(t706)或苯三唑衍生物(t551)；所述的噻二唑衍生物采用2，5-二硫基-1，3，4-噻二唑衍物物(t561)，其作用在干金屬減活劑可以在金屬表面生成化學(xué)膜，防止金屬或金屬離子進(jìn)入密封脂以減弱對密封脂所產(chǎn)生的催化氧化作用；同時(shí)防止硫、有機(jī)酸對有色金屬銅、銀等金屬表面的腐蝕。將金屬減活劑的用量控制在0.05-0.5％的范圍內(nèi)，即滿足其的防腐蝕性要求。
如上所述的采油樹耐油密封脂，所述的分散劑采用95％的乙醇(乙醇/水＝95/5)、95％甲醇(甲醇/水＝95/5)、96.6％丙酮(丙酮/水＝96.6/3.4)、95％碳酸丙烯脂(碳酸丙烯脂/水＝95/5)中的一種，其作用是幫助有機(jī)膨潤土分散在基礎(chǔ)油體系中，含有一定量的水份，可加速有機(jī)膨潤土的分散，如果水分太大，將對金屬有腐蝕作用，因此選擇含水5％左右的分散劑。將分散劑的用量控制在1-10％的范圍，即可滿足其助分散作用。
一種采油樹耐油密封脂的制備方法：包括如下步驟：
1、先將已二酸1，2-丙二酸聚酯和有機(jī)膨潤土一起加入反應(yīng)釜中，加熱攪拌升溫至60±5℃，加入分散劑，在60±5℃恒溫?cái)嚢?5±5分鐘，繼續(xù)攪拌升溫到130℃±5℃，抽真空至-0.05mpa，保持恒溫恒真空脫分散劑和脫水1.5小時(shí)；
2、依次加入膠體石墨、二硫化鎢、抗氧劑、金屬減活劑和防銹劑，攪拌混合30±5分鐘，出料入桶中；
3、自然冷卻至60±5℃，通過三輥研磨機(jī)研磨3次，即得采油樹耐油密封脂。
采油樹閥門扭矩實(shí)驗(yàn)
1、實(shí)驗(yàn)閥門
閥門型號(hào)：2-9/16(10000psi)即通徑65mm，耐壓10000psi的平板閘閥，臺(tái)數(shù)：8臺(tái)
2、實(shí)驗(yàn)油脂
本發(fā)明提供的采油樹耐油密封脂(編號(hào)為1#密封脂)和一種市售的采油樹閥門用密封脂(編號(hào)為2#密封脂)
3、實(shí)驗(yàn)方法
1)領(lǐng)取庫存8臺(tái)經(jīng)過測試合格的閥，分別編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#閥門。
2)將1#、2#、3#、4#閥門的閥板上分別均勻涂上1#密封脂，將5#、6#、7#、8#閥門的閥板上分別與均勻涂上等量的2#密封脂。
3)對1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#閥門分別加水壓至110±5mpa，然后用力矩搬手分別開啟1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#閥門，讀取并記錄其扭矩?cái)?shù)據(jù)。再進(jìn)行第二輪測試，對1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#閥門分別加水壓至110±5mpa，然后再用力矩搬手分別開啟1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#閥門，讀取并記錄其扭矩?cái)?shù)據(jù)，如此重復(fù)測試四次，扭矩?cái)?shù)據(jù)記錄于表-1中。
4)交換測試，將上述測試完成的1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#閥清潔干凈，重新將1#、2#、3#、4#閥門均涂上2#密封脂，將5#、6#、7#、8#閥門涂上1#密封脂，按上述的實(shí)驗(yàn)方法重復(fù)進(jìn)行測試并讀取扭矩?cái)?shù)據(jù)并記錄于表-2中。
4、測試結(jié)果
表-1：第一次扭矩測試數(shù)據(jù)
表-2：第二次扭矩測試數(shù)據(jù)(交換后)
從表1和表2可知：裝配本發(fā)明的采油樹耐油密封脂和市售的采油樹密封脂共8臺(tái)采油樹平板閘閥。經(jīng)過兩輪互換共8次開啟扭矩測試，裝配本發(fā)明的采油樹耐油密封脂的開啟扭矩平均分別為117.14n.m和114.3n.m，而裝配市售的采油樹密封脂開啟扭矩平均分別為195.58n.m和197.64n.m。本發(fā)明的采油樹耐油密封脂開啟加矩大大低于市售的采油樹密封脂，降低幅度在70％左右，有利戶外的采油樹閥門開啟操作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)如下
1、本發(fā)明提供的采油樹耐油密封，使用在采油樹主控平板閥和閘閥上，與普通市售的密封脂相比，潤滑油膜更厚，摩擦系數(shù)更低。其閥門的開啟扭矩大幅下降，降低幅度在70％左右，有利于戶外的采油樹閥門開關(guān)和維護(hù)保養(yǎng)操作。
2、本發(fā)明提供的采油樹耐油密封脂，不溶于汽油、煤油、柴油、原油和潤滑油等烴類化合物。與普通的密封相比，具有耐油特性,遇到汽油、煤油、原油和潤滑油等烴類化合物不溶解、不分散、不固化，耐壓高，能夠長期保持在采油樹閥門的潤滑表面，具有更長的使用壽命。
3、本發(fā)明提供的采油樹耐油密封脂，由有機(jī)膨潤土稠化已二酸1，2-丙二醇聚酯基礎(chǔ)油，含有膠體石墨和二硫化鎢固體潤滑劑，與抗氧劑、防銹劑、金屬減活劑和分散劑精制而成。具有極佳的粘附性和密封性、耐油性以及良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)安定性。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，然而本發(fā)明的保護(hù)范圍并非僅僅局限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例一
1)先將725.5千克的已二酸1，2-丙二醇聚酯(v100＝395.48mm2/s)和145千克的有機(jī)膨潤土一起加入反應(yīng)釜中，加熱攪拌升溫到60±5℃，加入95％的工業(yè)乙醇35千克，在60±5℃恒溫?cái)嚢?5分鐘，繼續(xù)攪拌升溫130±5℃，抽真空度到-0.05mpa，保持恒溫恒真空脫醇脫水1.5小時(shí)。
2)依次加入50千克膠體石墨、30千克二硫化鎢、5千克4.4甲基雙酚、7.5千克中堿值合成磺酸鈣、2千克苯駢三氮唑，混合攪拌30±5分鐘。出料至桶中。
3)自然冷卻到60±5℃，通過三輥研磨機(jī)研磨三次，即得采油樹耐油密封脂。
實(shí)施例二
1)先將640.5千克的已二酸1，2-丙二醇聚酯(v100＝461.73mm2/s)和160千克的有機(jī)膨潤土一起加入反應(yīng)釜中，加熱攪拌升溫到60±5℃，加入95％的甲醇45千克、在60±5℃恒溫?cái)嚢?5±5分鐘，繼續(xù)攪拌升溫到130±5℃，抽真空度到-0.05mpa，保持恒溫恒溫恒真空脫醇脫水1.5小時(shí)。
2)依次加入100千克膠體石墨、30千克二硫化鎢、10千克中堿值合成磺酸鈣、5千克高堿值合成磺酸鈣、2.5千克2，6二叔丁基對甲酚和5千克n-苯基-α-苯胺、2千克苯駢三氮唑混合攪拌30±5分鐘，出料至桶中。
3)自然冷卻到60±5℃，通過三輥磨研磨機(jī)研磨三次，即得采油樹耐油密封脂。
實(shí)施例三
1)先將699千克的己二酸1，2-丙二醇聚酯(v100＝692.21mm2/s)和150千克有機(jī)膨潤土一起加入反應(yīng)釜中，加熱攪拌升溫到60±5℃，加入96.6％的丙酮37.5千克，在60±5℃恒溫?cái)嚢?5±5分鐘，繼續(xù)攪拌升溫到130±5℃，抽真空度到-0.05mpa，保持恒溫恒真空脫丙酮脫水1.5小時(shí)。
2)依次加入50千克膠體石墨、50千克二硫化鎢、7.5千克2，6-二叔丁基對甲酸、5千克高堿值合成磺酸鈣和1千克苯駢三氫唑衍生物混合攪拌30±5分鐘，出料至桶中。
3)自然冷卻到60±5℃，通過三輥研磨機(jī)研磨三次即得采油樹耐油密封脂。
實(shí)施例四
1)將683千克的己二酸1，2-丙二醇聚酯(v100＝937.48mm2/s)和120千克有機(jī)膨潤土一起加入反應(yīng)釜中，加熱攪拌升溫到60±5℃，加入95％的工業(yè)乙醇30千克，在60±5℃恒溫?cái)嚢?5±5分鐘，繼續(xù)攪拌升溫到130±5℃，抽真空度-0.05mpa，保持恒溫恒溫恒真空脫醇脫水1.5小時(shí)。
2)依次加入100千克膠體石墨、50千克二硫化鎢、5千克辛基丁基二苯胺、10千克高堿值合成磺酸鈣、2千克2，5-二硫基-1，3，4-噻二唑衍生物混合攪拌30±5分鐘，出料入桶中。
3)自然冷卻到60±5℃，通過三輥研磨機(jī)研磨三次，即得采油樹耐油密封脂。
實(shí)施例五
1)先將623千克的已二酸1，2-丙二醇聚酯(v100＝192.87mm2/s)和180千克有機(jī)膨潤土一起加入反應(yīng)釜中，加熱攪拌升溫到60±5℃，加入95％的工碳酸丙烯酯42千克，在60±5℃恒溫?cái)嚢?5±5分鐘，繼續(xù)攪拌升溫到130±5℃，抽真空至-0.05mpa，保持恒溫恒真空脫酯脫水1.5小時(shí)。
2)依次加入95千克膠體石墨、35千克二硫化鎢、2.5千克的2，6-叔丁基甲酸、5千克二異辛基二苯胺、12.5千克的中堿值合成磺酸鈣和5千克的苯駢三氮唑，混合攪拌30±5分鐘，出料入桶中。
3)自然冷卻到60±5℃，通過三輥研磨機(jī)研磨三次，即得采油樹耐油密封脂。
實(shí)施例六
1)先將651千克的已二酸1，2-丙二醇聚酯(v100＝738.41mm2/s)和175千克有機(jī)膨潤土一起加入反應(yīng)釜中，加熱攪拌升溫到60±5℃，加入55千克95％丙碳酸丙烯酯，在60±5℃恒溫?cái)嚢?5±5分鐘，繼續(xù)攪拌升溫到130±5℃，抽真空至-0.05mpa，保持恒溫恒真空脫脂脫水1.5小時(shí)。
2)依次加入75千克膠體石墨、25千克二硫化鎢、5千克苯基二ɑ-苯胺、7.5千克中堿值合成磺酸鈣、2.5千克高堿值合成磺酸鈣、2.5千克苯駢三氫唑和1.5千克2，5-二硫基-1，3，4-噻二唑衍生物，混合攪拌30±5分鐘，出料入桶中。
3)自然冷卻到60±5℃，通過三輥研磨機(jī)研磨3次即得采油樹耐油密封脂。
將上述實(shí)施例所得的采油樹耐油密封脂產(chǎn)品的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)列入表-3中，從表-3可知，本發(fā)明提供的采油樹耐油密封脂組合物，具有極佳的粘附性、密封性、耐油性以及良好的熱穩(wěn)定性和長的使用壽命。
表-3：本發(fā)明實(shí)施例所得采油樹耐油密封脂的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。