遇油膨胀封隔器胶料的研究与应用

【摘要】近年来，随着我国油田开发的进一步深入，高性能橡胶材料及封隔器等井下工具成为了在油田开发中解决各种难题的技术关键。在保证完井质量、提高原油开采量等方面发挥着重要的作用。遇油膨胀封隔器是一种新型的井下工具，它遇油后膨胀，隔绝井液和压力，从而实现不同目的用途的井下封隔，主要用于套管井或裸眼井的分层分段开采、控水堵水、储层改造等领域。 【关键词】完井作业 遇油膨胀 膨胀速度 封隔器

随着国内外油田固井、完井技术的快速发展，功能新、可靠性高的完井工具不断出现。油胀式封隔器就是国外开发的新型固井工具，他主要可替代常规裸眼封隔器，既可实现固井完井，也可用于非固井完井。他作业简便，可靠性高，无传统封隔器的机械运动部件，可适应裸眼不规则井壁。2000年这种自膨胀封隔器在挪威被发明并投入使用，tam、哈里伯顿、贝克等公司也相继推出不同型号的此类封隔器，售价昂贵。随着我国油田开发不断深入，对这种工具的需求逐年增加。我所长期从事油田橡胶、井下工具的研发、生产，具有先进的生产设备和检测仪器，决定开发这一产品。 1 实践部分 1.1 主要原材料

高分子聚合物；防老剂；补强剂；膨胀剂；交联剂；软化剂及其他助剂。

1.2 主要仪器设备

xk-150双滚筒炼胶机；xk-400双滚筒炼胶机；x（s）f35×30橡塑密炼机；平板硫化机；分析天平；橡胶拉力试验机 1.3 研究内容 1.3.1主体材料的选择

根据遇油膨胀材料在井下的使用要求，我们对氯丁胶，天然胶，丁二烯，丁腈胶，三元乙丙橡胶，以及丙烯酸酯橡胶等做了性能筛选。经试验决定具有耐酸碱、耐温高的三元乙丙橡胶作为主体材料。 1.3.2 防老剂的选择

为了使胶料具有耐高温老化性能，胶料配方中加入防老剂是必不可少的。经老化性能筛，选用了无毒的防老剂rd和4010 na并用体系，防老效果显著。 1.3.3 膨胀剂的选择

膨胀剂是使材料产生体积膨胀的主要添加剂，主要包括丙烯酸酯树脂类，苯乙烯共聚物等一些吸油材料，其中甲基丙烯酸酯类吸油量高、强度大是首选。同时，膨胀剂对降低材料力学性能的影响较大。

1.3.4 补强剂的选择

补强剂是共聚物不可缺少的。它的作用是提高材料的硬度和机械强度。碳黑的补强性能随粒径的大小而变化，粒径愈小，补强性能愈好；经对补强剂的性能筛选，确定用高补强碳黑作为补强剂。 1.3.5 硫化体系选择

胶料的许多重要性质，如强度、伸长率、耐介质性、材料的膨胀

性等都与胶料的交联程度有关。使用硫黄+促进剂作交联剂，材料具有强度高的特点；过氧化物类作交联剂，胶料不仅具有良好的工艺操作性，还具有较好的耐热性。因此选择了硫黄+促进剂、过氧化物类并用体系，胶料性能最佳。 1.3.6 其它助剂的选择

增粘剂是一种多功能助剂，它可以改善橡胶材料与其它添加剂的亲合性，同时使胶料具有一定的粘性，有利于胶料与金属部件的粘接。为了提高制品的综合性能，配方中还加入了软化剂、分散剂、防焦剂等。

1.3.7 胶料生产工艺

配料→塑炼→混炼→下片停放→精炼→胶片→检验。

配料：要确保产品质量，准确配料是关键，硫化剂等用量少的配合剂要用天平称量。配合剂要现配现用，确保配合剂不得受潮。 塑炼和混炼：先将生胶放入密炼机中，塑炼3min，然后加入活性剂、防老剂、补强剂、膨胀剂、交联剂、软化剂及其他助剂，混炼均匀出片。

精炼、停放：将密炼后的胶料在开炼机上薄通3～5遍，下5mm左右的胶片，室温停放24小时后，即可进行胶筒或工具的制作。1.4 遇油膨胀橡胶材料膨胀速率测试

样件尺寸：胶筒外径138m m ×长300mm 中心管直径88.9mm 1.4.1 原油中不同试验温度膨胀速度测试

将样件浸泡在原油中，当浸泡温度分别为25℃、68℃、98℃时，

外径增加速度为0.5mm/24h、2.25mm/24h、6.8mm/24h。 1.4.2 原油+水不同油水比膨胀速度测试

当原油+水各占50%时，浸泡温度95℃，外径增加速度为3.62mm/24h；当原油+水油占20%时，浸泡温度95℃，外径增加速度为3.0mm/24h；当原油+水油占5%时，浸泡温度95℃，外径增加速度为1.5mm/24h。

1.4.3 在液化石油气中膨胀速度测试

将样件浸泡在液化石油气中，温度为10℃，当液化石油气为气态时，不膨胀；当液化石油气为液态时，外径膨胀速度为3mm/24h。 1.5 现场应用情况

经油田各单位应用100余套，反应良好。两套遇油自膨胀封隔器分别应用在苏75井-70#-7h井的第七和第九段，承压达60mpa。经两天的压裂施工，顺利完成了压裂任务。 2 结果与讨论

2.1 不同温度下膨胀速度测试

从1.4.1看出，当吸油膨胀橡胶在25度时，外径每天膨胀0.5毫米；68度时，外径每天膨胀2.25毫米；98度时，外径每天膨胀6.8毫米。即吸油膨胀橡胶随温度的升高，膨胀速度逐渐加快。 2.2 不同油水比膨胀速度测试

从1.4.2可看出，吸油膨胀橡胶随油中含水量的增加，膨胀速度逐渐减慢，但含油只有5%时，仍能膨胀。 2.3 在液化石油气中膨胀速度测试

从1.4.3看出，当液化石油气为气态时，不膨胀；当液化石油气为液态时，膨胀。 3 结论

（1）吸油膨胀橡胶与温度的高低有关，温度越高，膨胀速度越快。

（2）与原油的浓度有关，浓度越高，膨胀速度越快。 （3）在液化石油气中，气态时，不膨胀；液态时，膨胀。 （4）用吸油膨胀胶料制成的封隔器，经多家在油田使用，不仅可用于一般层间封隔，还可用于酸化压裂措施施工中，承压可达60mpa。 参考文献

[1] 徐鑫，魏新芳，余金陵.遇油遇水自膨胀封隔器的研究与应用.石油钻探技术2009，37（6）67-69

[2] 沈泽俊，高向前，等.遇油自膨胀封隔器的研究与应用.石油机械，2010，38（1）

[3] 赵薇，陈树杰，陈光星.新型遇油膨胀封隔器技术的研究和应用.技术装备，2011，（1）40-42

[4] 王宁，曹玉阳，吴元，等.新型遇油膨胀橡胶的制备与性能研究.特种橡胶制品，2012.33（4）4-7 作者简介

李明晏（1957-），男，山东郓城人，橡胶责任工程师，主要从事油田橡胶制品的研究与生产。