1、Hzqvjs石油大學畢業論文范文    Hzqvjs石油大學畢業論文范文    秋風清，秋月明,落葉聚還散,寒鴉棲復驚。范文高性能封隔器膠筒研制摘要： 摘要 ： 根據膠筒的使用環境及特點，針對目前市場上小直徑特殊膠筒普遍存在耐壓差低、壽命短的缺點，開展了小直徑封隔器膠筒的膠料配合和結構形狀 研究。結果顯示：與炭黑/NBR 體系相比，在過氧化物硫化體系下，甲基丙稀酸 鎂可以有效補強丁腈橡膠，MMg/NBR 硫化膠的邵 A 硬度、拉伸強度、扯斷伸長 率和 100%定伸強度均較高；新設計的膠筒結構簡單合理、易卸模、成品率

2、高， 并通過模擬試驗發現，新的結構形狀可以有效改善膠筒的抗破壞性能，耐壓差 性能平均提高 5MPa。研制出的小直徑特殊膠筒性能指標達到了耐溫 120、耐 壓差 25MPa，能滿足油田大部分套變井的要求。關鍵詞： 關鍵詞 ： 封隔器膠筒； 過氧化物； 甲基丙稀酸鎂； 結構； 模擬試驗目錄前言 . 1 1 封隔器膠筒工況分析 . 2 1.1 簡介. 2 1.2 工況分析. 2 1.3 膠筒性能的影響因素. 2 2 研究方案設計 . 4 2.1 技術路線. 4 2.2 技術方案. 4 3 配方實驗 . 5 3.1 實驗準備. 5 3.1.1 原材料選擇 . 5 3.1.2 儀器設備 . 5 3.2

3、實驗方案. 5 3.2.1 補強性能采用正交設計法進行配方設計 . 5 3.2.2 防老化試驗設計 . 5 3.3 實驗過程. 6 3.3.1 混煉 . 6 3.3.2 硫化 . 6 3.3.3 物化性能測試 . 6 3.4 結果分析. 7 3.4.1 補強性能分析 . 7 3.4.2 防老化性能分析 . 7 3.5 小結. 7 4 結構形狀優化 . 8 4.1 尺寸設計. 8 4.2 端部形狀設計. 8 5 加工工藝研究 . 9 5.1 填料方式. 9 5.2 膠筒壁厚對硫化時間及溫度的影響. 96 封隔器膠筒模擬試驗 . 10 6.1 試驗設備. 10 6.2 試驗記錄. 10 6.3 試

4、驗結果分析. 10 6.3.1 結構形狀對膠筒性能的影響 . 10 6.3.2 初始密封的座封力測定 . 11 6.3.3 座封載荷和密封壓差的關系 . 11 結論 . 12 參考文獻 . 13 致謝 . 14前言近年來，中原油田的開發已進入高含水階段，井況惡化現象嚴重，各 種新的配套工藝措施不斷出現，所需井下工具的結構類型也越來越多。根 據統計，到 2003 年底中原油田有各類套管損壞井 1121 口，約占總油水井 數的 24%，其中，存在套管縮徑變形問題的有 720 口，其變形段的內徑僅 有 108mm 或 者 更 少 。 常 規 的 5 1 / 2 ? 井 下 工 具 的 外 徑 一 般

5、 在 113mm 115mm， 不 能 配 合 這 部 分 措 施 井 施 工 ， 導 致 部 分 油 水 井 停 產 ， 給 油 田 帶來了巨大損失。故急需研制小直徑封隔器來滿足現場施工需求，使這部分 油水井恢復生產。另外隨著 4?套管技術在部分變形井中的應用，也需要 小直徑封隔器來配合現場施工。兩種封隔器都必須配有高性能的特殊膠筒 來保證其密封性能和措施有效期。 （以下內容略）1 封隔器膠筒工況分析1.1 簡介封隔器膠筒一般由彈性體復合材料制備而成，可分為強制型、自封型 和復合型等，強制型中的壓縮式封隔器膠筒是用的最為普遍的一種，本課 題研究的就是此類。作為封隔器的關鍵的彈性體密封部件。其

6、位于油管和 套管之間，座封時承受軸向載荷產生徑向大變形，膠筒外壁與套管壁產生 接觸壓力，封隔環空。實現分層注水、酸化、壓裂等工藝措施。其質量的 好壞直接影響到井下工具性能的高低，影響到增產措施的成敗。據保守估 計，國內油田年消耗量約在 10 萬套以上。1.2 工況分析封隔器膠筒的使用工況是非常復雜和苛刻的：高壓、高溫、處于油介 質中、同時還受到硫化氫、蒸汽、酸等的侵蝕。在這樣的環境中，彈性體 復合材料將會發生油溶脹、老化、過度交聯等現象，導致材料的硬度上升、 強度下降、彈性下降、抗裂口增長能力也明顯降低。因此容易在單次使用 時就產生早期破壞，導致密封失敗。同時，封隔器膠筒的“爆炸式解壓破 壞”

7、模式是客觀存在的，它將容易發生在膠筒的重復使用情況下。 （以下內容略）1.3 膠筒性能的影響因素在膠筒的使用工況下，各種橡膠的拉伸結晶特性事實上已經消失（即 已經超過了橡膠的拉伸結晶熔點），常溫下表現的高強度特性完全不復存 在，實驗表明：室溫下炭黑填充補強的 NBR 的常溫強度 25MPa 以上，但在 150下，卻不足 4MPa（見圖 1.1）。即使是抗熱氧老化特性非常好的氫 化丁腈橡膠和氟橡膠，高溫下的強度也大概是常溫強度的 25%以下（見表 1.1） 。 如 此 低 的 強 度 無 法 滿 足 高 壓 密 封 需 要 ， 更 不 能 抵 制 “ 爆 炸 式 解 壓 破壞”模式。導致膠筒肩部

8、出現裂紋、裂紋擴展、最后破裂失效。表 1.2 顯示了常規薄壁膠筒在不同溫度下耐壓差性能的變化。25201510 5MPa236090圖 1.1橡膠材料性能隨溫度變化示意圖表 1.1 溫度對橡膠材料性能的影響項目 拉伸強度/MPa 扯斷伸長率/% 硬度/度室溫 25 200 90150 3.2 40 70表 1.2 常規 80 膠筒在不同溫度下耐壓差性能比較 溫度/ 工作壓差/MPa 25 70 120 35 150 15從表 1.2 可以看出，橡膠材料性能隨著溫度升高而大副下降是膠筒高 溫破壞的主要原因，所以，有效提高橡膠材料的強度和改善材料抵抗老化 的能力是提高膠筒性能的關鍵。2 研究方案設

9、計2.1 技術路線技術路線如圖 2.1 所示 膠筒的工作條件分析合理選擇原材料配方試驗結構及模具設加工工藝試制膠筒樣品油浸模擬試驗，產品性能達到規定 圖 2.1 技術路線2.2 技術方案先通過大量的實驗室研究，包括：復合材料的力學性能、防老化性能 試驗，獲得特種彈性體復合材料配合的基本規律，獲取最佳的配合和制備 工藝參數。進而，對實驗室規模產生的復合材料（10 公斤級別），制備封 隔器膠筒樣品， 研究最佳的加工工藝條件， 對膠筒的結構進行優化設計等。 然后，制備樣品進行模擬試驗，通過性能反饋來優化復合材料的配合及制 備工藝，優化膠筒的結構設計、模具設計、成型工藝等內容。使膠筒性能 達到要求的指

10、標。3 配方實驗3.1 實驗準備3.1.1 原材料選擇 （此處內容略） 3.1.2 儀器設備 主要包括 230mm 開煉機， 100t、50t 平板硫化機，MDR-100E 硫化測 定儀，老化測定儀，沖片機 1 臺，DL-2.5 電子拉力試驗機，油浸模擬試驗 裝置。3.2 實驗方案進行補強和防老化兩個方面的性能試驗。 3.2.1 補強性能采用正交設計法進行配方設計 考慮到多因素變量，選定相應的變量及變量水平見表 3.1。 表 3.1 變量及水平表 （表格略） 不考慮因素之間的相互作用，并且因素的變化水平都是三個，因此, 采用 L 9（3 4 ）正交試驗表,可以安排三個系列實驗元素，對三個系列試

11、驗的 具體安排如下表 3.2。 表 3.2 丁腈橡膠 L9 （3 4 ） （表格略） 3.2.2 防老化試驗設計 考慮到油田井下的實際工況，存在油、水、氧、硫化氫等介質，選擇 了幾種防老劑進行并用，具體設計見表 3.3。 表 3.3 防護體系設計表 （表格略）3.3 實驗過程3.3.1 混煉 針對丁腈膠的特點，選擇合理的混煉工藝： （以下內容略） 3.3.2 硫化 正硫化點的確定利用硫化儀測定出各試驗配方，計算正硫化時間（表 3.4）。 表 3.4 各配方正硫化時間表 （表格略） 3.3.3 物化性能測試 按照國家標準，壓片測試，各配方的強度、伸長率、硬度、老化系數 等主要性能指標測試結果見表

12、 3.5。 表 3.5 硫化膠性能表 配方 N4101 N4102 N4103 N4104 N4105 N4106 N4107 N4108 N4109 拉伸強度 （MPa） 12.5 18.2 19.2 19.5 14.0 18.3 19.0 20.6 15.0 扯斷伸長率 (%) 260 270 280 280 270 250 260 270 260 硬度 (邵 A) 72 80 86 87 72 81 85 90 80 老化系數 0.80 0.85 0.85 0.85 0.80 0.85 0.80 0.90 0.80各防護體系耐熱氧老化性能見表 3.6。 表 3.6 各防護體系耐熱氧老化性

13、能對比 （表格略） 耐水井介質性能對比見表 3.7。 表 3.7 各防護體系耐水井介質性能對比 （表格略）3.4 結果分析3.4.1 補強性能分析 按 L 9 （3 4 ）正交法對數據進行分析，計算各因素的水平數據和，并求 出最大偏差 R，表 3.8 列出了試驗的結果。 由表中數據可以看出，對拉伸強度的影響因素 D?A?B?C，最佳組合 為 A 3 B 2 C 2 D 3 ；對扯斷伸長率的影響 D=C?A?B，最佳組合為 A 1 B 2 C 2 D 3 ；對 老化因素的影響 D?B=C?A，最佳組合為 A 1 B 2 C 2 D 3 。 （以下內容略） 表 3.8 丁腈橡膠試驗結果 （表格略）

14、 3.4.2 防老化性能分析 從表 3.6、3.7 中可以看出，防護體系的加入可以大大提高橡膠材料的 耐老化和耐水井介質性能，平均提高一倍以上。在三種防護體系的對比中， MB/BLE/硬脂酸防護體系（2.0/1.0/1.0）的橡膠材料性能最優。3.5 小結（ 1） 適 的 配 合 體 系 可 以 使 膠 料 的 綜 合 性 能 達 到 最 佳 ， 拉 伸 強 度 提 高 57MPa；伸長率高出 50%；老化系數提高 10%15%。 （2）特殊補強劑甲基丙稀酸鎂（MMg）的應用可以有效提高膠料的物 理機械性能，同等條件下，10 份甲基丙稀酸鎂可以提高拉伸強度 5 在 MPa 以上，提高伸長率 3

15、0%50%。這一點,對大變形量的小直徑膠筒是很重要 的。 經過以上的配方試驗，確定了最佳配方見表 3.9。 表 3.9 優化配方及性能表 （表格略）4 結構形狀優化4.1 尺寸設計（1）5 1 / 2 ?膠筒內、外徑分別確定為 60mm 和 104mm（與封隔器鋼 體配套），根據資料介紹，膠筒高度可以用下式近似計算：h ? P （R t 2 R 1 2 ） 2R 1 I2 R t fP 0 ?/(1?) （4.1）R t ?套管內半徑，mm；R 1 ?膠筒外半徑，mm； ?P?工作壓差，MPa；I?膠筒許用剪切應力，MPa； f?膠筒與套管壁的摩擦系數，一般取 0.3； P 0 ?預壓載荷，MPa；?波松系數，一般取 0.475。 （以下內容略） （2）4?膠筒內外徑設計為 60mm 和 80mm，高度采用式 4.1 計算。 （以下內容略）4.2 端部形狀設計根據資料介紹和實際試驗得到，膠筒在長時間的大壓縮負荷和介質的 物理化學作用下，膠筒肩部應力集中，產生很大的殘余變形將導致膠筒破 壞。桶形膠筒的變形與應力關系見圖 4.1： （圖略） 圖 4.1 桶形膠筒的變形與應力關系 根據這個原理，設計了新型膠筒端部形狀如下圖，并