采油用螺桿泵定子橡膠及其性能的改進(jìn)探究

摘 要：螺桿泵技術(shù)源自于法國(guó)，之后在全球范圍內(nèi)得到了十分廣泛的應(yīng)用，在七十年代的時(shí)候，這項(xiàng)技術(shù)在原有開(kāi)采基礎(chǔ)上得到了較好的應(yīng)用。我國(guó)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用起步較晚，但是經(jīng)過(guò)多年來(lái)的發(fā)展，現(xiàn)在我國(guó)已擁有生產(chǎn)多種螺桿泵技術(shù)條件。但是我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)出來(lái)的螺桿泵由于定子材料存在問(wèn)題，對(duì)于其使用年限造成了嚴(yán)重的影響，想要提升原油開(kāi)采的效率，一定要研究對(duì)螺桿泵定子橡膠性能造成影響的原因，并且選擇相應(yīng)的策略進(jìn)行改進(jìn)。文章主要針對(duì)這個(gè)問(wèn)題展開(kāi)具體的論述。

關(guān)鍵詞：螺桿泵；定子橡膠；丁腈橡膠；性能；改進(jìn)

我國(guó)在上世紀(jì)八十年代中后期的時(shí)候逐漸研究使用螺桿泵采油技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)能夠獨(dú)自生產(chǎn)各種類型的螺桿泵，但是因?yàn)椴牧戏矫孢€存在著一定的問(wèn)題，不管是最大揚(yáng)程還是使用期限方面都和同款的國(guó)外產(chǎn)品存在較大的差異，螺旋泵定子材料因?yàn)槭艿胶芏嘁蛩氐挠绊?，?dǎo)致橡膠的物理性質(zhì)改變，使得橡膠提前老化，減少了螺桿泵的使用壽命，并且對(duì)其應(yīng)用范圍也造成了限制，必須要改變其選用的材料，并且對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，從而提升采油螺桿泵的性能，將其作用最大限度的發(fā)揮出來(lái)。

1 采油用螺桿泵定子橡膠主要使用的類型

1.1 丁腈橡膠

丁腈橡膠屬于比較經(jīng)典的一種橡膠定子材料，這種材料主要是丁二烯以及丙烯腈二者聚合形成的，依照聚合溫度的差別，分成高溫與低溫下聚合丁腈。根據(jù)使用途徑差異，可以將其分成通用和特殊丁腈橡膠。

1.2 羧基丁腈橡膠

羧基丁腈橡膠擁有耐熱以及耐磨兩個(gè)明顯的特點(diǎn)，在對(duì)其施壓后變形不明顯，并且擁有較好的彈性，擁有極強(qiáng)的抗撕裂度，能夠注壓成型，擁有良好的動(dòng)態(tài)性能[1]。

1.3 氫化丁腈橡膠

氫化高飽和丁腈橡膠是國(guó)外20年代開(kāi)發(fā)的新型飽和耐油橡膠。通過(guò)對(duì)丁腈橡膠鏈段上的丁二烯單元進(jìn)行選擇氫化，將不飽和雙鍵加氫反應(yīng)，生成飽和碳-碳單鍵氫化高飽和丁腈橡膠分子鏈中的氫化丁二烯單元，可使其具有良好的耐熱和耐老化性能、耐腐蝕性能、耐低溫性能，以及具有能在高溫下仍保持與常溫相當(dāng)?shù)奈锢頇C(jī)械性能的品質(zhì)。

1.4 氟橡膠

氟橡膠是由偏氟乙烯、六氟丙烯、四氟乙烯構(gòu)成的二元類、三元類共聚物，品種有10種之多。氟橡膠屬碳鏈飽和極性橡膠，其耐高溫性能和耐油性在橡膠材料中是最好的，其耐藥品性能和機(jī)械特性也相當(dāng)優(yōu)良，因氟橡膠是最好的耐油橡膠，常被用在一些使用條件非?？量痰沫h(huán)境中。但氟橡膠的彈性差，耐低溫性及耐水性等極性物質(zhì)性能不夠好，價(jià)格昂貴等限制了氟橡膠的應(yīng)用。

1.5 丁腈與聚氯乙烯（NBR/PVC）共混橡膠

丁腈與聚氯乙烯（NBR/PVC）共混，當(dāng)NBR中CAN質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為40%時(shí)，兩者的溶解度參數(shù)相近，這時(shí)再加入適當(dāng)?shù)母男詣?，NBR/PVC形成良好的共混體系，綜合了PVC和NBR各自的優(yōu)點(diǎn)，與單獨(dú)的NBR 相比，具有優(yōu)良的耐油性、耐化學(xué)腐蝕性，良好的力學(xué)性能、密封性能和耐臭氧老化等性能，既節(jié)約了成本又提高了性能[2]。

2 對(duì)螺桿泵定子橡膠造成影響的因素

2.1 磨耗造成的影響

在開(kāi)采原油的過(guò)程當(dāng)中，螺桿泵在井下工作的時(shí)候如果井液中混入泥沙，井液中的泥沙微粒將會(huì)一直刮磨定子橡膠表面，導(dǎo)致橡膠表面部分被接觸的點(diǎn)反復(fù)受到切割，進(jìn)而形成細(xì)小顆粒，最后脫落，這就造成表面磨損消耗。另外，定子橡膠還存在疲勞損耗，主要原因是和摩擦面觸碰的定子硫化膠上面會(huì)因?yàn)椴粩嗄Σ潦艿嚼煲约皦嚎s這些作用，導(dǎo)致橡膠表面存在疲勞并且造成細(xì)微的裂紋，裂紋慢慢會(huì)出現(xiàn)微觀脫落的情況。因此，疲勞損耗對(duì)于定子橡膠造成的影響最大。

2.2 過(guò)盈值造成的影響

對(duì)于配方固定的定子橡膠來(lái)說(shuō)，過(guò)盈值對(duì)其使用壽命影響較大，主要體現(xiàn)在過(guò)盈值大，磨耗增加，導(dǎo)致摩擦加大，進(jìn)而產(chǎn)生大量的熱量，加快橡膠老化的速度。另外，過(guò)盈值過(guò)大還會(huì)導(dǎo)致螺桿泵產(chǎn)生卡泵的情況。若過(guò)盈值過(guò)小將會(huì)對(duì)定子橡膠的性能影響較小，但會(huì)導(dǎo)致舉升液漏失，造成揚(yáng)程不夠，泵效降低。

2.3 作業(yè)環(huán)境造成的影響

（1）原油。原油自身存在部分會(huì)對(duì)橡膠造成影響的物質(zhì)，例如小分子烷烴、芳香族和二氧化硫等物質(zhì)，烷烴、芳香族滲入橡膠內(nèi)部，會(huì)使定子橡膠發(fā)生溶脹，而二氧化硫?qū)?huì)導(dǎo)致橡膠發(fā)硬和脆化，導(dǎo)致其性能遭受破壞。（2）高溫作業(yè)環(huán)境。高溫作業(yè)環(huán)境對(duì)于橡膠降解將會(huì)造成一定的影響，螺桿泵采油的時(shí)候因?yàn)榫聹囟仍斐傻挠绊?，在高溫環(huán)境下工作，分子鏈斷裂速度提升，導(dǎo)致橡膠的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而硬化，對(duì)于橡膠力學(xué)性能造成嚴(yán)重的影響[3]。

3 改進(jìn)螺桿泵定子橡膠性能的方法

3.1 工程塑料改進(jìn)定子橡膠性能

（1）聚甲醛工程塑料。選擇聚甲醛工程塑料，讓它和丁腈橡膠二者混合，這種方式主要是通過(guò)聚甲醛的良好性能對(duì)于丁腈橡膠的性能進(jìn)行改變。由于聚甲醛擁有極強(qiáng)的耐磨性以及耐疲勞性等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效補(bǔ)充丁腈橡膠存在的缺點(diǎn)，因此，能夠有效提升其性能。（2）尼龍和丁腈橡膠混合。由于尼龍擁有較多的優(yōu)點(diǎn)，例如，強(qiáng)度較高，并且耐磨性能較好，還可以自潤(rùn)滑，從而可以在很大程度上改進(jìn)丁腈橡膠的性能，尤其是對(duì)于其力學(xué)性能以及動(dòng)態(tài)性能方面有著十分明顯的改善。（3）高聚合度聚氯乙烯樹(shù)脂和丁腈橡膠混合。高聚合度聚氯乙烯樹(shù)脂耐熱性較高，并且壓縮變形比較小，硬度對(duì)于穩(wěn)定程度也相對(duì)較小，正是因?yàn)閾碛羞@些優(yōu)點(diǎn)，將其和丁腈橡膠混合能夠制作成擁有極高性能的共混合金。

3.2 使用填料改變丁腈橡膠性能

使用填料能夠?qū)ο鹉z的性能造成影響，而影響的程度由填料形態(tài)的不同和聚合物相互作用決定。在橡膠當(dāng)中添加填料可以加強(qiáng)橡膠的強(qiáng)度和耐磨性能，尤其是在填料結(jié)構(gòu)單元超過(guò)納米高度的時(shí)候，將會(huì)導(dǎo)致材料的性質(zhì)發(fā)生嚴(yán)重的改變，對(duì)于丁腈橡膠材料的性能造成較大的改變[4]。尤其是把納米和高分子兩種材料結(jié)合，可以在很大程度上提升高分析材料的各項(xiàng)性能，延長(zhǎng)其使用的時(shí)間。應(yīng)該使用納米材料對(duì)其表面進(jìn)行改性處理，把填料和聚合物材料均勻的混合，選擇物理方式減少納米材料上面的電荷，可以避免納米材料團(tuán)聚，從而有效提升納米粒子和聚合物之間的相容性，能夠提升聚合物的性能。把納米填料和丁腈橡膠混合起來(lái)，可以使納米材料在橡膠當(dāng)中平均分布，從而起到改善的作用，提升丁腈橡膠的活性。

使用納米碳酸鈣對(duì)于丁腈橡膠的性能進(jìn)行改變，在丁腈橡膠當(dāng)中添加納米碳酸鈣，可以提升硫化膠的伸長(zhǎng)率，對(duì)于壓縮變形這些性能造成改變，提升其耐磨和致密性能。另外，在橡膠當(dāng)中加入納米碳酸鈣材料還可以補(bǔ)充橡膠的強(qiáng)度，增加其拉伸長(zhǎng)度和定伸應(yīng)力[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)文章對(duì)采油用螺桿泵定子橡膠及其性能改進(jìn)方法的進(jìn)一步闡述，使我們了解到材料方面還存在著一定的問(wèn)題，必須要采取相應(yīng)的措施改進(jìn)其存在的缺陷。希望通過(guò)文章的闡述能夠給螺桿泵定子橡膠性能改進(jìn)方面提供一定的幫助，進(jìn)而增加其使用壽命的同時(shí)，提升其采油的效率。

參考文獻(xiàn)

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[2]劉生輝，魏伯榮.耐油橡膠研究應(yīng)用進(jìn)展[J].特種橡膠制品，2002，9（23）：54-56

[3]詹升忠.采油用螺桿泵定子橡膠及其性能的改進(jìn)措施研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014，05：95.

[4]趙海超.溫度對(duì)丁腈基螺桿泵定子橡膠摩擦學(xué)性能的影響[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2015，08：124-125.

[5]霍緒堯.石油中水含量對(duì)采油螺桿泵定子橡膠磨損性能的影響

[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2012，04：113-114.