提高油井盤根耐磨性技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：在抽油機(jī)采油過(guò)程中，盤根密封性好壞直接影響井口是否漏油和油井生產(chǎn)時(shí)率。本文針對(duì)常規(guī)丁腈橡膠存在耐溫性、耐磨性差問(wèn)題，圍繞納米摻雜和化學(xué)改性工藝技術(shù)，對(duì)原始丁腈橡膠進(jìn)行化學(xué)處理，提高其耐磨性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻有石墨或二氧化鉬丁腈橡膠經(jīng)過(guò)復(fù)合氧化改性后，抗磨性是原始丁腈橡膠3倍以上，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用8井次，平均盤根更換周期由4.5天延長(zhǎng)至9.6天，提高5.1天，效果顯著。

關(guān)鍵詞：油井生產(chǎn) ? 井口盤根 ? 耐磨性 ?技術(shù)研究

1.前言

盤根是裝在油井井口膠皮閥門盤根盒內(nèi)的密封橡膠，受光桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)影響，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中常存在盤根磨損嚴(yán)重問(wèn)題，易導(dǎo)致井口漏油，污染井口環(huán)境，安全環(huán)保壓力巨大。本文重點(diǎn)開展盤根耐磨性能技術(shù)研究，延長(zhǎng)盤根使用壽命，減少員工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高油井生產(chǎn)時(shí)率，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效目的。

2.常用盤根存在問(wèn)題

由于丁腈橡膠具有較好耐油性、耐磨性，且價(jià)格便宜，常作為井口密封盤根主要材料，廣泛應(yīng)用于各大油田生產(chǎn)中，但受本身材質(zhì)限制，其存在三方面技術(shù)缺陷，一是耐溫性能差，彈性補(bǔ)償性能不好，易老化;二是表面摩擦系數(shù)高，易造成磨損;三是使用壽命短，平均更換周期30～45天，偏磨嚴(yán)重井1～2天更換，增加維護(hù)工作量及材料成本。針對(duì)上述在問(wèn)題，圍繞優(yōu)化盤根材質(zhì)和降低表面摩擦系數(shù)兩方面開展技術(shù)研究，達(dá)到改善丁腈橡膠耐磨性目的。

3.技術(shù)對(duì)策研究

3.1摩擦系數(shù)測(cè)定

對(duì)于常規(guī)丁腈橡膠摩擦系數(shù)測(cè)定，主要應(yīng)用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，模擬現(xiàn)場(chǎng)抽油機(jī)工況，實(shí)施光桿與橡膠材料間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)行程2.5mm，頻率2.5HZ，測(cè)定不同載荷下的摩擦系數(shù)，確定丁腈橡膠摩擦系數(shù)為1.48。

3.2納米摻雜工藝

（1）技術(shù)機(jī)理

納米摻雜技術(shù)機(jī)理是在材料中加入某種納米級(jí)元素，改變材料性能。針對(duì)丁腈橡膠摩擦系數(shù)高問(wèn)題，將潤(rùn)滑性能優(yōu)良的二硫化鉬和石墨摻入至丁腈生膠中，改善其摩擦性能，降低磨損率。

（2）工藝流程

整個(gè)工藝流程主要有四步，一是將丁腈生膠加入至開煉機(jī)上塑煉;二是至生膠包輥后，先加入活性劑，再加入炭黑、增塑劑和防老劑;三是混煉均勻后，加入石墨;四是加入硫化劑和促進(jìn)劑，再次混煉均勻;五是硫化處理，溫度控制在150～200℃之間，使塑性橡膠逐漸轉(zhuǎn)換成彈性橡膠，完成納米摻雜工序。橡膠摻雜二氧化鉬工藝與上述摻雜石墨流程一致。

（3）性能測(cè)試

采用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，在頻繁2Hz、載荷0.7kg和往復(fù)行程2.5mm工況下測(cè)定加入石墨和二氧化鉬的丁腈橡膠摩擦系數(shù)，結(jié)果分別為1.16和1.15，相比原生丁腈橡膠，摩擦系數(shù)降低0.32～0.33，表明石墨和二氧化鉬均能大幅度提升橡膠材料的耐磨性。

3.3化學(xué)改性技術(shù)

（1）技術(shù)機(jī)理

化學(xué)改性技術(shù)主要分為鹵化改性和磺化改性，鹵化改性是利用金屬鹵化物對(duì)橡膠進(jìn)行處理，通過(guò)控制溫度、濃度、時(shí)間等因素，在橡膠表面發(fā)生氧化和加成反應(yīng)，形成一層表面改性結(jié)構(gòu)層，在保持橡膠原有特性同時(shí)，增加其耐磨性能;而磺化改性是將橡膠浸入硫酸或亞硫酸溶液中，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)后，使橡膠表面活化或極性化，提高其拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度及耐磨性等。

（2）工藝流程

對(duì)納米摻雜后的橡膠進(jìn)行化學(xué)改性，主要采用溴化、碘化和混合氧化處理，溴化和碘化屬于鹵化改性，混合氧化屬于綜合溴化、碘化和磺化特點(diǎn)的處理方式，具體工藝流程如下：首先是溴化改性，采用40%濃度溴溶液，浸泡5～7天，橡膠表面會(huì)形成一層致密的改造層;其次是碘化改性，利用碘化鉀溶液浸泡橡膠5-7天，充分反應(yīng)后橡膠表面形成不連續(xù)結(jié)構(gòu)層;三是混合氧化，將橡膠浸入含有濃硫酸、溴、鉀的溶液中，浸泡5-7天，橡膠表面會(huì)生成一層致密的氧化層。

（3）性能測(cè)試

對(duì)溴化改性、碘化改性和混合氧化改性的橡膠測(cè)定摩擦系數(shù)，工況參數(shù)為：載荷0.7kg，往復(fù)頻率2Hz，往復(fù)行程2.5mm，測(cè)試結(jié)果表明，溴化改性橡膠摩擦系數(shù)1.22，碘化改性橡膠摩擦系數(shù)1.28，復(fù)合氧化改性橡膠摩擦系數(shù)1.05。

為進(jìn)一步驗(yàn)證混合氧化改性橡膠耐磨性，再次進(jìn)行干摩擦實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)試樣為軸承鋼球，實(shí)驗(yàn)工況：載荷4kg，往復(fù)頻率4Hz，時(shí)間為1小時(shí)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，原始丁腈橡膠磨損量為5.4mg，混合氧化改性橡膠磨損量為1.7mg，相當(dāng)于原始丁腈橡膠31.5%，表明混合氧化改性橡膠耐磨性更強(qiáng)。

4.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

以L油田為例，優(yōu)選8口盤根更換頻繁油井實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)比原始丁腈橡膠，應(yīng)用混合氧化改性橡膠后，平均盤根更換周期由4.5天延長(zhǎng)至9.6天，提高5.1天，效果顯著。

5.結(jié)論

（1）常規(guī)丁腈橡膠存在耐溫性、耐磨性差問(wèn)題，更換頻繁，增加維護(hù)工作量及材料成本。

（2）圍繞納米摻雜和化學(xué)改性工藝技術(shù)，對(duì)原始丁腈橡膠進(jìn)行化學(xué)處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻有石墨或二氧化鉬丁腈橡膠經(jīng)過(guò)復(fù)合氧化改性后，抗磨性是原始丁腈橡膠3倍以上，且以L油田為例，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用8井次，平均盤根更換周期延長(zhǎng)5.1天，效果顯著。

（3）本文在提高盤根耐磨性方面取得成果及認(rèn)識(shí)，可為同行提供借鑒經(jīng)。

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作者簡(jiǎn)介：

劉海燕，女，1973年12月出生鞍山臺(tái)安，漢族，助工，1998年畢業(yè)于遼寧財(cái)政高等專科學(xué)校，現(xiàn)于遼河油田興隆臺(tái)采油廠從事生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)工作。