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压缩式封隔器胶筒失效原因分析

发布时间:2015-09-01 点击数:2933

  封隔器胶筒都在井下作业,且完全浸在石油中,溶剂分子进入橡胶密封件交联网络,使其溶胀,体系网链密度降低,平均末端距增加,进而模量下降,见下图:

  交联橡胶密封件的溶胀过程包括两个部分:一方面溶剂力图渗入橡胶密封件内部使其体积溶胀;另一方面由于橡胶密封件体积膨胀导致网状分子链向三度空间伸展,使分子网受到应力产生弹性收缩,力图使分子网收缩。当这两种相反倾向相互抵消时,达到了溶胀平衡,封隔器胶筒弹性模量下降,压缩应力不变,使密封性能下降。

  温度对密封失效影响

  温度对密封性能的影响试验结果见表1。

  由表1得出,温度的升高加速了胶桶密封失效的速度。


  原因一:应力松弛

  胶筒在轴向压缩力作用下,胶筒的工作面完全和套管壁相接触,轴向压缩量达到了最大值。在外力作用下,高分子链段不得不顺着外力方向被迫舒展,因而产生内部应力,与外力相抗衡。但是,通过链段热运动调整分子构象,以至缠结点散开,分子链产生相对滑移,逐渐恢复其蜷曲的原状,内应力逐渐消除,与之相平衡的外力当然也逐渐衰减,以维持恒定的形变交联聚合物整个分子不能产生质心位移的运动,故应力只能松弛到平衡值,导致封隔器密封胶筒弹性模量下降,从而导致密封失效。


  原因二:热氧老化引起的密封失效

  油田用的封隔器密封件最为普及的就是耐油性能优异的丁腈橡胶密封件,丁腈橡胶热氧老化过程见下图:

  丁腈橡胶分子链上的α氢在一定温度下与氧发生反应生成不稳定的中间体,分解成带羰基和带羟基的两个链段。丁腈橡胶在热氧老化过程中随着结构的变化性能也发生相应的变化,拉伸强度和伸长强度都随着热氧老化的进程而下降,导致封隔器密封件密封失效。



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