ВОДОНАБУХАЮЩАЯ РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПАКЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
WATER SWELLING RUBBER MIXTURE FOR PACKER EQUIPMENT

Изобретение относится к водо- и нефтенабухающим резинам на основе бутадиен-нитрильных каучуков, которые могут использоваться в пакерах и другом скважинном оборудовании.
Известен эластомерный материал на основе бутадиен-нитрильного каучука (Пат. 2580564 РФ, МПК Е21В 33/12, F16J 15/02, опубл. 10.04.2016), который представляет собой композицию, включающую вулканизующую группу, абсорбирующий полимер - сополимер акриламида и акрилата натрия, наполнитель, минеральное волокно - асбест хризолитовый, пластификатор.
Недостатком этого материала является то, что его высокая эффективность достигается путем многослойного нанесения.
Известна водонабухающая резиновая смесь на основе бутадиен-акрило-нитрильного каучука (Пат. 2009/0084550 US, МПК Е21В 33/13, C08L 1/08, опубл. 02.04.2009), включающая карбоксиметилцеллюлозу, сажу, кремнезем, акриловый сополимер, оксид магния, антиоксидант, воск, серу и ускоритель вулканизации.
Недостатком данной резиновой смеси является ее высокая эффективность только при низких концентрациях солей.
Наиболее близким является водонабухающий эластомер на основе бутадиен-нитрильного каучука (Разработка водонабухающих эластомеров для пакерного оборудования / М.А. Ваниев, Н.В. Сычев, С.С. Лопатина, Н.В. Солдатова, В.Ю. Шиянов, Е.В. Брюзгин // Известия ВолгГТУ. Сер. Химия и технология элементоорганических мономеров и полимерных материалов. - Волгоград, 2016. - №12 (191). - С. 74-80), включающий белую сажу, серу, оксид цинка, альтакс и каптакс и водонабухающие реагенты - полиакриламид, поливиниловый спирт, натрий-карбоксиметилдцеллюлоза, сополимеры акриламида.
Недостатком данного водонабухающего эластомера является то, что он не используется в высококонцентрированных солевых растворах и не обеспечивает сохранения удовлетворительных прочностных свойств при высокой степени набухания.
Задачей предлагаемого изобретения является получение водонабухающего эластомера со способностью к набуханию в высококонцентрированных рассолах и буровых растворах.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение способности к набуханию в концентрированном рассоле и буровых растворах при сохранении удовлетворительных прочностных характеристик.
Технический результат достигается тем, что водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования на основе бутадиен-нитрильного каучука, содержащая вулканизующий агент серу, ускоритель вулканизации альтакс, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, наполнитель и водонабухающие реагенты полиакриламид и карбоксиметилцеллюлозу, при этом дополнительно содержит асбестовые волокна, в качестве полиакриламида - сшитый полиакриламид POLYSWELL, а в качестве наполнителя технический углерод при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: каучук БНКС-28 100,0, сера 1,5, альтакс 1,5, оксид цинка 5,0, стеарин 2,0, технический углерод П-234 50,0, асбестовые волокна 10,0-15,0, сшитый полиакриламид POLYSWELL 70,0-100,0, карбоксиметилцеллюлоза -10,0-15,0.
В предлагаемом водонабухающем эластомере используют следующие компоненты:
Бутадиен-нитрильный каучук БНКС-28 АМН, (ТУ 38.30313-2006).
Вулканизующая группа, включающая: вулканизующие агенты - сера (ГОСТ 127-76); ускоритель вулканизации - альтакс (2,2'-дитиобисбензтиазол) (ТУ 6-14-851-86); активаторы вулканизации - оксид цинка (ГОСТ 202-84), стеарин (ГОСТ 6484-96).
Технический углерод П-234 (ГОСТ 7885-86) используется в составе теплозащитного материала в качестве наполнителя.
В качестве водонабухающих реагентов используются:
Карбоксиметилцеллюлоза (ТУ 2231-001-53535770-01).
Асбестовые волокна (асбест хризотиловый ГОСТ 12871-93) - смесь из волокон различной длины и агрегатов. Массовая доля фракции менее 0,4 мм составляет не более 5,0%. Массовая доля остатка после просева на сите с размером стороны ячейки в свету 4,8 мм составляет не более 5,0%. Массовая доля остатка после просева на сите с размером стороны ячейки в свету 1,35 мм составляет не более 70,0%.
3
Сшитый полиакриламид POLYSWELL гранулы белого цвета, хорошо набухающие в воде, плотность - 0,8-1,0 г/см. Используется для борьбы с потерей циркуляции бурового раствора (http://www.globaldrillchem.com/products/index/polyacrylamide-lcm_3951.html).
Использование в качестве водонабухающих реагентов карбоксиметилцеллюлозы, асбестовых волокон и сшитого полиакриламида POLYSWELL придает эластомерному материалу на основе бутадиен-нитрильного каучука повышенную способность к набуханию в воде, рассоле и буровых растворах. Это достигается за счет большой набухающей способности сшитого полиакриламида POLYSWELL.
Кроме этого, асбестовые волокна ускоряют диффузию жидкости с набухающим частицам.
Заявленное количество водонабухающих реагентов в сочетании с остальными компонентами резиновой смеси позволяет получить эластомерный материал, обладающий повышенными набухающими свойствами и удовлетворительными прочностными характеристиками.
Пример.
Гранулы сшитого полиакриламида POLYSWELL предварительно измельчают в мельнице до размеров частиц 0,10-0,14 мм.
Резиновая смесь изготавливалась смешиванием в микросмесителе типа 211.822 ПС и лабораторных вальцах ВЛ 320/160 с регулируемым обогревом при 50°С - смешивали каучук с вулканизующими агентами, с сшитым полиакриламидом POLYSWELL, асбестовым волокном и карбоксиметилцеллюлозой. Продолжительность смешения 25 минут.
Затем проводят вулканизацию резиновой смеси при температуре 150°С в течение 30 минут.
В таблице 1 приведены примеры составов приготовленных смесей.
Полученные образцы подвергают необходимым испытаниям. Результаты испытаний водонабухающих эластомеров приведены в таблице 2.
Метод определения упруго-прочностных свойств при растяжении ГОСТ 270-75.
Метод определения набухания в жидкостях ГОСТ 421-59. Оценка степени набухания образцов в модельных средах - 22% водный раствор NaCl, полиэконол флора проводилась на образцах, изготовленных в виде прямоугольных пластин вулканизатов размером 15×15×2 мм. Образцы взвешивались и помещались в модельные среды на заданное время.
Периодически их извлекали, просушивали с помощью фильтровальной бумаги и снова взвешивали на аналитических весах, после чего помещали обратно в жидкую среду.
Как видно из представленных данных, предлагаемый эластомерный материал обладает большей способностью к набуханию в растворе NaCl, полиэконол флора.
Таким образом, водонабухающая резиновая смесь для пакерного оборудования на основе бутадиен-нитрильного каучука, содержащая вулканизующий агент серу, ускоритель вулканизации альтакс, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, наполнитель технический углерод и водонабухающие реагенты сшитый полиакриламид POLYSWELL, асбестовые волокна и карбоксиметилцеллюлозу, при заявленном соотношении компонентов обладает повышенной способностью к набуханию в концентрированном рассоле и буровых растворах при сохранении удовлетворительных прочностных характеристик.