На этой странице вы найдете самую последнюю информацию о применяемых резинах и их физико-мханических свойствах

                     

            Новое поколение резин для погружного нефтедобывающего оборудования.

 

    На основе выработанных требований к резинам для погружного нефтедобывающего оборудования и используя собственные подходы к разработке и рецептуростроению резин специалисты ООО «МАЯК-РТИ» разработали принципиально новую резину С-М-3, относящуюся к резинам нового поколения.

          Исходя из условий эксплуатации при разработке принципиально новой резины С-М-3 были учтены недостатки ранее применяемых сажевых резин типа С-26Ч , РС-26ч, РС-3 и их аналогов:

      - увеличено исходное разрывное удлинение до 450-500%, при этом еще и снижена скорость падения показателя разрывного удлинения, то есть термического старения;

      – устранены сажевые наполнители, что значительно снизило набухание резин под давлением и увеличило сроки работоспособности РТИ;

         - устранены пластификаторы, а следовательно устранено уменьшение объема деталей при эксплуатации.

Изделия из резиновой смеси С-М-3 обладают стойкостью к сероводороду, щелочи, к взрывной декомпрессии (кессонный эффект), повышена стойкость к полусинтетическим и синтетическим маслам.

   Были проведены подконтрольные эксплуатации на сервисных базах и на предприятиях, имеющих прямое отношение к производству погружного оборудования.

    После проведения подконтрольной эксплуатации были выданы рекомендации к широкому применению резины С-М-3 в составе погружного нефтедобывающего оборудования.

Резина С-М-3 применяется в составе нефтедобывающего погружного оборудования с 2007 года.

 

Со свойствами резины С-М-3 можно ознакомиться в ТУ 2539-005-98270346-2017

 

                   Новые резины для погружного нефтедобывающего оборудования

 

Одновременно с разработкой С-М-3 специалистами ООО «МАЯК-РТИ» была разработана серия резин  Бунапол.

 

В настоящее время существует ряд резин: РС-26ч, РС-3, «С»-М-3,  из которых изготавливается основной объем резинотехнических изделий для погружного нефтедобывающего оборудования. Эти марки резин используются для производства как уплотнителей, так и диафрагм гидрозащит. Все эти марки резин имеют высокую термическую стойкость и стойкость к маслам и пластовой жидкости,  устойчивость к старению (см. глоссарий), высокие физико-механические показатели, включая накопление остаточной деформации (см. глоссарий) и разрывное удлинение (см. глоссарий),  все их свойства соответствуют предъявляемым к ним техническим требованиям.

Однако анализ условий эксплуатации и изучение поведения резинотехнических изделий, прошедших промысловую эксплуатацию в составе погружного оборудования, явно показывает, что РТИ необходимо разделить по их рабочим функциям в узлах оборудования на две основные группы: диафрагмы гидрозащит и уплотнители.

 

Особенности работы диафрагмы гидрозащиты.

 

Основные функции гидрозащиты - это защита погружного электродвигателя от проникновения пластовой жидкости и компенсация утечки масла, тепловых расширений масла при эксплуатации электродвигателя. Эти функции в узле гидрозащиты выполняет резиновая диафрагма.

Анализ формы диафрагм после эксплуатации, а также эксперименты на специально созданной  установке позволяют описать деформационное поведение диафрагм при перепадах давления:

- при избыточном давлении масла внутри диафрагмы цилиндрическая  часть диафрагмы растягивается  в радиальном направлении до 10%; вблизи горловины диафрагма растягивается в основном в осевом направлении на 50 – 70%.

- при равномерном по длине диафрагмы избыточном давлении пластовой жидкости диафрагма складывается до плоского состояния.

 

        

При этом степень растяжения наружного слоя резины на «складке» увеличивается до         120-150%.  С ростом сжатия диафрагмы внутренний и внешний слои резины на складке испытывают увеличивающиеся напряжения как сжатия, так и растяжения соответственно. Большие величины этих напряжений могут приводить к разрушению диафрагмы со стороны внутренней и внешней поверхностей.

- При неравномерном распределении избыточного давления пластовой жидкости по поверхности диафрагмы она складывается в 2-х – 3-х разных плоскостях случайным образом. В областях переходов из одной плоскости складывания в другую резина испытывает 2-х – 3-х-осные деформации. Вероятность разрушения резины в этом случае значительно возрастает.

Из условий эксплуатации диафрагм гидрозащиты следует, что:

- резины в диафрагмах в отсутствие кислорода воздуха подвергаются только термическому старению;

- высокое давление препятствует набуханию резин как в маслах, так и в пластовой жидкости;

- незначительные циклические деформации растяжения до 5-10% слабо влияют на скорость старения резины;

- наибольшие деформации до 150% испытывают резины в диафрагмах при их беспорядочном складывании при избыточном давлении пластовой жидкости. При этом на поверхности диафрагмы в месте складывания при температурах выше 150°С могут появляться микротрещины, которые разрастаются с большой скоростью до макроразрыва резины, то есть полной потери работоспособности диафрагмы.

Из приведенного следует, что для обеспечения длительной работоспособности диафрагм, помимо высокой термической и химической стойкости,  резина должна обладать:

- максимальной эластичностью, то есть высоким удлинением при разрыве

(минимальное начальное разрывное удлинение должно составлять не менее 450%)                                                                                                                                          

- минимальной скоростью снижения эластичности при существующих условиях эксплуатации

(критическое значение эластичности для диафрагменных резин, при котором наступает потеря работоспособности диафрагмы, составляет 100-150%).

 

Особенности работы резиновых уплотнителей.

 

К другому виду относятся функции различных типов уплотнителей.

Резиновые уплотнители кроме постоянного сжатия в посадочных местах на 20-25% испытывают двустороннее воздействие окружающих их сред с давлением до 10-30 МПа и температур в диапазонах от 100 до 230°С. Для сохранения герметичности в уплотняемых  соединениях требуется способность резины сохранять контактные напряжения между резиновым уплотнителем и уплотняемой поверхностью. В процессе эксплуатации под действием температуры и давления в резиновых уплотнителях накапливается остаточная деформация и уменьшается контактное напряжение, обеспечивающее герметичность узла до некоторого предела, ниже которого происходит разгерметизация.

Отсюда следует, что основным свойством резины для изготовления  резиновых уплотнителей является скорость накопления остаточной деформации.

 

Выводы

 

Из вышеперечисленного следует, что для одновременного увеличения времени работоспособности диафрагм гидрозащиты и уплотнителей необходимы специальные  резины как для диафрагм, так и для уплотнителей, отличающиеся друг от друга своими физико-механическими свойствами при условии сохранения их высокой термостойкости и стойкости к пластовой жидкости и маслам.

Для уплотнительных колец, работающих в условиях объемного сжатия, основным физико-механическим показателем является остаточная деформация сжатия.

Для диафрагм основным показателем является эластичность, то есть удлинение при разрыве.

Известно, что эти два определяющих работоспособность резиновых деталей свойства имеют обратно пропорциональную зависимость, то есть чем «лучше» разрывное удлинение у резины, тем «хуже» накопление остаточной деформации, и наоборот.

Как следствие для повышения работоспособности РТИ в погружном оборудовании необходимо разделение резин по функциональным особенностям.

 

Преимущества резин серии «Бунапол»

 

На основании вышеизложенного  лабораторией ООО «МАЯК-РТИ» путем новых технологических и рецептурных приемов была разработана новая серия резин «Бунапол», модификации которой имеют следующие преимущества:

Резина «Бунапол»-S имеет пониженное значение накопления остаточной деформации и предназначена для производства уплотнительных колец и других уплотнителей;

Резина «Бунапол»-Pro имеет высокий показатель относительного удлинения при разрыве и предназначена для производства диафрагм гидрозащиты.

РТИ из резин серии «Бунапол» обладают повышенными термохимическими характеристиками, а при различии в физико-механических свойствах их работоспособность в узлах с учетом разделения по функциям по данным лабораторных исследований повышается в 2-3 раза.

Одновременно в целях повышения химической стойкости резин серии «Бунапол» к агрессивным средам, а также увеличения сроков хранения резиновых изделий была заменена рецептурная составляющая – окись железа, на окись хрома. Этим объясняется  зеленый цвет резины.

 

В таблице 1 (приложение 1)  приведены основные свойства резин серии «Бунапол»

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Глоссарий

 

1. Старение резины

Необратимое изменение структуры резин в результате воздействия химических и физических факторов (термическое, механическое, световое, а также воздействие окружающей среды: кислорода и озона воздуха, агрессивных сред и т.д.), приводящих к  деструктивным, либо структурирующим процессам, негативно влияющим на свойства резины и, как следствие. к ухудшению эксплуатационных свойств резиновых изделий, называется старением.

2. Накопление остаточной деформации характеризует способность резины сохранять эластичные свойства (восстанавливать первоначальную форму) после выдержки в сжатом состоянии.  Существенно зависит от  приложенного давления и температуры, под  действием которых в каучуке происходят необратимые процессы сшивания и деструкции пространственной решетки. Собственно этот показатель определяет температурный диапазон эксплуатации уплотнительных изделий.

3. Относительное удлинение при разрыве характеризует изменение первоначальной длины резинового образца при растяжении его до момента разрыва.

Приложение 1

Таблица 1. Свойства резин серии «Бунапол»

 

№ п.п.	Марка резины                          Показатели		«Бунапол»-S	«Бунапол»-Pro
	Базовый каучук		БНКС-28	БНКС-28
	Температурный интервал работоспособности в средах  ºС.   Синтетические, полусинтетические, минеральные масла, топлива, смазки, нефть.		От –40 до +220, кратковрем. +230	От –40 до +220, кратковрем. +230
1	Прочность при разрыве, кгс/ см², не менее		90	155 / 170(*)
2	Удлинение при разрыве, %, не менее (***)		300	450 /550(*)
3	Истинная прочность, кгс/см²		300	850
4	Твердость по Шор А, усл. ед.		60÷75	60÷75
5	Накопление остаточной деформации сжатия при начальном сжатии 25-30% на воздухе на образцах По ГОСТ 9.029-74, %, не более, 24 часа при температуре	+160º С	40	50
		+180º С	55	75
		+200º С	75	90
		+220º С	80	95
6	Накопление остаточной деформации сжатия при начальном сжатии 25-30% на воздухе при температуре +150 ºС, 24 часа на кольцах диаметром сечения, %, не более (**)	> 5 мм	40
		от 3 до 5 мм.	50
		от 1,5 до 3мм	60
7	Относительный коэффициент работоспособности К, раз.(****)		1,5	1,5
* - данные, полученные на стандартных образцах / данные, полученные на образцах, вырезанных из диафрагм. ** - Определяющий работоспособность показатель для уплотнительных колец. *** - Определяющий работоспособность показатель для диафрагм гидрозащит.     ****- Относительный коэффициент работоспособности – «К» – характеризует уменьшение скорости старения РТИ из резин по отношению к скорости старения РТИ из резины «С»-М-3 при одинаковых условиях испытаний            (ТУ 2512-001-98270346-2009. Комплекс методик оценки работоспособности резин, предназначенных для производства диафрагм гидрозащит и других РТИ, работающих в составе погружного нефтедобывающего оборудования)

 

 

                                            Методики оценки работоспособности резин

 

ООО «МАЯК-РТИ» разработал «Комплекс методик оценки работоспособности резин, предназначенных для производства диафрагм гидрозащит и других РТИ, работающих в составе погружного нефтедобывающего оборудования.

При разработке методик были учтены:

- основные свойства резин, определяющие работоспособность РТИ и диафрагм гидрозащиты в ЭПУ;

-  изменения свойств резин в процессе «старения» в условиях высоких температур и давления в различных электроизоляционных маслах (синтетических, полусинтетических и минеральных) в бескислородной среде.

-  деформационное поведение диафрагм и других РТИ при эксплуатации;

            Наряду со стандартными физико-механическими испытаниями (ГОСТ 9.030-74) в разработанный комплекс методик включены:

- методика проведения ускоренного старения резин, предназначенных для производства диафрагм и других типов резинотехнических изделий (РТИ), комплектующих УЭЦН;

- методика определения температуростойкости резин, определяющая изменение физико-механических свойств резин в момент воздействия высоких температур, а не после такого воздействия;

- методика определение термостойкости (температуры начала термодеструкции)

резин. Методика основана на «Методе равновесного термомеханического анализа резин» (Метод РТМА), защищенного Авторским свидетельством №10610408 от 15.07.1983 г. Использование метода РТМА позволяет определить зависимости термостойкости резин от их состава, степени растяжения и степени «старения» в различных условиях.

            На основе этих методик были разработаны и испытаны резины С-М-3 и Бунапол.

      По  результатам  равновесного  термомеханического  анализа  -  РТМА  -  найдено,  что  температуры  начала  термического  разрушения  резин  С-26Ч  и  С-М-3  равны  соответственно  160-165 ºС  и  220 – 230 ºС.

Используя методики оценки работоспособности резин было выяснено, что работоспособность резин С-М-3 и Бунапол в зависимости от условий эксплуатации в 3-5 раз выше, чем у «С»-26Ч (РС-26ч).

 

Со свойствами резин С-М-3 и Бунапол можно ознакомиться в  ТУ 2539-005-98270346-2017.