一种页岩油油矿钻井缸套密封圈及其制备方法

技术领域

本发明涉及钻井缸套密封圈技术领域，尤其是涉及一种页岩油油矿钻井缸套密封圈及其制备方法。

背景技术

氢化丁腈橡胶主要通过丁腈橡胶溶液均相催化加氢制得，通过氢化反应，不饱和的碳碳双键转化为饱和的碳碳单键，丁腈橡胶原有的耐油性和耐化学腐蚀性保持不变，获得了良好的耐高温、高压、耐氧化的性能。钻井缸套的密封圈是油矿钻井设备中非常重要的零部件，对其力学性能具有较高的要求。现有的氢化丁腈橡胶不能满足密封圈的使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种页岩油油矿钻井缸套密封圈，解决现有的氢化丁腈橡胶制备的密封圈力学性能差、使用寿命低的问题。本发明的另一个目的是提供一种页岩油油矿钻井缸套密封圈的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种页岩油油矿钻井缸套密封圈，包括以下质量份数的组分：氢化丁腈90-120份，氧化锌1-3份，氧化镁0.5-1.5份，硬脂酸0.8-1.5份，碳黑35-50份，甲基丙烯酸镁15-25份，防老剂一1-2份，防老剂二0.2-1份，促进剂2-5份，硫化剂8-15份。

优选的，包括以下质量份数的组分：氢化丁腈100份，氧化锌2份，氧化镁1份，硬脂酸1份，碳黑40份，甲基丙烯酸镁20份，防老剂一1.5份，防老剂二0.5份，促进剂3份，硫化剂10份。

优选的，所述氧化锌的纯度为99.5％，硬脂酸为三压硬脂酸。

优选的，所述防老剂一为防老剂445，防老剂二为防老剂NMB2，促进剂为促进剂153D，硫化剂为硫化剂14-40。

上述页岩油油矿钻井缸套密封圈的制备方法，包括以下步骤：

S1、混炼，将按照质量份数称量的各组分加入开炼机中进行混炼，混炼均匀后停放8-15小时，得到预混胶；

S2、返炼，将经过步骤S1处理后的预混胶进行返炼，返炼时间为10-30min，得到混炼胶；

S3、成型，将经过步骤S2处理后的混炼胶压延成型，得到胶片；

S4、一次硫化，将经过步骤S3处理后胶片放入硫化机中进行硫化；硫化温度为150-180℃，硫化时间为25-35分钟。

S5、二次硫化，将经过一次硫化的胶片放入烘箱中进行二次硫化；

S6、剪裁、修边成需要的产品，然后进行检验，打包。

优选的，将经过步骤S2处理后的混料胶放置至少24小时，然后进行步骤S3的成型。

优选的，所述步骤S5中，二次硫化的温度为120-150℃，硫化时间为4-24小时。

本发明所述的一种页岩油油矿钻井缸套密封圈及其制备方法的优点和积极效果是：

(1)在氢化丁腈橡胶中加入甲基丙烯酸镁作为增强剂，在硫化过程中，甲基丙烯酸镁发生自由基反应，甲基丙烯酸镁与氢化丁腈橡胶交联形成连续的网络状结构，使得甲基丙烯酸镁和碳黑与氢化丁腈橡胶结合的更加的紧密，有利于提高氢化丁腈橡胶的拉伸强度和抗撕裂性能。

(2)在混炼后停放，停放后返炼，都有利于提高助剂在氢化丁腈橡胶中进一步分散均匀，提高胶料的柔韧性，提高橡胶成型的稳定性。

(3)对胶料进行二次硫化，有利于提高甲基丙烯酸镁与氢化丁腈橡胶交联网络的稳定化，提高橡胶的力学性能。

下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例一

一种页岩油油矿钻井缸套密封圈，包括以下质量份数的组分：氢化丁腈92份，氧化锌3份，氧化镁1.5份，硬脂酸0.8份，碳黑50份，甲基丙烯酸镁15份，防老剂一1份，防老剂二1份，促进剂5份，硫化剂15份。

氧化锌的纯度为99.5％，硬脂酸为三压硬脂酸。

防老剂一为防老剂445，防老剂二为防老剂NMB2，促进剂为促进剂153D，硫化剂为硫化剂14-40。

上述页岩油油矿钻井缸套密封圈的制备方法，包括以下步骤：

S1、混炼，将按照质量份数称量的各组分加入开炼机中进行混炼，混炼均匀后停放8小时，得到预混胶。

停放，各种助剂还没有在胶料中进一步分散均匀，同时，由于橡胶大分子链受到炼胶机械的剪切力、撕裂力、摩擦力等没有完全消除，影响橡胶成型的稳定性，制品表面光泽性差。混炼后停放，使橡胶大分子链处于相对稳定的状态；使得各种助剂在橡胶中进一步分散均匀，更进一步渗透到橡胶大分链中去，与橡胶大分子链发生吸附、亲合、吸留、形成更多的凝胶，提高对橡胶的补强作用；使混炼胶由粗糙发硬变得有柔韧性、流动性，减少成品的收缩性及外观缺陷等。

S2、返炼，将经过步骤S1处理后的预混胶进行返炼，返炼时间为30min，得到混炼胶。混料胶放置至少24小时，然后进行步骤S3的成型。氢化丁腈橡胶进行返炼使得助剂在胶料中进一步分散均匀；破坏停放中混炼胶中形成的具有能变性的凝胶，使胶料变得柔软，便于成型操作；提高胶料的流动性和自粘性，以利于成型操作。

S3、成型，将经过步骤S2处理后的混炼胶压延成型，得到胶片。

S4、一次硫化，将经过步骤S3处理后胶片放入硫化机中进行硫化；硫化温度为150℃，硫化时间为35分钟。

S5、二次硫化，将经过一次硫化的胶片放入烘箱中进行二次硫化。二次硫化的温度为150℃，硫化时间为4小时。二次硫化提高了甲基丙烯酸镁与氢化丁腈橡胶交联网络结构的稳定化，提高了硫化胶的力学性能。

S6、剪裁、修边成需要的产品，然后进行检验，打包。

实施例二

一种页岩油油矿钻井缸套密封圈，包括以下质量份数的组分：氢化丁腈100份，氧化锌2份，氧化镁1份，硬脂酸1份，碳黑40份，甲基丙烯酸镁20份，防老剂一1.5份，防老剂二0.5份，促进剂3份，硫化剂10份。

氧化锌的纯度为99.5％，硬脂酸为三压硬脂酸。

防老剂一为防老剂445，防老剂二为防老剂NMB2，促进剂为促进剂153D，硫化剂为硫化剂14-40。

上述页岩油油矿钻井缸套密封圈的制备方法，包括以下步骤：

S1、混炼，将按照质量份数称量的各组分加入开炼机中进行混炼，混炼均匀后停放10小时，得到预混胶。

S2、返炼，将经过步骤S1处理后的预混胶进行返炼，返炼时间为20min，得到混炼胶。混料胶放置至少24小时，然后进行步骤S3的成型。

S3、成型，将经过步骤S2处理后的混炼胶压延成型，得到胶片。

S4、一次硫化，将经过步骤S3处理后胶片放入硫化机中进行硫化；硫化温度为170℃，硫化时间为30分钟。

S5、二次硫化，将经过一次硫化的胶片放入烘箱中进行二次硫化。二次硫化的温度为120℃，硫化时间为24小时。

S6、剪裁、修边成需要的产品，然后进行检验，打包。

实施例三

一种页岩油油矿钻井缸套密封圈，包括以下质量份数的组分：氢化丁腈120份，氧化锌1份，氧化镁1.5份，硬脂酸1.5份，碳黑35份，甲基丙烯酸镁25份，防老剂一2份，防老剂二0.2份，促进剂2份，硫化剂8份。

氧化锌的纯度为99.5％，硬脂酸为三压硬脂酸。

防老剂一为防老剂445，防老剂二为防老剂NMB2，促进剂为促进剂153D，硫化剂为硫化剂14-40。

上述页岩油油矿钻井缸套密封圈的制备方法，包括以下步骤：

S1、混炼，将按照质量份数称量的各组分加入开炼机中进行混炼，混炼均匀后停放15小时，得到预混胶。

S2、返炼，将经过步骤S1处理后的预混胶进行返炼，返炼时间为10min，得到混炼胶。混料胶放置至少24小时，然后进行步骤S3的成型。

S3、成型，将经过步骤S2处理后的混炼胶压延成型，得到胶片。

S4、一次硫化，将经过步骤S3处理后胶片放入硫化机中进行硫化；硫化温度为180℃，硫化时间为25分钟。

S5、二次硫化，将经过一次硫化的胶片放入烘箱中进行二次硫化。二次硫化的温度为120℃，硫化时间为24小时。

S6、剪裁、修边成需要的产品，然后进行检验，打包。

对比例

一种页岩油油矿钻井缸套密封圈，包括以下质量份数的组分：氢化丁腈100份，氧化锌2份，氧化镁1份，硬脂酸1份，碳黑40份，防老剂一1.5份，防老剂二0.5份，促进剂3份，硫化剂10份。

氧化锌的纯度为99.5％，硬脂酸为三压硬脂酸。

防老剂一为防老剂445，防老剂二为防老剂NMB2，促进剂为促进剂153D，硫化剂为硫化剂14-40。

上述页岩油油矿钻井缸套密封圈的制备方法，包括以下步骤：

S1、混炼，将按照质量份数称量的各组分加入开炼机中进行混炼，混炼均匀后停放8小时，得到预混胶。

S2、返炼，将经过步骤S1处理后的预混胶进行返炼，返炼时间为30min，得到混炼胶。混料胶放置至少24小时，然后进行步骤S3的成型。

S3、成型，将经过步骤S2处理后的混炼胶压延成型，得到胶片。

S4、一次硫化，将经过步骤S3处理后胶片放入硫化机中进行硫化；硫化温度为150℃，硫化时间为35分钟。

S5、二次硫化，将经过一次硫化的胶片放入烘箱中进行二次硫化。二次硫化的温度为150℃，硫化时间为4小时。

S6、剪裁、修边成需要的产品，然后进行检验，打包。

对上述实施例和对比例的力学性能和耐磨性能进行检测，得到的硫化胶的力学性能如下表所示：

在氢化丁腈橡胶中加入甲基丙烯酸镁作为增强剂，在硫化过程中，甲基丙烯酸镁发生自由基反应，通过自由基聚合反应形成直径约10nm的聚合物颗粒分散在氢化丁腈橡胶基体中。甲基丙烯酸镁通过打开分子两端的双键形成一个由单分子或多分子含有离子键为键桥的均聚物来移植氢化丁腈橡胶分子，引入了高键能离子键，增加了氢化丁腈橡胶交联键的数目以及交联密度，对氢化丁腈橡胶具有加固的作用。甲基丙烯酸镁与氢化丁腈橡胶交联形成连续的网络状结构，使得甲基丙烯酸镁和碳黑与氢化丁腈橡胶结合的更加的紧密，有利于提高氢化丁腈橡胶的拉伸强度和抗撕裂性能。过多的甲基丙烯酸镁增加了交联密度，阻碍了分子链的运动，导致撕裂强度和断裂伸长率的降低，拉伸强度减小，因此要控制甲基丙烯酸镁的添加量。

采用本申请所述的制备方法制备的页岩油油矿钻井缸套密封圈可在200℃高温环境下正常使用，在实际的使用过程中，使用寿命比对比例中材料制备的密封圈的使用寿命延长了2倍，有效降低了使用成本。

因此，采用本发明所述的制备方法制备的页岩油油矿钻井缸套密封圈，能够解决现有的氢化丁腈橡胶制备的密封圈力学性能差、使用寿命低的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。