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1、·22·OILFEILDEQUIPMENT1998Vol.27№5·专题研究·螺杆钻具定子橡胶类型与钻具性能分析兰州石油机械研究所(兰州730050)朱国新山东海化集团研究院(山东潍坊261031))谢西奎摘要分别就螺杆钻具的不同使用工况对其定子橡胶性能的要求,以及目前可用作螺杆钻具定子的橡胶类型进行分析;认为对不同的钻井工况应采用不同种类、不同性质的定子橡胶,从而在不同的钻井工况下,选择使用不同的螺杆钻具,使螺杆钻具性能发挥得更好。叙词螺杆钻具定子橡胶类型适应性中图法分类号TE821.20螺杆钻具的定子为橡胶件,橡胶因成分较小,宜采用常温下较软的橡胶。橡胶与金属
2、的不同,将随工作温度、压力的变化其性能各的粘接强度,宜应使钻具定子能承受的反扭异,从而直接影响螺杆钻具的性能和寿命;另矩大于钻具制动扭矩。考虑到这种钻具使用外,螺杆钻具使用工况的不同,对定子的要求最广泛,橡胶应使用较为廉价的、传统的丁腈也不相同,同一种定子橡胶是难以适应各种橡胶(NBR)和羧基丁腈橡胶(XNBR)。在马工况需求的。追求橡胶某种单一特性,如耐高达廓形确定以后,需要做的只是选择好定、转温等,也是对定子橡胶研究中的一个误区。笔子的配合,并根据现场使用的钻井液流量来者认为,要使螺杆钻具的性能更加优越,重点调节定、转子间隙,控制制动扭矩。不应放在单纯追求定子
3、橡胶某种特性的提高2深井或超深井用的螺杆钻具上,而应是使定子橡胶性能更加符合钻具的使用工况。如有可能,应考虑对于不同工况的当螺杆钻具下入井深达2500m以下或钻具采用不同类型的定子橡胶和不同的定、3500m以上时,螺杆钻具的使用工况为温转子配合。实践证明,橡胶在受热状态下其性度80～120℃、压力25～35MPa。随井下温能会发生诸如体积膨胀、硬度下降、力学性能度的升高,橡胶膨胀严重,钻具定、转子更为指标下降等变化。这些都会对螺杆钻具的性紧密,摩擦扭矩、制动扭矩增大,橡胶更易疲能造成影响。笔者现对螺杆钻具在不同使用劳、老化。这时对定子橡胶特性的要求主要是工况下对其
4、定子橡胶性能的要求及可供选择耐高温,而且应使橡胶的温度膨胀率稍低,以的橡胶类型进行分析。免造成定、转子配合更紧后,制动扭矩大大增加而扭断螺杆钻具的转动部分。同时对橡胶1常规浅井用的螺杆钻具金属之间粘接强度要求也较高(因井深,实际国内陆地油田常规定向井造斜井段一般钻压难以控制很稳,扭矩过载是必须考虑在井深1000m以内,井下温度为30～的)。井下温度较高时,橡胶变软、硬度降低,50℃。在此对定子橡胶耐高温的要求是次要所以这时定子橡胶在常温下硬些为好。这种的,因为温升较小、橡胶的膨胀较小、硬度变钻具目前使用还较少,而且一般为较深的井,化不大。这时对定子橡胶的主要性能要
5、求应但今后可能会广泛使用。采用较好的橡胶,成是耐磨、抗疲劳、抗老化。橡胶受挤压后变形本会适当增高,应属正常。笔者认为采用第27卷第5期石油矿场机械·23·NBR/PVC(聚氯乙烯)或XNBR/PVC共混5各种类型橡胶性能分析及选用胶较好,其各种性能均较NBR或XNBR好,[1]尺寸稳定性也好,对定、转子配合更易控制。据有关资料显示,目前国内外用于螺杆泵定子的橡胶类型主要有:传统的有丁腈3水平井用的螺杆钻具橡胶(NBR),新的胶种有羧基丁腈橡胶(XN-在大斜度井及水平井中使用的螺杆钻BR)、丁腈橡胶与聚氯乙烯(NBR/PVC)或羧具,多数要求钻具较短,便于造斜,钻具
6、马达基丁腈橡胶与聚氯乙烯(XNBR/PVC)共混级数减少,产生的扭矩却要接近于常规浅井胶;还有氢化高饱和丁腈橡胶(HNBR)。用的螺杆钻具。橡胶定子单位面积上的受力其特点是:往往大幅度增加,同时在大斜度甚至水平状a)XNBR橡胶耐热油、耐磨;水溶胀态下工作。由于重力作用,定子受力不均匀,小,压缩永久变形小,弹性高,抗撕裂强度高,造成定子橡胶更易因挤压、撕裂等原因失效易挤出,有利于注压成形,动态性能较好。或因橡胶与金属粘接强度不够而整体脱胶。b)NBR/PVC或XNBR/PVC共混胶总之,螺杆钻具定子工作环境更为复杂,同时比NBR有更好的挤出性能,更好的耐油、耐由于
7、水平井钻井成本高,钻井液携带岩屑困化学药品和耐溶剂性,更好的耐水性和耐磨难,井内若失去钻井液循环,极易造成井下事性,而且尺寸稳定性好。故。这就要求螺杆钻具的可靠性要好,橡胶整c)HNBR橡胶能长期耐150℃高温,体性能,如强度(抗撕裂、抗挤压)、抗疲劳老具有良好的耐油性、耐H2S介质、耐磨,是一化、金属与橡胶粘接强度以及其他特性均要种有较好力学性能的新型橡胶。较优,而成本则是次要的。因此,笔者认为,对目前国内解决螺杆钻具橡胶性能,主要于这种螺杆钻具的定子橡胶应采用目前倍受依靠改变胶料填充物的比例来获得超常规的推崇的氢化高饱和丁腈橡胶(HNBR)为好。物理性能指标,
8、对其动态性
