聚四氟乙烯在流体密封中的应用

聚四氟乙烯(PTFE)性能优良,是目前广泛应用的密封材料。该文介绍了聚四氟乙烯的基本性能和研究进展,对其表面改性、填料改性及共混改性作了较详细的阐述。     

高温高压薄壁胶筒优选试验设计和评价

通过对现有高温密封材料综合性能的分析评价,优选出改性PTFE作为高温胶筒的密封材料.改性PTFE密封材料硬度高,耐磨损,耐蠕变性能好,不易冷流,耐温350℃,耐压高于15 MPa,符合项目和现场热采封隔器高温密封需要.截至目前,高温高压薄壁胶筒已经在河南油田第二采油厂井楼油矿试验应用了3口井,分别为L1527、L1182和L3071井,工艺成功率为100％,封堵有效率为100％,满足了热采井高温封堵密封的实际需要.     

铁离子改性玻璃微珠的制备及其对脱硫液氧化再生性能的影响

为了解决天然气湿法氧化脱硫操作中的硫磺沉积引发的设备堵塞问题,将吸收了H₂S的NHD/MDEA/H₂O复合脱硫液中加入Fe³⁺(FeCl₃·6H₂O)改性玻璃微珠催化剂,在通入氧气情况下进行脱硫液的非均相催化氧化再生。重点考察了硅烷偶联剂(KH550)用量、铁盐浓度及焙烧温度等条件对改性玻璃微珠性能的影响,特别是对脱硫液再生性能的影响。结果表明：当玻璃微珠、KH550、FeCl₃·6H₂O的质量比为1:4:5时,经300℃焙烧制得的Fe³⁺表面改性玻璃微珠对脱硫液再生具有良好催化氧化效果,脱硫液重复再生3次,其脱硫性能基本没有变化。     

低温环境用改性空心玻璃微珠填充PE复合材料的研制

以改性空心玻璃微珠对聚乙烯(PE)材料进行填充,研究了不同处理方法和填充比例对管道防腐用聚乙烯材料性能的影响。结果表明,改性空心玻璃微珠加入后,可以提高PE材料的拉伸强度和硬度,但是会降低其断裂伸长率。经过对配方进行优化,可以实现在保证PE材料力学性能的同时,显著降低其收缩率,保证PE材料在寒冷地区施工中的尺寸稳定性。     

中空玻璃微珠低密度钻井液性能探讨

随着油田的发展，对钻井液密度的要求越来越高。为此，探讨了玻璃微珠对钻井液密度、流变性、润滑性和稳定性的影响，并且讨论了玻璃微珠本身的强度和回收性。结果表明，玻璃微珠加入到钻井液中能明显降低钻井液的密度，并且能将钻井液流变性能保持在适当范围内。此外，该钻井液还具有润滑性能好、钻井液稳定的特点，更为重要的是其具有耐用性能好、易分离、可以回收利用、降低使用成本等特点。     

高性能微珠表面性质及其对水泥浆性能的影响

采用扫描电镜（SEM）、元素分析（XPS）、硅钼黄法、姜黄试纸法、滴定等方法,分析研究了固井水泥浆中所用高性能空心玻璃微珠（简称空心微珠,HGM）的表面性质,并评价了空心微珠对水泥浆性能的影响。结果表明,空心微珠外表呈大小不等球体,少量球体表面存在孔洞缺陷,除玻璃的主要组成外,表面含有少量有机偶联剂;表面存在硅酸钠、硼酸钠等少量可溶性附着物,附着物含量随批次不同有所不同,其中附着物含量过大会对固井水泥浆的性能产生不良影响,其中的可溶性硼含量是影响水泥浆性能的主要因素,固井使用时应对其进行控制。根据目前实验,认为硼砂含量低于0.38%对水泥浆的影响不大,因此尽量选用硼砂含量此范围内的微珠使用。      

采用齿轮试验机考察含空心微珠材料润滑脂的摩擦学性能

制备含有双重改性空心微珠材料的锂基润滑脂,对照考察了基础锂基脂和含空心微珠锂基脂在CL-I00型齿轮机上的摩擦学性能.对试验机噪声分析、试验后润滑脂铁谱和齿轮齿面元素的分析结果表明,空心微珠作为润滑脂添加剂在齿轮机中具有较好的适应性,试验机运行稳定性提高,摩擦学性能明显改善.     

固体润滑剂在中深定向井中降摩阻的现场试验

在新场上沙溪庙组气藏的中深定向井施工中，使用高密度的钻井液，存在起下钻摩阻大，测井和下套管困难等问题，为解决这些问题，通过室内评价实验筛选玻璃微珠作为固体润滑剂，玻璃微珠具有明显的降摩阻作用。在川孝169-3和竹探2进行了固体润滑剂现场试验，试验结果证实玻璃微珠能明显地降低起下钻摩阻，保证测井和下套管一次成功，加入玻璃微珠前后，钻井液性能变化很小，现该项技术正在新场气田中推广应用。     

5种管道密封材料在超临界CO_2中的溶胀规律

为了解管道密封材料在超临界CO_2输送环境的适用性,采用横截面直径、外径、硬度和质量测量及形貌观察等方法研究了三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PTFCE)和聚醚醚酮(PEEK)5种密封材料在超临界CO_2中的溶胀规律。结果表明:在35℃、8 MPa,水饱和度为60%,饱和含水量及水相的条件下,EPDM和NBR发生了明显溶胀现象,横截面直径及外径明显增加,表面出现了较多开裂和鼓包;5种材料的硬度均有下降,质量未发生明显变化;5种密封材料性能未随超临界CO_2中的含水量发生明显变化。在水饱和度为60%条件下,随实验时间的增加,EPDM和NBR的溶胀现象变得更加明显,PTFE和PTFCE的硬度有所降低。PEEK在各含水量及实验时间条件下均表现出优良的性能。     

PTFE颗粒对脲基润滑脂摩擦学特性的影响

采用微纳米聚四氟乙烯(PTFE)颗粒作为脲基润滑脂的添加剂。利用四球摩擦磨损试验机考察了微纳米PTFE颗粒添加剂的用量对润滑脂的摩擦学性能和极压性能的影响,用光学显微镜考察了磨痕表面的形貌,并测试了两种含微纳米PTFE颗粒试样的理化性能。结果表明,当微纳米PTFE颗粒添加量为1%时,润滑脂具有最佳的摩擦学性能。微纳米PTFE颗粒改善润滑脂摩擦学性能主要与其本身润滑性能较好有关。在摩擦中PTFE颗粒随润滑脂一起进入摩擦表面,在摩擦表面上形成PTFE颗粒与基体材料的复合层,阻止金属与金属的直接接触,减小了摩擦,降低了磨损。     

聚四氟乙烯膨胀节刚度性能研究

通过对聚四氟乙烯膨胀节的受力模型进行简化,推导了符合聚四氟乙烯膨胀节结构特点的刚度公式,并根据其材料的性能特点进行了刚度性能的实验研究。实验数据与公式计算值较好地吻合。由于蠕变现象的存在,承载下的ＰＴＦＥ膨胀节的刚度和轴向位移都与时间有关。     

PTFE表面枝接纳米SiO2制备高效除油的超疏水材料

油水分离是工业生产中的重要过程之一,对简单环保的油水分离聚结材料的需求日增。为了开发新型超疏水材料,以甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）为中间体,使用枝接方法将纳米SiO₂附着到聚四氟乙烯（PTFE）表面。X射线光电子能谱和扫描电镜表征结果表明,纳米SiO₂均匀地黏附在PTFE表面,大大增加了表面粗糙度,形成了超疏水层。除油试验结果表明,改性材料具有良好的油水分离性能,耐酸碱、耐盐性好,且具有良好的稳定性和可重复使用性。新材料制备所用材料来源广泛,与其他技术相容性好,在油水分离工业中具有广阔的应用前景。     

DLM-01型堵漏模拟装置在堵漏试验中的应用

为提高堵漏工艺的可行性与封堵效果,采用DLM-01型堵漏模拟装置对不同堵漏材料进行堵漏试验,可以为堵漏方案的改进与优化提供科学依据。试验结果表明,该装置能模拟孔隙、纵缝、横缝、楔型缝等多种漏失通道,可以对各种堵漏材料进行模拟试验,为井眼堵漏提供了一种有效的评价手段;而且操作简便,直观性好,可以直接观察堵漏材料在纵剖面、横断面上以及沙层内部的组分分布及封堵效果,便于堵漏剂的优选。     

高温地层钻井堵漏材料特性实验

深井高温地层堵漏技术对堵漏材料的抗/耐温能力、抗压强度和沉降稳定性等提出了更高要求。针对高温地层钻井堵漏技术难题,基于220℃高温老化质量损失率、粒度降级率、抗压破碎率、抗压弹性变形率、摩擦系数变化率、纤维断裂强度保持率等技术指标,借助扫描电镜观察堵漏材料高温老化前后微观结构变化,评价了常用的有机植物类、有机聚合物类和无机矿物类堵漏材料的基本抗温能力,揭示了高温老化性能下降机理。利用自制的高温高压裂缝封堵模拟实验装置,探讨了高温封堵层失稳破坏机制。实验优选出抗220℃高温的微细填充颗粒、弹性变形颗粒和片状填塞颗粒等3种堵漏材料;基于耐热高分子和无机矿物材料,自制了抗高温高强度低密度的刚性架桥颗粒、抗高温高强度纤维类两种新型堵漏材料。基于强力链网络结构的致密承压封堵基本原理,通过不同类型抗高温堵漏材料的复合协同作用,优化得到了针对不同裂缝开度的抗高温致密承压封堵工作液配方,其承压能力≥ 10 MPa,沉降稳定性好,酸溶率高,可用于解决高温地层或储层钻井堵漏技术难题。     

Graphene-intercalated HNTs for Reinforcing PTFE

The preparation of graphene(GN) and graphene-intercalated halloysite nanotubes(HNTs) to form nanomaterials was achieved by using HNTs template. As a promising application, a series of the polytetrafluoroethylene(PTFE) nanocomposite filled with GN and GN/HNTs at different mass fractions were prepared. The mechanical and friction properties of PTFE nanocomposites depending on the mass fraction of graphene-intercalated HNTs(GN/HNTs) were intensively investigated. The comparison between the effects of GN and GN/HNTs serving as fillers on properties of PTFE was presented. The results showed that in terms of enhancing the tensile strength of PTFE, the enhancement effect of GN is superior to GN/HNTs, and in terms of the elongation at break, the GN/HNTs filler could reserve more toughness than GN. The Young's modulus of the GN/HNTs incorporated into PTFE is about 1.9 times larger than pure PTFE, and is superior to GN/HNTs. The friction coefficient of PTFE nanocomposites filled with GN and GN/HNTs was slightly higher than pure PTFE and the latter was lower than the former. The volume wear rate of PTFE nanocomposites filled with GN/HNTs was obviously lower than the case with GN, which exhibited the better wear resistance of GN/HNTs used as filler     

深水高温钻井液体系研究

深水高温高压井作业面临气体水合物、高温、井漏等诸多问题,严重影响深水油气资源开发作业安全。为此室内构建和评价了一套深水高温高压钻井液体系,通过引入抗高温抗盐聚合物改善保障高温性能,通过引入纳微米封堵材料提高井壁封堵稳定性,通过使用水合物抑制剂来预防水合物的生成。该体系经评价抗高温达200℃、封堵承压性能好、模拟地层条件下无水合物生成,为海上深水高温高压井作业提供了钻井液技术支持。     

Axial compliance in a fluoroplastic cover for a pressurized apparatus

A design is considered in which there is no sealing element (insert) and the sealing of the lid-body joint is provided by forcible contact between the PTFE lid and the rim of the internal lining in the body. An analysis is presented for the state of stress and strain in the contact between the lid and the internal lining. The mode of strain in the thickness indicates that the lid must be considered as an element in the joint relating to the bolt system and to the insert system, and the values of the lid thickness relating to the systems are dependent on the geometrical parameters. Working expressions are derived for the fractions of the lid thickness relating to the corresponding systems, and this substantially improves the accuracy in calculations on the contact between PTFE lid and body as regards strength and sealing. The analysis can be applied to other insert-free sealed joints when the material is other than PTFE.     

DXY441-114型防蠕动封隔器的研制与试验

针对扩张式和压缩式封隔器存在的抗蠕动性差和胶筒材料老化导致密封性变差等问题,研制了DXY441-114型防蠕动封隔器。该封隔器主要由坐封机构、密封机构、洗井机构、锁紧机构和解封机构等部分组成,具有密封性好、承压能力强的特点,能满足复杂断块分层注水的要求。室内试验和现场试验表明,该封隔器能够很好地实现坐封、密封、洗井和解封功能,在胜利油田东辛采油厂12口井坐封成功率100%,平均有效期已达9月,最长的有效期达15月。     

自修复凝胶堵漏技术研究

智能凝胶能够对外界环境作出响应,进行不同状态的转换,提高封堵效果,是一种新型的堵漏材料。为遏制井漏并防止复漏,通过自由基聚合方法制备了一种基于阳离子-π、静电力、氢键的自修复水凝胶用于地层堵漏。实验结果表明,该水凝胶在恶劣环境中的自修复效率达70%,具有较强的盐适应性和耐高温性;能有效封堵180 D砂盘孔隙,封堵率接近90%,对其他固结砂盘(渗透率2 D、5 D、20 D)和未固结砂床(20～40目、40～60目、60～80目)也表现出良好的堵漏能力。相比于常规材料,该水凝胶可通过降低作业压差实现自修复,达到高效封堵;可通过二次降低封堵层渗透率有效提高封堵层的致密性,提高了水凝胶的高温稳定性,高温老化后依然具备良好的封堵能力。水凝胶颗粒在盐水中分散良好,热滚后保持稳定的流变学性能,有利于钻井液循环。研究结果表明,自愈材料作为堵漏材料在石油钻井工业中具有应用潜力。