Анализ отказов резинового ствола компрессионного пакера
Резиновая бочка пакера полностью погружена в масло и работает под землей. Молекулы растворителя попадают в сшитую сетку резинового уплотнения, вызывая его набухание. Плотность цепей системной сети уменьшается, среднее расстояние между терминалами увеличивается, а модуль уменьшается, как показано на рисунке ниже. Пример описания;
Процесс набухания сшитых резиновых уплотнений состоит из двух частей: с одной стороны, растворитель пытается проникнуть в резиновое уплотнение, вызывая его набухание; с другой стороны, объемное расширение резинового уплотнения приводит к расширению молекулярных цепей сети в трехмерное пространство, вызывая расширение молекулярной сети. Он вызывает упругое сжатие под действием стресса, пытаясь сжать молекулярную сеть.
Когда эти две противоположные тенденции уравновешивают друг друга, достигается баланс разбухания, модуль упругости резинового ствола пакера снижается, а сжимающее напряжение остается неизменным, что приводит к снижению эффективности уплотнения. Повышение температуры ускоряет выход из строя уплотнения резинового цилиндра.
- Другие причины следующие (релаксация напряжений, термическое кислородное старение).
- Причина 1: расслабление стресса
- Под действием силы осевого сжатия резинового картриджа рабочая поверхность резинового картриджа полностью соприкасается со стенкой корпуса, и осевое сжатие достигает максимального значения. Под действием внешней силы сегменты полимерной цепи вынуждены растягиваться в направлении внешней силы, создавая тем самым внутреннее напряжение, конкурирующее с внешней силой. Однако молекулярная конформация регулируется за счет теплового движения сегментов цепи, так что точки запутывания рассредоточены, молекулярные цепи производят относительное проскальзывание и постепенно возвращаются в исходное скрученное состояние, внутреннее напряжение постепенно устраняется, а внешнее сила, которая его уравновешивает, конечно, также постепенно ослабляется для поддержания. Вся молекула сшитого полимера постоянной деформации не может вызвать перемещение центра масс, поэтому напряжение может только релаксировать до равновесного значения, что приводит к уменьшению модуля упругости. цилиндра с герметиком пакера, что приводит к выходу из строя уплотнения.
- Причина 2: повреждение уплотнения, вызванное термическим кислородным старением.
Наиболее распространенными уплотнениями пакера, используемыми на нефтяных месторождениях, являются уплотнения из нитрилового каучука с превосходной маслостойкостью. Процесс термического кислородного старения нитрильного каучука показан на рисунке ниже.
Хотя нитриловый каучук обладает хорошей маслостойкостью, альфа-водород в молекулярной цепи нитрильного каучука реагирует с кислородом при определенной температуре с образованием нестабильного промежуточного продукта, который разлагается на два сегмента с карбонильной группой и гидроксильной группой. Характеристики нитрильного каучука изменяются соответственно изменению структуры в процессе термического кислородного старения. Прочность на разрыв и прочность на удлинение уменьшаются в процессе термического кислородного старения, что приводит к нарушению герметичности уплотнения пакера.