[发明专利]垂直钻井工具用橡胶油囊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油钻井工具所用密封件及其制造方法，具体是安装在垂直钻井工具上的橡胶油囊的制备方法，属于橡胶胶囊制造技术领域。

背景技术

垂直钻井工具可实现井下主动纠斜、保持井眼垂直、提高井身质量、有效防止套管磨损、减少井下复杂事故等多种作用。国外在垂直钻井技术方面有代表性的是斯伦贝谢公司的Power-V垂直钻井系统、贝克休斯公司Verti-Track垂直钻井系统和哈里伯顿公司的V-Pilot垂直钻井系统。国内研制出的适应于171/2″和16″井眼的BH-VDT5000垂直钻井系统，其核心密封件之一即橡胶油囊存在着耐高温、耐液压油性能差、使用寿命短等技术问题，严重影响着垂直钻井工具的有效使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种垂直钻井工具用橡胶油囊及其制备方法，本发明制造的垂直钻井工具用橡胶油囊耐高温(150℃)、耐高压(140MPa)、耐液压油(美孚ATF220或者SCH524)性能好、使用寿命长(大于300小时)，可以保证垂直钻井工具长期有效工作。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种垂直钻井工具用橡胶油囊，包括用于与液压源连接的金属嘴和与金属嘴密封连接的用于收缩膨胀变形的油囊端，所述油囊端的组分包括下述质量份的原料：氟橡胶100；耐高温蜡2.0；加工助剂1.0；炭黑5～30；金属氧化物1.0～5.0；吸酸剂2.0～20.0；3#硫化剂1.0～6.0。

所述氟橡胶为偏氟乙烯-六氟丙烯二元共聚氟橡胶。

所述炭黑为中粒子热裂炭黑。

所述金属氧化物为活性氧化镁。

所述吸酸剂为氢氧化钙。

所述加工助剂为德国Struktol公司生产的WS-280，成分为脂肪酸衍生物的混合物。

所述耐高温蜡为棕榈蜡。

上述的垂直钻井工具用橡胶油囊的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：油囊胶料制造

先将生料氟橡胶进行薄通压合，再加入少许炭黑和按质量分数加金属氧化物进行薄通压合，再加入剩余炭黑、耐高温蜡，加入3#硫化剂，进行翻炼，混炼均匀后下片，制成各种尺寸的胶片；

步骤2：金属嘴处理

金属嘴进行喷砂处理，油清理表面油脂，干燥后均匀涂刷硅烷类粘接剂；

步骤3：油囊橡胶端制造

取制造好的胶片加入注射U形腔内，进行硫化，压力：3.5-5MPa；温度：145-160℃；时间：20-40min，得到U形油囊橡胶端；

步骤4：油囊金属嘴端制造

将经过预处理的金属嘴安装在模具中，根据橡胶油囊上段的外形，取步骤1制造好的胶片缠绕在金属嘴外周，在模具中进行硫化，压力：3.5-5MPa；温度：145-165℃；时间：15-30min；

步骤5：油囊两端对接

将步骤3制备的油囊橡胶端和步骤4制备的油囊金属嘴端需要两端对接部位用风动砂轮打磨，打磨后的对接部位用汽油擦拭干净，涂刷胶黏剂，然后进行粘合；

步骤6：油囊充气一段硫化

将粘合好的油囊安装在充气硫化工装内，放入平板硫化机上，然后向油囊充气，硫化条件：平板压力3.5-5MPa；温度150-170℃；时间20-40min；油囊充气压力0.3-0.6MPa；

步骤7：油囊二段硫化

室温→150℃×1小时→180℃×16小时→200℃×3小时。

所述步骤5中，将油囊两端按照10mm对接尺寸粘接，粘接面为坡面对接。

本发明的有益效果是：本发明的油囊安装在美孚ATF220或者SCH524的液压油环境当中，在压力140MPa，温度150℃的条件下，可以安全运行200小时，完全满足了垂直钻井工具对密封件的要求。

附图说明

图1是本发明的垂直钻井工具用橡胶油囊的结构示意图；

图2是本发明的垂直钻井工具用橡胶油囊的油囊金属嘴结构图；

图3是本发明的垂直钻井工具用橡胶油囊的油囊金属嘴端结构图；

图4是本发明的垂直钻井工具用橡胶油囊的油囊金属嘴端制造模具图；

图5是本发明的垂直钻井工具用橡胶油囊的油囊橡胶端结构图

图6是本发明的垂直钻井工具用橡胶油囊的油囊橡胶端制造模具图；

图7是本发明的垂直钻井工具用橡胶油囊的油囊充气硫化模具图。