模拟封隔器胶筒在实际工况条件下的老化试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟封隔器胶筒在实际工况条件下的老化试验方法，其将氢化丁晴橡胶加工为一定尺寸的橡胶试样，然后对该试样施加应力，并将其浸泡在液体老化介质中，控制老化温度，进行不同天数的老化实验，即展开对橡胶试样力学性能分析及使用寿命的研究。本发明试验方法可以从实验室模拟加速试验结果近似推测橡胶在实际环境中的老化实验结果，本发明老化试验方法在保证模拟性和重现性的同时具有显著的加速老化性，可达数十倍，其可应用于研究封隔器胶筒橡胶在其实际工况环境条件下的老化行为和规律，还可以应用于其他类型橡胶在相应环境下的老化性能研究。
【专利说明】模拟封隔器胶筒在实际工况条件下的老化试验方法
【技术领域】
[0001]本发明属于封隔器胶筒老化模拟【技术领域】，具体涉及一种模拟封隔器胶筒在实际工况条件下的老化试验方法。
【背景技术】
[0002]橡胶材料及其制品由于其独特、优异的性能，已被广泛应用于石油、建筑、汽车、航天等多个领域。油井封隔器是石油勘探开发过程中井下作业的重要工具之一，封隔器在各油田的生产实践中广泛应用，其密封元件——胶筒，是封隔器的核心部件。然而胶筒的使用工况复杂而苛刻:高温、高压、处于腐蚀介质中，同时还受到硫化氢、酸等的侵蚀。在这种环境下，胶筒橡胶材料会发生溶胀、老化等现象，其性能会随着时间的增加而逐渐下降，甚至丧失使用性能，导致密封失败。
[0003]采用实验方法进行胶筒橡胶老化研究可以明确封隔器胶筒橡胶老化规律及老化机理，并能预测其使用寿命。自然条件下橡胶的老化通常需要几年的时间，因此利用加速老化方法以进行橡胶材料的老化性能研究成为一种切实可行的办法。常用的加速老化有热空气加速老化、氧弹加速老化、人工气候加速老化、湿热老化、臭氧加速老化、烟雾腐蚀等试验方法。
[0004]目前常用的橡胶老化实验方法存在一些不足之处:其一，某些特殊橡胶，如封隔器胶筒橡胶在使用过程中会受到较大的应力作用，而关于应力条件下的橡胶老化实验却鲜有报道。其二，封隔器胶筒所处实际工况温度可达150°C，而且处于液体介质中，而普通的橡胶老化实验方法难以实现高温条件下橡胶在液体介质中的老化。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中存在的缺陷本发明提出了一种模拟封隔器胶筒在实际工况条件下的老化试验方法，该方法可用于对封隔器胶筒橡胶在高温、应力以及液体老化介质条件下的老化性能进行评价，该方法具有模拟性和重现性。
[0006]本发明技术方案包括:
[0007]—种模拟封隔器胶筒在实际工况条件下的老化试验方法，依次包括以下步骤:
[0008]a选取封隔器胶筒所用的氢化丁晴橡胶材料，并将其加工成圆柱形的橡胶试样；
[0009]b准备反应装置，所述反应装置包括反应釜和压缩夹具，所述反应釜包括釜体和用于密封釜体的盖体，所述压缩夹具包括底板和位于所述底板上方、并与所述底板平行的上板，所述底板和上板两边的边缘处设置有用于限定所述底板和上板的螺栓，所述螺栓的顶部用螺母旋紧；所述底板和上板之间设置有限位器，所述限位器卡设在所述螺栓的螺杆上；
[0010]c将所述橡胶试样放于上述底板和上板之间，然后放入所述限位器设定压缩高度，压缩橡胶试样，取一定量的液体老化介质，加入上述釜体中，将压缩后的橡胶试样浸入所述老化介质中，封闭反应爸;[0011]d接步骤C，将反应釜放入恒温老化实验箱中进行加热，在一定温度下进行老化实验，老化时间分别设定为2天、4天、7天、14天、30天、45天、60天、75天、90天；
[0012]e接步骤d，老化完成后取出试样，自由状态下放置30分，测量试样恢复高度，即可展开对不同时间以及不同温度条件下老化后的橡胶试样压缩永久变形力学性能分析。
[0013]进一步的，步骤b中，所述压缩夹具的底板和上板之间设置有若干个压板，每两个相邻的压板平行设置，所述每个压板和上板、底板之间均设置有限位器，所述螺栓依次竖穿于所述上板、每个压板和底板的边缘处。
[0014]进一步的，步骤a中，上述橡胶试样的尺寸为Φ 29 X 12.5mm。
[0015]进一步的，上述橡胶试样的变形量为25%。
[0016]进一步的，步骤d中温度为160°C?200°C。
[0017]进一步的，步骤b中，上述釜体的进口处设置有凸缘盘，上述凸缘盘与上述盖体之间铺设一层不锈钢密封圈，上述凸缘盘和盖体之间通过螺栓连接。
[0018]本发明所带来的有益技术效果:
[0019]本发明提出了一种模拟封隔器胶筒在实际工况条件下的老化试验方法，其将氢化丁晴橡胶加工为一定尺寸的橡胶试样,然后对该橡胶试样施加应力，并将其浸泡在液体老化介质中，由于封隔器胶筒中所选用的材质通常为氢化丁晴橡胶，其将氢化丁晴橡胶加工为橡胶试样更具模拟性，本发明老化介质选用的是油田现场水样，控制老化温度，进行不同天数的老化实验，即可展开对橡胶试样力学性能分析及使用寿命的研究，可以从实验室模拟加速试验结果近似推测橡胶在实际环境中的老化实验结果，本发明老化试验方法在保证模拟性和重现性的同时具有显著的加速老化性，可达数十倍。
[0020]本发明通过压缩夹具给试样施加应力，可模拟胶筒老化的实际力学工况条件；通过密封反应釜可以使釜体内保持较大压力，使橡胶试样可以在较高温度下，例如150°C以上仍能在液体老化介质中长时间老化，更为真实的模拟胶筒橡胶所处的老化环境。
[0021]本发明方法可应用于研究橡胶试样在其实际工况环境条件下的的老化行为和规律，还可以应用于其他类型橡胶在相应环境下的老化性能研究。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明:
[0023]图1为本发明盖体的俯视图；
[0024]图2为本发明老化试验装置的剖面图；
[0025]图3为本发明实施例1橡胶试样在油田污水老化介质中在160°C下压缩永久变形随老化时间的变化曲线图；
[0026]图4为本发明实施例2橡胶试样在油田污水老化介质中在180°C下压缩永久变形随老化时间的变化曲线图；
[0027]图5为本发明实施例3橡胶试样在油田污水老化介质中在200°C下压缩永久变形随老化时间的变化曲线图；
[0028]图中，1、紧固螺栓，2、凸缘盘，3、釜体，4、螺母，5、橡胶试样，6、螺栓，7、不锈钢密封圈，8、液体老化介质,9、限位器,10、压板。【具体实施方式】
[0029]本发明公开了一种模拟封隔器胶筒在实际工况条件下的老化试验方法，为了使本发明的优点、技术方案更加明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整的说明。
[0030]下面对本发明所选部分原料做如下说明:
[0031]本发明所选液体老化介质是选用的油田现场水样；封隔器胶筒其是由氢化丁晴橡胶制作而成的，将生胶硫化后用磨具加工成圆柱形试样作为本发明的橡胶试样，本发明以下实施例均优选尺寸为Φ29πιπιΧ 12.5mm，将加工好的橡胶试样放入图2所示的橡胶压缩装置施加应力。
[0032]下面对本发明橡胶老化装置的结构及其工作方法作如下说明:
[0033]在图2中，将圆柱型试样放在四个压板10之间，通过限位器9来确定每两个板之间的高度，通过拧紧螺栓6顶部的螺母4来压缩橡胶试样，使其达到限位器9所限定的高度。
[0034]在反应釜釜体3中加入橡胶老化所用液体老化介质8，将压缩夹具浸入老化溶液当中，反应釜的盖体与釜体3凸缘盘2上通过十个周向均匀分布的紧固螺栓I相连接，两个凸缘盘2中间夹有不锈钢密封圈7，对称拧紧十个螺栓，使反应釜密封。
[0035]将反应釜放入老化试验箱中，老化温度设为160°C~200°C，进行2~90天时间的老化试验，即可分析橡胶试样在老化不同温度、不同时间后的压缩永久变形等老化性能参数，压缩永久变形的计算方法按照式(I)计算:
【权利要求】
1.一种模拟封隔器胶筒在实际工况条件下的老化试验方法，其特征在于，依次包括以下步骤: a选取封隔器胶筒所用的氢化丁晴橡胶材料，并将其加工成圆柱形的橡胶试样； b准备反应装置，所述反应装置包括反应釜和压缩夹具，所述反应釜包括釜体和用于密封釜体的盖体，所述压缩夹具包括底板和位于所述底板上方、并与所述底板平行的上板，所述底板和上板两边的边缘处设置有用于限定所述底板和上板的螺栓，所述螺栓的顶部用螺母旋紧；所述底板和上板之间设置有限位器，所述限位器卡设在所述螺栓的螺杆上； c将所述橡胶试样放于上述底板和上板之间，然后放入所述限位器设定压缩高度，压缩橡胶试样，取一定量的液体老化介质，加入上述釜体中，将压缩后的橡胶试样浸入所述老化介质中，封闭反应釜； d接步骤C，将反应釜放入恒温老化实验箱中进行加热，在一定温度下进行老化实验，老化时间分别设定为2 天、4天、7天、14天、30天、45天、60天、75天、90天； e接步骤d，老化完成后取出试样，自由状态下放置30分钟，测量试样恢复高度，即可展开对不同时间以及不同温度条件下老化后的橡胶试样压缩永久变形力学性能分析。
2.根据权利要求1所述的老化试验方法，其特征在于:步骤b中，所述压缩夹具的底板和上板之间设置有若干个压板，每两个相邻的压板平行设置，所述每个压板和上板、底板之间均设置有限位器，所述螺栓依次竖穿于所述上板、每个压板和底板的边缘处。
3.根据权利要求1所述的老化试验方法，其特征在于:步骤a中，所述橡胶试样的尺寸为 Φ 29 X 12.5mm。
4.根据权利要求2或3所述的老化试验方法，其特征在于:所述橡胶试样的变形量为25%。
5.根据权利要求4所述的老化试验方法，其特征在于:步骤d中温度为160°C~200°C。
6.根据权利要求5所述的老化试验方法，其特征在于:步骤b中，所述釜体的进口处设置有凸缘盘，所述凸缘盘与所述盖体之间铺设一层不锈钢密封圈，所述凸缘盘和盖体之间通过螺栓连接。
【文档编号】G01N33/44GK104020279SQ201410277741
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】胡松青, 廉兵杰, 王志坤, 吕强, 张田田, 陈生辉 申请人:中国石油大学(华东)