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摘要：本文简单对油气田井下封隔器胶筒橡胶进行了探究，探究的内容具有多样性，如该橡胶周围的各种变化、使用过程出现的各种状况，根据橡胶类型的不同、不一样的原理构造提出了对应的解决方案，对橡胶的各种功能在总结之后进行评定和全面分析，以便对未来的胶筒橡胶提出新的研究要求。
关键词：油气田；井下；封隔器；胶筒橡胶
对于油田的开采而言，中国的油田所呈现的特色是不匀称、油层不少的特色。伴随在石油采掘的过程中，石油总量的发现以及进一步落实在面对持续严重的自然环境，怎样科学、行之有效地进行复杂油田的开发，提升总的生产绩效，长期以来受到世界的重点重视。现阶段，对复合油层进行开发最为一般的策略是采取一管联通、多管齐下的挖掘策略，如果管子的主体穿越了不一样工作环境的石油层时，需要使用的是封隔器来对不同层次的石油进行划分，为了避免划分过程中的互相排斥，所以封隔器的作用是非常明显的，而却对于开采作业而言，其使用的范围也是很广的。而胶筒橡胶对于封隔器而言，所起到的作用绝非简单，那么，作为主要构成部分，它品质的高低直接影响封隔器在此过程中的作用以及使用时长，而且还能影响到的是挖掘石油过程中的科学性、合理性。
一、胶筒橡胶的使用过程
勘探石油过程的条件是非常苛刻的，实际勘探温度和压强都比地面要高，勘探设施所需要承受的条件比一般设施要更具承受力。试验的过程中，仿照实际环境所监测的监测压差大约是40-70Mpa，实际挖掘温是100-210度。对于在进行试验的过程里，橡胶需要接受的等压差是9Mpa-34Mpa之间。于胶筒橡胶而言，其应用于井下的实际环境条件要求种类繁多，其中一项是温度，温度异常会致使橡胶的老化，老化又会导致使用的使用时长会受到限制。能够适应温度异常的是新型封隔器胶筒橡胶，无论温度产生怎样的改变，其适应性都非常好。对于地层的有关监测来说，周围温度太高就会产生一定的化学现象，对于含有各种化学物质（比如二氧化碳、二氧化硫）的深井之中，一些空气的产生容易对橡胶产生不利作用致使它的不工作。关键是，如果温度过高，压力过大，二氧化碳就会产生过多，在此过程中的功能就会产生显著改变，如若其湿度和水一般，压强接近惰性气体，那么在散播过程中，数量比就是液体的很多倍。所以，此时的二氧化碳的各项指标都达到了最佳值，相当于辅助了橡胶密封工作零件。因为会产生很强的阻碍作用，所以同时也容易引发危险。
二：胶筒橡胶的类别
2.1胶筒材料要求
由于橡胶材料处于周围高温，强腐蚀，高压，高形变的使用工况条件下，橡胶材料需要常规性能特别优越，其机械性能都设计为极致，高温条件下测试性能依旧可以保留在较高的水平，如此才能抵抗高温的老化，高压的挤出形变和撕损破坏，H2S,CO2等气体的渗透，RGD的压降爆破鼓泡和溃烂，橡胶弹性也要求很好，高压条件下蠕变和应力释放小，才能保证长期工作不泄露，国内有人可以把NBR，HNBR的撕裂做到＞120KN/M，已经跟PU抗撕接近，橡胶的硬度也有人做到跟塑料一样，邵A ＞95度的硬度，实际上已经达到材料的极限特性了。
目前主流橡胶封隔器胶筒材料如下：
2.2按照结构进行划分，
按照坐封分类，封隔器分为自封式，压缩式，扩展式，组合式，由于采油的利用率不断要求提高，采购工况越来越高温高压高腐蚀倾向发展，一般的胶筒难以满足使用要求，为了克服极限的工况，越来越注重胶筒的材料极限性能，结构朝着组合式发展，比如压缩式胶筒，可以组合铜环进行抗压保护，这样橡胶就不会因为高压缩量，被挤进去间隙而啃坏，另外可以在胶筒内加钢丝，铜环，加橡胶一起硫化，利用金属的高模量进行抗压，橡胶的形变贴合缸壁进行密封，形成组合式密封，一般这类都是用于≥150°C温度，压差≥50MPA条件下，这类产品一般工艺较为复杂，产品定价高，密封安全稳定性高，已经脱离传统的单纯橡胶的常规的要求范畴。
同时合理的工装配合结构也尤为关键，抗压环，膨胀形变量，环空间隙等也非常重要，及时材料性能做到最好，也需要匹配最佳的配件设计结构，以发挥各自的最优效果。
三：胶筒材料的总体性能
胶筒材料要长期抵抗高温，高压，H2S，CO2，油，酸的腐蚀，经过超大的形变量（40%~60^%），橡胶能密封不泄露，橡胶材料要求很准，通过性能更好的SiO2，MgZMMA，超细炭黑，以及复合材料碳纤维，玻纤，芳纶等进行组合改进，使其材料达到更高的拉伸强度，抗撕强度，伸长率，模量，弹性，永久变形，同时保持高温状态下的力学性能衰减，变化小，而材料性能好的同时满足合适的工艺来生产，稳定产品质量。
四、新型封隔器结构及有限元模型的建立
新型封隔器结构：常规压缩式封隔器的密封结构一般由两个或三个长胶筒叠加而成，胶筒之间通过刚性阻隔圈分开，因此，加工和装配精度要求较高，且压缩后中上胶筒外突严重 [14,15] 。为了降低封隔器制造工艺难度，防止肩突现象产生，改进的新型封隔器胶筒之间去除刚性隔环，采用一定的倾角配合，上下部分别增加了一个铜背圈和支撑环。
有限元模型：封隔器外形以及其组合部件的几何结构都满足轴对称模型，可以利用轴对称条件对其有限元模型进行简化 。改进型封隔器主要由上下两对铜背圈和支撑环以及2种不同强度的胶筒组合而成。密封核心胶筒的材料是两种不同强度橡胶类材料，橡胶材料属于高度非线性复合材料 ；铜背环为紫铜；中心管、套管为金属刚性材料。网格划分：橡胶采用4节点CAX4RH单元划分网格，其余采用CAX4R划分网格。为了计算的准确性，将密封的主要部件胶筒的网格进行加密处理。通过对比发现，1）Ogden模型的拟合精度随着阶数增加而增加，三阶Ogden模型拟合精度最高；2）Polynomial模型拟合精度随阶数增加而增加，一阶模型在应变大于1之后的拟合精度明显降低，二阶模型在应变小于0.4的时候精度较低；3）Arruda-Boyce模型及Vaner Waals模型在应变小于0.5时能够较好的拟合但是在应变增大之后拟合精度降低，不能反映实际应力应变的趋势。
二、结语
伴随石油天然气的持续进步以及油气井开采难度的持续上升，作业环境的持续恶劣，所要使用的装置要求会变得越来越高。故此对胶筒橡胶的探究还需要更加深入。
参考文献
［1］李楠．压缩式封隔器胶筒的密封性能研究［Ｄ］．黑龙江：东北石油大学，2017．
［2］赵志祥，等.耐高温高压封隔器胶筒的研制［Ｊ］．特种橡胶制品，2018，30（１）：49-50.
［3］伊伟锴，等．套管外封隔器模拟试验装置研制与应用［J］．石油矿场机械，2019，43:75-77.
论文作者:罗盛昌
论文发表刊物:《科技新时代》2019年7期
论文发表时间:2019/9/11
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