CC BY
64
УДК 678.5
Н. Р. Никитин, М. Ф. Галиханов
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСА СВОЙСТВ ТЕРМОСТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СИЛИКОНОВЫХ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ
Ключевые слова: силиконовые резиновые смеси, эксплуатационные свойства, нефтедобыча.
В работе исследованы силиконовые резиновые смеси различных марок и производителей. Изучены их деформационно-прочностные, температурные свойства, стойкость к агрессивным средам. Предложены лучшие составы для использования в агрегатах и устройствах, применяемых при нефтедобыче.
Keywords: silicone rubber compounds, operating properties, oil production.
In the paper silicone rubber mixtures of different brands and manufacturers. We study their deformation-strength, temperature properties, resistance to aggressive environments. It offers the best compositions for use in assemblies and devices used in oil production.
Введение
В условиях добычи нефти используются методы интенсификации добычи, к которым относятся термические (воздействие горячей воды, паротепловое воздействие, внутрипластовое горение, пароциклическое воздействие на призабойную зону пласта), гидроразрыв пласта, термогазохимические обработки, обработки с использованием пен, депрессионно-репрессионная технология обработки призабойной зоны скважины в импульсном режиме, применение полимер -дисперсных систем и т.д. [1 - 10].
При термических методах интенсификации добычи нефти используются высокие температуры. Поэтому в различных устройствах и агрегатах должны применяться материалы (в том числе -полимерные) с повышенной термостойкостью. К ним, например, относятся силиконовые резиновые смеси. Силиконовые резиновые смеси (СРС) применяются в изготовлении шнуров и труб, колец и манжет, уплотнительных деталей, антипригарных покрытий и других изделий [11-13].
В настоящее время имеется большой выбор силиконовых, фторсиликоновых резиновых смесей, поэтому целью работы является анализ СРС, изучение их свойств и выбор наилучшего компонента для использования в агрегатах и устройствах нефтедобычи.
Экспериментальная часть
В качестве объектов исследования использовались: Пентасил ФС 702 RAL 3013 (ТУ 2512-087-40245042-2004), Пентасил 1711 RAL 5002 (ТУ 2519-099-40245042-2004), Пентасил 6701 RAL 7035 (ТУ 2512-155-40245042-2004), Силикон 300/60 и Силикон 300/70 (ТУ 2512-046-05766764-2005) с общей формулой: [R2SiO]n.
Режим вулканизации Пентасил ФС 702 RAL 3013 проводился при 170 °С в течение 10 минут. Вулканизацию Пентасил 1711 RAL 5002 и Пентасил 6701 RAL 7035 проводили в две стадии: первая стадия - 10 минут при 170°С, вторая - 4 часа при 200°С. Аналогичными режимы вулканизации у Силикон 300/60 и Силикон 300/70.
Для испытаний комплекса эксплуатационных свойств по ГОСТ 269-66 изготавливали стандартные пластинки толщиной 2мм. Пластины получали на гидравлическом прессе. Из полученных пластин специальными вырубными ножами вырезали образцы.
Для определения условной прочности (аусл), относительного (ер) и остаточного удлинения после 100% -ного растяжения (£остюо) проводились испытания по ГОСТ 270-75 с применением двусторонних стандартных лопаток. Твердость по Шору (Ис) определяли по ГОСТ 263-75. Сопротивление раздиру (аразд) определяли по ГОСТ 262-93.
Изменение массы (Дш) образца в различных средах определяли по ГОСТ 9.030-74.
Относительную остаточную деформацию после разрыва (еост) определяли по ГОСТ 21751-76. Относительную остаточную деформацию при сжатии на воздухе (еост-сж) определяли по ГОСТ 9.029-74.
Результаты и их обсуждение
При выборе полимеров и каучуков для приготовления смесевой композиции
руководствовались тем, что необходимы те силиконовые смеси, которые мало подвержены высоким температурам, обладают хорошими прочностными свойствами и стойкостью в агрессивных средах.
Для выяснения свойств были проведены испытания наиболее важных характеристик, указанные в технических условиях (паспорте). Причем полученные данные сравнивались с паспортными характеристиками изучаемых резин. Полученные результаты представлены в таблицах 1-5. Анализ данных (табл. 1-5) показал, что измеренные в работе характеристики исследуемых силиконовых резиновых смесей зачастую не совпадают с паспортными данными на эти композиции. Однако, это несовпадения чаще «положительны» - почти все определенные показатели СРС выше значений, указанных в их паспортах.
Таблица 1 - Заявленные и полученные свойства Пентасил 1711 RAL 5002
Свойства Норма по ТУ Полученные значения
Стусл, МПа не менее 7,0 10,1
Вр, % не менее 250 345
Hd, ед. 70,0-85,0 75
СТразд, кН/м не менее 18,0 7,2
Вост % не более 10,0 4
Вост-сж, % не более 65,0 49,2
Дш, % не более 15,0 8,8
Таблица 2 - Заявленные и полученные свойств Силикон 300/70
Свойства Норма по ТУ Полученные значения
Стусл, МПа, не менее 7,0 7,6-8,1
Вр, % - 364-384
Hd, ед. 70±5 75-80
СТразд,кН/м не менее 12 19,4 -21,7
Вост % - 14-17
Вост-сж, % - 70,7 -72,6
Дш, % - 8,9-9,2
Таблица 3 - Заявленные и полученные свойства Пентасил ФС 702 RAL 3013
Свойства Норма по ТУ Полученные значения
Стусл, МПа не менее 6,0 7,3
Ер, % 150,0 316
Hd, ед. 55,0-75,0 72
(Дш) , % не более 2,0 0,04
Дш, %, не более 10,0 1,24
Вост-сж, % не более 20,0 37,6
Дш, %, не более 3,0 1,24
Таблица 4 - Заявленные и полученные свойства Пентасил 6701 RAL 7035
Свойства Норма по ТУ Полученные значения
Стусл, МПа не менее 7,5 10,2
Вр, % не менее 450 545
Hd, ед. 65,0-75,0 65
СТразд, кН/м не менее 28,0 37,4
Вост %% не более 10,0 4
Таблица 5 - Заявленные и полученные свойства Силикон 300/60
Свойства Норма по ТУ Полученные значения
Стусл, МПа не менее 7,5 7,5
Вр, % не менее 300 350
Hd, ед. 60±5 60±5
Стразд,кН/м не менее 12 12
Вост % - -
Так, у Пентасил 6701 RAL 7035 выше паспортных данных показатели условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, относительной остаточной деформации после разрыва. На уровне паспортных данных остались показатели по твердости по Шору А. Только при определении сопротивления раздиру СРС полученные результаты оказались ниже заявленных в паспорте (табл. 1).
Пентасил ФС 702 RAL 3013 по итогам испытаний оказался лучше относительно паспортных данных по значениям условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, относительной остаточной деформации на воздухе при сжатии при изменении массы образца в средах трансформаторного масла и топлива ТС-1. Твердость по Шору данной силиконовой резиновой смеси оказалась в рамках паспортных данных. Лишь значения изменения массы в среде тосола хуже паспортных характеристик.
Для Пентасил 1711 RAL 5002 значения условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, относительной остаточной деформации после разрыва, относительной остаточной деформации при сжатии на воздухе и изменения массы после старения в минеральном моторном масле (класса вязкости SAE 15W 40) выше, чем заявленные в паспорте. В рамках паспортных данных оказалась твердость по Шору композиции и чуть хуже -сопротивление раздиру.
Силикон 300/70 по значениям условной прочности при растяжении, твердости по Шору, сопротивлении раздиру оказался лучше паспортных данных. Остальные значения сравнить не удалось, так как они не указаны в паспорте.
Силикон 300/60 лучше оказался лишь в относительном удлинении при разрыве. В остальных же значениях были показаны аналогичные с паспортными данными результаты.
Можно заметить, что в паспорте Пентасил 6701 RAL 7035 и Силикон 300/60 отсутствуют показатели изменения массы в тех или иных средах. Скорее всего, это может говорить о том, что смеси показывают плохие результаты при попадании в агрессивные среды. В то же время, в паспортах Пентасил ФС 702 RAL 3013 и Пентасил 1711 RAL 5002 ограничен выбор прочностных характеристик.
Анализируя полученные данные можно заключить следующее. По комплексу деформационно-прочностных свойств для использования в устройствах и агрегатах нефтедобычи можно порекомендовать Пентасил 6701 RAL 7035.
Выводы
При проведении испытаний у всех смесей свойства отличаются от паспортных данных.
Среди испытуемых смесей, по механическим свойствам, лучше других оказался Пентасил 6701
RAL 7035, по стойкости к агрессивным средам
лучше других оказался Пентасил ФС 702 RAL 3013.
Литература
1. Антониади Д.Г. Научные основы разработки нефтяных месторождений термическими методами. - М.: Недра, 1995. - 314 с.
2. Бурже Ж., Сурио П., Комбарну М. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов. - М.: Недра, 1988. -424 с.
3. Боксерман A.A., Раковский H.JL, Глаз И.А. Разработка нефтяных месторождений путем сочетания заводнения с нагнетанием пара.//Итоги науки и техники. Сер. Разработка нефтяных и газовых месторождений. - М.: ВИНИТИ. - 1975. - Т. 7. - С. 3-93.
4. Дошер Т.М., Хассеми Фархад. Влияние вязкости нефти и толщины продуктивного пласта на эффективность паротеплового воздействия. // Экспресс-информ. Сер. Нефтепромысловое дело. М.: ВНИИОЭНГ, 1984. - С. 34.
5. Зазовский А.Ф. О неизотермическом вытеснении нефти водой из нетеплоизолированных пластов // Изв. АН СССР, МЖГ. - 1983. - № 5. - С. 23-44.
6. Зазовский А.Ф., Федоров K.M. О вытеснении нефти паром. - М.: Препринт ИПМ АН СССР, № 267, 1986.82 с.
7. Мирзаджанзаде А.Х., Аметов И.М. Прогнозирование промысловой эффективности методов теплового воздействия на нефтяные пласты. - М.: Недра, 1983. -222 с.
8. Рубинштейн Л.И. О температурном поле пласта при нагнетании в пласт горячего теплоносителя // Труды Уфимского нефтяного института, Вып. 2. - Уфа: Изд. уфнИ, 1958. - 97 с.
9. Федоров K.M., Шевелёв А.П. Инженерные оценки технологических параметров и эффективности парогазоциклического воздействия // Теплофизика, гидрогазодинамика, теплотехника: Сборник статей. Выпуск 2. Тюмень: Издательство ТюмГУ, 2004. - С. 91114.
10. Федоров К.М., Шевелёв А.П. Расчет тепловых потерь при закачке насыщенного пара в скважину // Известия Высших учебных заведений. Серия нефть и газ. - 2005. -№ 4. - С. 37-43.
11. Палютин Ф.М., Бабурина В.А., Ромахин А.С., Казанцева Н.А., Дубков И.А., Калмыкова В.Я., Быльев В.А. Силиконовые герметики автомобильного назначения серии «MAXIL» // Вестник Казанского технологического университета. - 2006. - № 2. - С. 105109.
12. Палютин Ф.М., Панфилова Г.Ф., Михайлова Г.А., Шумилова Н.В., Борисоглебский С.В. Пористые силиконовые резиновые смеси // Вестник Казанского технологического университета. - 2006. - № 2. - С. 232234.
13. Яманова Р. Р. Современные материалы и технологии для получения форм и отливок при изготовлении сувенирной продукции // Вестник технологического университета. - 2015. - Т. 18, № 2. - С. 292-295.
© Н. Р. Никитин, инженер ООТ и ПБ ОАО «КМПО», соискатель при кафедре технологии переработки полимеров и композиционных материалов КНИГУ, aktivator92@mail.ru; М. Ф. Галиханов, д-р техн. наук, профессор, кафедра технологии переработки полимеров и композиционных материалов КНИГУ, mgalikhanov@yandex.ru.
© N. R. Nikitin, engineer labor protection, Kazan Motor-Building Production Association; external Ph.D. student, Department of Processing Technology of Polymers and Composite materials of Kazan National Research Technological University, aktivator92@mail.ru; M. F. Galikhanov, professor, Dr. Tech. Sci., professor of the Department of Processing Technology of Polymers and Composite Materials of Kazan National Research Technological University, mgalikhanov@yandex.ru.
