高温高压含硫油气开发用密封材料开发与应用

　　本书为“高性能高分子材料丛书”之一。全书以超深层、高含硫、超高压等复杂油气开发用密封材料的评价与开发为主线，总结作者十几年来在极端工况下密封材料领域的研究成果，系统分析温度、压力、硫化氢及二氧化碳等腐蚀介质浓度对常用弹性体微观结构性能影响规律与失效机理；讨论在极端条件下橡胶主链结构、硫化体系、补强及功能性填料对材料耐温、耐介质性能的影响；介绍高温高压酸性油气田开发用**式封隔器、高膨胀率过油管封隔器及深水防喷器等高抗硫产品对密封材料的要求及应用。

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目录
第1章　油气密封材料简介 1
1.1 绪论 1
1.2 常用密封材料简介 2
1.2.1 丁腈橡胶 2
1.2.2 氢化丁腈橡胶 4
1.2.3 氟橡胶 6
1.2.4 四丙氟橡胶 9
1.2.5 氟硅橡胶 13
1.2.6 全氟醚橡胶 14
1.3 酸性油气田对密封制品的要求 17
1.3.1 耐油性能 18
1.3.2 耐热性能 18
1.3.3 耐酸性介质性能 18
1.3.4 耐H2S性能 19
1.4 国内外有关抗硫密封材料选材方案 19
1.5 抗硫密封材料性能的评价标准 29
参考文献 39
第2章　丁腈橡胶老化机理研究 41
2.1 丁腈橡胶概况 41
2.2 NBR在不同条件下的失效行为 43
2.2.1 NBR的活性基团及服役环境 43
2.2.2 NBR在酸性环境的失效行为(标准试验) 44
2.3 NBR活性基团在非H2S介质条件下的失效机理 46
2.3.1 不饱和双键的老化降解研究 46
2.3.2 腈基的老化降解研究 50
2.3.3 交联点的老化降解研究 53
2.4 NBR活性基团与H2S之间的相互作用 55
2.4.1 试验材料及评价 55
2.4.2 含硫量的变化 59
2.4.3 双键、腈基含量及交联密度变化 60
2.4.4 交联键类型确定 62
2.4.5 不同活性基团与H2S反应机理 63
2.4.6 未硫化NBR在H2S中老化规律总结 70
2.5 过氧化物交联对NBR在H2S环境中老化的影响 70
2.5.1 双键、腈基及α-叔氢对橡胶老化的影响 71
2.5.2 硫化程度对橡胶老化的影响 75
2.5.3 过氧化物交联NBR在H2S中老化规律总结 76
2.6 硫黄交联对NBR在H2S环境中老化的影响 76
2.6.1 力学性能及交联密度变化 77
2.6.2 交联结构的变化 78
2.6.3 硫黄交联NBR在H2S中老化规律总结 81
参考文献 82
第3章　四丙氟橡胶老化机理 85
3.1 四丙氟橡胶概况 85
3.2 四丙氟橡胶老化研究 85
3.2.1 橡胶的老化特征 85
3.2.2 影响橡胶老化的因素 86
3.2.3 橡胶老化机理的研究进展 86
3.3 高含硫油田中四丙氟橡胶老化机理研究思路 95
3.4 高温高压水溶液中四丙氟橡胶耐老化性能的研究 95
3.4.1 高温高压水溶液中四丙氟橡胶的老化机理 97
3.4.2 凝胶分数的变化 99
3.4.3 物理机械性能的变化 100
3.4.4 表面形貌变化 101
3.5 高温HCl水溶液中四丙氟橡胶耐老化性能的研究 102
3.5.1 高温HCl水溶液中四丙氟橡胶的老化机理 103
3.5.2 凝胶分数的变化 105
3.5.3 物理机械性能的变化 105
3.6 高温NaHS水溶液中四丙氟橡胶耐老化性能的研究 107
3.7 高温含H2S环境中四丙氟橡胶耐老化性能的研究 108
3.7.1 高温H2S环境中四丙氟橡胶的老化机理 109
3.7.2 凝胶分数的变化 112
3.7.3 物理机械性能的变化 112
参考文献 114
第4章　抗硫永久式封隔器的开发 116
4.1 永久式封隔器的结构与技术现状 116
4.1.1 永久式封隔器结构 116
4.1.2 永久式封隔器技术现状 118
4.2 需求及目标 126
4.3 高抗硫胶筒材料优选 126
4.3.1 基体橡胶材料优选 128
4.3.2 交联体系对四丙氟橡胶耐腐蚀性的影响(无补强剂配方) 130
4.3.3 橡胶补强体系的优选 134
4.3.4 炭黑N550用量对四丙氟橡胶性能的影响 139
4.3.5 黏土/炭黑/四丙氟橡胶纳米复合材料的耐腐蚀性能 139
4.3.6 多点交联体系(无补强体系) 141
4.4 不同介质条件对四丙氟橡胶性能的影响规律 145
4.4.1 不同浓度的H2S对四丙氟橡胶性能的影响 145
4.4.2 胶筒耐H2S性能评价 147
4.4.3 整体性能试验 150
参考文献 152
第5章　高膨胀率抗硫过油管封隔器胶筒 153
5.1 过油管封隔器技术及现状 153
5.1.1 扩张式过油管封隔器胶筒结构组成与主要失效形式 154
5.1.2 扩张式过油管封隔器国内外进展 160
5.2 过油管封隔器的需求与开发思路 169
5.2.1 过油管封隔器的新需求 169
5.2.2 高膨胀率抗硫过油管封隔器胶筒的开发路线 170
5.3 高膨胀率抗硫过油管封隔器胶筒的评价方法 172
5.4 高膨胀率抗硫橡胶材料研制 176
5.4.1 主胶种的优选 177
5.4.2 增塑体系调整 178
5.4.3 纳米填料分散技术 178
5.4.4 橡胶耐高温性能评价 182
5.4.5 橡胶抗H2S腐蚀性能评价 182
5.4.6 橡胶与金属的黏合性能评价 183
5.5 高膨胀率抗硫胶囊的成型工艺 184
5.5.1 胶囊模压成型工艺及其性能评价 184
5.5.2 胶囊硫化罐成型工艺及其性能评价 188
5.6 高膨胀率抗硫过油管封隔器胶筒有限元分析与试验验证 194
5.6.1 有限元模型的建立 194
5.6.2 胶筒的材料属性 195
5.6.3 有限元模拟结果分析与验证 197
参考文献 202
第6章　深水防喷器闸板研制 203
6.1 海上防喷器密封技术现状 203
6.1.1 深水防喷器概述 203
6.1.2 国内外水下防喷器组研究现状 204
6.1.3 目标与研发思路 205
6.2 耐高温变径闸板密封材料开发 207
6.2.1 初选橡胶材料耐压试验 207
6.2.2 橡胶耐高温性能优化 209
6.2.3 第二次耐高温抗硫橡胶密封试验 213
6.2.4 快速评价试验确立材料性能与密封能力的关系 216
6.2.5 橡胶材料高温关键力学性能改善 222
6.2.6 耐121℃变径闸板密封试验 225
6.2.7 耐149℃变径闸板密封试验 228
6.3 耐高温固定闸板密封材料开发 230
6.3.1 149℃固定闸板密封材料研制 230
6.3.2 177℃固定闸板密封材料研制 233
参考文献 241
关键词索引 242