Основные требования к эластомерам, используемым в производстве высококачественных изделий для нефтегазового оборудования

Требования к эластомерным материалам для нефтегазового оборудования зависят от места установки изделий в узлах и агрегатах и тех условий, в которых они работают. Но эти требования к уплотнительным деталям из эластомерных материалов, к сожалению, не являются исчерпывающими, так как каждый узел имеет свои особенности конструкции и эксплуатации. Кроме того, следует учитывать, что современное нефтегазодобывающее оборудование (при правильном подборе к скважинным условиям и сервисе) должно сохранять работоспособность не менее 1000 суток.


Наше предприятие в своей производственной деятельности руководствуется требованиями и рекомендациями международных стандартов и лидирующих на мировом рынке производителей нефтегазового оборудования.


В таблицах 3 и 4 приведены обобщенные требования к эластомерам, применяемым в установках электроцентробежных насосов (УЭЦН). Эти данные взяты из Технических требований ОАО "НК "Роснефть", рекомендаций АР1 1157 (КР 1157).


В погружном промысловом оборудовании следует избегать применения эластомеров с серной вулканизующей системой, так как сероводород и другие серосодержащие продукты, способные отдавать серу, приводят к перевулканизации эластомеров (ороговению, трещинам) и потере ими уплотняющих свойств (эластичности) и физико-механических свойств. Как правило, эластомеры с серной вулканизующей системой уступают эластомерам с перекисной вулканизу ющей системой по длительности работоспособности в условиях повышенных температур и агрессивных сред.


Одним из важных требований, которые предъявляются к эластомерам, применяемым в производстве комплектующих для нефтегазодобывающего оборудования, является обеспечение их стойкости в условиях быстрого сброса давления (взрывная декомпрессия – explosive decompression), т.е. так называемой "кессонной" стойкости (explosive decompression resistance). Так сложилось, что в СССР, а теперь и в России нормы на определение стойкости эластомерных и полимерных изделий НГО в условиях взрывной декомпрессии не разрабатывались.


При этом, существуют международные нормы, например, стандарты NАСЕ (National Association of Corrosion Engineers): стандарт ТМ 0192-98 "Оценка стойкости эластомерных материалов при декомпрессии в среде СО2", стандарт ТМ 0297-97 "Влияние высокой температуры, взрывной декомпрессии на эластомерные материалы в среде СО2", а также стандарт 150 23936 "Нефтяная, нефтехимическая и газовая промышленность. Неметаллические материалы, контактирующие со средами при добыче нефти и газа". Часть 2 стандарта 150 23936-2 описывает требования и процедуры испытаний эластомеров, в том числе и испытания на стойкость к взрывной декомпрессии. В основе стандарта 150 23936-2 лежат требования норвежского национального стандарта N0К50К М- 710 "Квалификационные испытания неметаллических уплотняющих материалов и их производителей".


Важно отметить, что стойкость изделий к взрывной декомпрессии на одном и том же базовом эластомере может быть различной. Кессонной стойкости изделий можно добиться путем специальной доработки рецептуры.


Специалистами ООО "РЕАМ-РТИ" освоена методика испытаний на стойкость к взрывной декомпрес-сии в соответствии со стандартами NАСЕ ТМ 019298 (США). По данной методике все эластомеры, раз-работанные и производимые предприятием, проходят проверку на определение класса стойкости к взрывной декомпрессии.
Необходимо отличать разрывы эластомерных изделий при динамических напряжениях от разрушений взрывной декомпрессии.


Отдельно необходимо выделить проблему совместимости эластомеров и масел, применяемых в погружных электродвигателях (ПЭД). Несовместимость ведет к разрушению эластомерного изделия. Например, по контрольным тестам масло типа


МДПН имеет температуру начала деструкции (разложения), которая не регламентируется ТУ, на уровне + 137 °С. Продукты термической деструкции масла, будучи активными радикалами, вызывают "химическое" старение эластомера обусловленное протекающими радикально цепными реакциями, приводящими к разрушению эластомерного изделия. Современная химия эластомеров конца ХХ - начала XXI веков продвинулась настолько, что позволяет в большинстве случаев подобрать или разработать эластомеры, работоспособные в течение всего назначенного срока службы оборудования и отвечающие самым жестким эксплуатационным требованиям перспективного погружного оборудования. Существуют эластомерные композиты, рассчитанные на температуры выше +300 °С, с высокой агрессивостойкостью и работоспособностью при низких температурах.


Технические требования к эластомерам, применяемым в УЭЦН ОАО "НК "Роснефть"

Группы исполнений электродвигателя,гидрозащиты Требования к эластомерам Рекомендуемые эластомеры
Д1 Должны сохранять свои свойства во время хранения при температуре от -50 °С, эксплуатации до +170 °С, стойкость к минеральным и синтетическим маслам РС-3, РС-26ч
Д2 Должны сохранять свои свойства во время хранения при температуре от -50 °С, эксплуатации до +200 °С, стойкость к синтетическим маслам РС-3, Тер-10
Д3 Должны сохранять свои свойства во время хранения при температуре от -50 °С, эксплуатации до +220 °С, стойкость к синтетическим маслам Аф-15, Аф-15-1

Рекомендации АРI 1157 (КР 1157)

Группы не предусмотрены Температуры применения, °С Базовые каучуки Рекомендуемые эластомеры
>+121 Нитрильные каучуки NBR бессерной вулканизации РС-3, РС-26ч
>+135 Гидрированные нитрильные каучуки HNBR (HSN) бессерной вулканизации Тер-10
>+163 Эластомеры на основе FKM РС-ВА
>+177 Фторэластомеры типа TFE/P (Aflas, Viton Extreme) Аф-15, Аф-15-1

Основные требования к эластомерам для автомобильной промышленности

В автомобильной промышленности используют резиновые технические изделия (РТИ) в более чем 500 узлах, их функциональное применение связано, например, с герметизацией ответственных узлов и агрегатов двигателя, трансмиссии, топливной, тормозной, охлаждающей систем, со снижением шума и вибрации кузова автомобиля, и т.п.


Ни один тип эластомерного материала не может самостоятельно выполнить все возложенные на него функции. Именно поэтому промышленность использует широкую рецептурную гамму эластомеров, каждая из которых имеет технические характеристики. РТИ должны функционировать в широком диапазоне рабочих условий, таких как:


  • высокая (до +200 °С и более) и низкая температура (до -50 °С);
  • воздействие различных химических веществ;
  • воздействие различных топлив (жидких, газовых), смазок, охлаждающих сред;
  • воздействие гидравлических или тормозных жидкостей;
  • воздействие озона;
  • периодическое или постоянное динамическое воздействие;
  • обеспечение срока службы не менее 40 000 ч;
  • воздействие пыли и других абразивных сред, и при этом защищать окружающую среду от вредного воздействия химических веществ, топлив, смазок, антифризов и т.п., в большом количестве содержащихся в системах жизнеобеспечения автомобиля.

В производстве РТИ для автомобильной промышленности широко используются эластомеры на основе бутадиен-нитрильного полимера с различным содержанием акрилонитрила. Основными достоинствами эластомерной композиции на основе бутадиен нитрильного полимера являются:


1. Стойкость к растворителям, топливо- и масло- стойкость.


2. Хорошие механические и физические свойства, износостойкость, остаточная деформация сжатия, эластичность и стойкость к термической деструкции.


Другим широко используемым полимером в производстве автомобильных изделий является этилен-пропиленовый полимер СКЭПТ, к его преимуществам относятся сопротивление воздействиям атмосферы и озона, а также термоустойчивость.


Изучая поведение узлов и механизмов, работающих в сложных эксплуатационных условиях, в ООО "РЕАМ-РТИ" разрабатываются как конструкторские решения, так и новые рецептуры эластомеров, новые технологические подходы к изготовлению РТИ. К инновационным разработкам нашей фирмы можно отнести:
"скользкие" эластомеры для подвижных соединений, у которых при "сухом" трении коэффициент тре-ния в паре эластомер-металл ниже 0,2 (минимальное значение равно 0,12...0,15);


  • эластомеры с заданным набуханием для уплотнения неподвижных соединений;
  • эластомеры с высокими диэлектрическими свойствами;
  • модифицированные эластомеры с увеличенными (по сравнению с обычными резинами) сроками хранения.

Уникальной разработкой ООО "РЕАМ-РТИ" является создание уплотнительных изделий для автомобиля "будущего", работающего на экологически безопасном топливе - диметиловом эфире (ДМЭ). ДМЭ в качестве моторного топлива относится к разряду возобновляемых альтернативных топлив.
Созданные образцы уплотнительных деталей прошли лабораторные и эксплуатационные испытания в исследовательском центре АМО ЗИЛ, а также в ФГУП "НИИД", и рекомендованы для применения в топливных системах двигателя автомобиля-рефрижератора ЗиЛ-5301. Увеличение размеров изделий из резин РС-26ч и РС-26ч-5 в среде ДМЭ и дизельного топлива не превысило 5 %.


Разработана и выпускается малыми сериями деталь "ниппель" для амортизаторов подвесок спортив-ных автомобилей из эластомера, стойкого к раздиру. Во время проведения спортивных соревнований по автогонкам проводится подкачка шприцем газообразного азота в амортизатор через ниппель. Первые результаты использования ниппеля производства ООО "РЕАМ-РТИ" в амортизаторах спортивных автомобилей показали, что отечественное изделие успешно заменило импортное дорогостоящее изделие.


×