本發(fā)明屬于石油鉆采工具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于水基鉆井液環(huán)境的高性能定子橡膠。
背景技術(shù)：
螺桿鉆具是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的井下動力鉆具之一，主要由馬達(dá)總成、萬向軸總成和轉(zhuǎn)動軸總成等部件組成。馬達(dá)總成是為螺桿鉆具提供動力，由內(nèi)表面涂覆橡膠的金屬定子管和轉(zhuǎn)子組成，常規(guī)螺桿鉆具橡膠厚度是不均一的，中國專利CN101656438A提到一種等壁厚結(jié)構(gòu)螺桿鉆具，橡膠層厚度基本一致，馬達(dá)定子能效大大提高，使用壽命得到有效延長。
中國專利CN104744748A公開了一種等壁厚螺桿鉆具用耐油定子橡膠，該橡膠混合物采用丁腈橡膠為主體材料，配以橡膠活化劑、增塑劑、補強劑和硫化劑等助劑，混煉膠具有較好的力學(xué)性能和工藝性能，該種橡膠適用于油基鉆井液環(huán)境中，而不適用于水基鉆井液環(huán)境中。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種適用于水基鉆井液環(huán)境的高性能定子橡膠，具有較高的撕裂強度和硬度，同時保證在水基鉆井液環(huán)境中性能維持性較好，性能變化率較低。
本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：
一種適用于水基鉆井液環(huán)境的高性能定子橡膠，以丁腈橡膠為主體材料，添加有補強劑；其中，所述補強劑為炭黑N550、炭黑N330和無定形SiO2等中的一種或幾種任意比例的混合物。
一種適用于水基鉆井液環(huán)境的高性能定子橡膠，以丁腈橡膠為主體材料，添加有補強劑和增強助劑；其中，所述補強劑為炭黑N550、炭黑N330和無定形SiO2等中的一種或幾種任意比例的混合物，所述增強助劑選自納米碳管、酚醛樹脂或者芳綸纖維等中的任意一種。
優(yōu)選地，所述補強劑混合使用，炭黑N550、炭黑N330和無定形SiO2三者混合質(zhì)量比例為(4～3):(3～2):(2～1)。
按上述方案，所述補強劑為丁腈橡膠質(zhì)量的30～70％。
按上述方案，所述增強助劑為丁腈橡膠質(zhì)量的5～20％。
進一步地，本發(fā)明提供一種具體的適用于水基鉆井液環(huán)境的高性能定子橡膠，其由丁腈橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、硫磺、促進劑、增塑劑和補強劑制成，各原料的質(zhì)量份數(shù)為：丁腈橡膠100份，氧化鋅3～7份，硬脂酸1～2份，防老劑4～6份，硫磺2～4份，促進劑1.5～3.5份，增塑劑5～10份，補強劑30～70份；所述補強劑為炭黑N550、炭黑N330和無定形SiO2中的一種或幾種任意比例的混合物。
進一步地，本發(fā)明提供一種具體的適用于水基鉆井液環(huán)境的高性能定子橡膠，其由丁腈橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、硫磺、促進劑、增塑劑和補強劑和增強助劑制成。各原料的質(zhì)量份數(shù)為：丁腈橡膠100份，氧化鋅3～7份，硬脂酸1～2份，防老劑4～6份，硫磺2～4份，促進劑1.5～3.5份，增塑劑5～10份，補強劑30～70份，增強助劑5～20份；其中，所述補強劑為炭黑N550、炭黑N330和無定形SiO2等中的一種或幾種任意比例的混合物，所述增強助劑選自納米碳管、酚醛樹脂或者芳綸纖維等中的任意一種。
按上述方案，所述防老劑宜采用胺類或者酚類防老劑，能給定子橡膠提供較好的防老特性，同時有利于橡膠焦燒時間的延長，有利于橡膠注射成型工藝過程的實施。胺類和酚類防老劑可以按照多種形式比例復(fù)配混合，本發(fā)明中胺類和酚類防老劑的質(zhì)量比例優(yōu)選1:(1～2)。
對于本發(fā)明所述適用于水基鉆井液環(huán)境的高性能定子橡膠，先將丁腈橡膠置于密煉機中塑煉60～120秒，然后加入防老劑、氧化鋅、硬脂酸、硫磺和增強助劑(對于不添加增強助劑的情況時，此處增強助劑省略即可)，混煉時間為90～150秒，再將炭黑N550、炭黑N330、無定形SiO2和增塑劑均分為兩次加入，每次混煉時間為90～150秒，最后加入促進劑，混煉60～120秒后排膠，然后在開煉機上壓片，停放14～18小時后在平板硫化機上硫化，最后進行裁樣和性能測試。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為如下：
(1)本發(fā)明所述高性能定子橡膠適用于等壁厚螺桿鉆具，以丁腈橡膠為主體材料，對補強體系進行優(yōu)化組合，同時加入特殊增強助劑，有效提高橡膠的硬度和撕裂強度，以保持螺桿鉆具工作的穩(wěn)定性，同時具有較高的硬度，使得螺桿鉆具具有較高的輸出扭矩和工作效率。
(2)本發(fā)明所述高性能定子橡膠適用于水基鉆井液環(huán)境中，尤其是在定子橡膠配方中加入三種炭黑N550、炭黑N330和無定形SiO2補強劑，并以一定比例進行復(fù)配組合，有效提高了橡膠材料的硬度和撕裂強度，降低了橡膠在水基鉆井液中的變化率；同時，在此基礎(chǔ)上，加入了納米碳管、酚醛樹脂或者芳綸纖維增強助劑，更進一步提高了橡膠材料的力學(xué)性能和耐水基鉆井液性能。
具體實施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實施例。
下述實施例中，丁腈橡膠N32是日本瑞翁公司生產(chǎn)，丙烯腈含量為33％，門尼粘度為35；防老劑D和防老劑4020宜選用一級品或其以上等級；硫磺選用分散劑和潤濕劑處理的可溶性硫磺；增塑劑G-25是一種高分子量的癸二酸酯，分子量約為10000；納米碳管和芳綸纖維采用表面官能團(下述實施例中為羥基活性基團)改性處理，可以直接從市場上購買獲得；酚醛樹脂采用妥爾油改性處理過的樹脂材料。
實施例
實施例中具體以等壁厚螺桿鉆具高性能定子橡膠為例說明，其適用于水基鉆井液環(huán)境。實施例1～5均采用丁腈橡膠N32為主體材料，以硫磺和促進劑DM為硫化體系，以防老劑MB和4020為防老體系，高分子化合物G-25為增塑體系，氧化鋅和硬脂酸為活化劑；在實施例1中，還加入炭黑N550為補強劑；在實施例2中，還加入炭黑N550、N330和無定形SiO2為復(fù)合補強體系；實施例3是在實施例2的基礎(chǔ)上加入納米碳管；實施例4是在實施例2的基礎(chǔ)上加入酚醛樹脂；實施例5是在實施例2的基礎(chǔ)上加入芳綸纖維。表1為實施例1～5的原各料具體配比，以100重量份丁腈橡膠為基準(zhǔn)。
表1
對于實施例1～5所述適用于水基鉆井液環(huán)境的高性能定子橡膠的制備方法，先將丁腈橡膠置于密煉機中塑煉90秒，然后加入防老劑、氧化鋅、硬脂酸、硫磺和增強助劑(對于不添加增強助劑的情況時，此處增強助劑省略即可)，混煉時間為120秒，再將炭黑N550、炭黑N330、無定形SiO2和增塑劑均分為兩次加入，每次混煉時間為120秒，最后加入促進劑，混煉90秒后排膠，然后在開煉機上壓片，停放16小時后在平板硫化機上硫化，最后進行裁樣和性能測試。
上述實施例1～5所得等壁厚螺桿鉆具高性能定子橡膠的力學(xué)性能和熱水性能，檢測結(jié)果如下表2所示。
表2
由表2可知，本發(fā)明所述高性能定子橡膠中添加了補強劑N330、N550和或無定形SiO2有效提高了膠料的硬度、拉伸強度和撕裂性能，且耐水基泥漿鉆井液性能也有所提高；并且，加入了增強助劑納米碳管、酚醛樹脂或芳綸纖維后均提高了膠料的硬度、拉伸強度、撕裂強度和耐水基泥漿鉆井液性能，尤其納米碳管的效果最顯著。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進和變換，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。