丁腈橡胶在原油介质中的溶胀老化及耐磨损性能研究.pdf

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2、灣．心義岭４沈阳工业大学博士学位论文丁腈橡胶在原油介质中的溶胀老化及耐磨损性能研究ResearchonSwellingBehaviorandWearResistancePerformanceofNBRinTheCrudeOilMedium作者：王慧明单位：机械工程学院指导教师：王世杰教授单位：机械工程学院协助指导教师：吕晓仁副教授单位：机械工程学院单位：论文答辩日期：2015年10月8日学位授予单位：沈阳工业大学摘要采油螺杆泵主要是由金属转子和橡胶定子组成，两者工作过程中形成连续的动态密封腔，将原油从吸入端吸入，推送到输出端，直

3、至输送到地面。由于采油井况复杂，常出现高温、高压、高含砂、高含气情形，并含有H2S、CO2等腐蚀性气体，螺杆泵定子常发生溶胶、脱胶现象，使橡胶耐磨损性能下降，从而影响到螺杆泵工作效率及使用寿命。针对不同的采油工况选择相应的定子橡胶配方是制造螺杆泵的基础，因此定子橡胶配方使役性能的研究已经成为采油工程领域前沿性研究课题。目前，国内外学者虽开展了定子橡胶材料的使役性能的研究，但橡胶在介质中溶胀前后的物理化学变化，摩擦学行为及摩擦磨损机理等相关研究少见报道。而这一研究却是定子橡胶合理选材的重要理论和技术支撑，更会丰富和发展橡胶摩擦学理论与实践知识。本

4、文以采油螺杆泵的金属转子、橡胶定子摩擦配副作为研究对象，在实验室中模拟螺杆泵的实际工作状态，建立丁腈基定子橡胶溶胀及磨损试验分析流程，在不同介质中对橡胶试块进行了溶胀、磨损试验。采用不同丙烯腈结合量丁腈橡胶作为试验对象，在环己烷介质、通入二氧化碳气体的去离子水中及不同温度原油介质进行静态溶胀和摩擦磨损模拟试验，测定其溶胀量、摩擦系数和磨损量，并通过对比分析得到磨损量随试验条件的变化规律，再利用红外光谱分析仪（FT-IR）、核磁共振分析仪以及扫描电子显微镜对丁腈橡胶溶胀老化后化学元素含量和分子结构进行测定，并分析溶胀老化及磨损后的表面形貌。本文阐

5、述了定子橡胶溶胀老化、摩擦磨损的复杂性，探讨了溶胀介质、丙烯腈结合量对丁腈橡胶溶胀老化、力学及摩擦磨损性能的影响，并深入分析了溶胀老化与摩擦磨损后的化学组成、表面结构及分子链变化，明确了溶胀规律、磨损机理，以及溶胀老化与摩擦学性质的交互作用关系。为了综合评价不同因素对橡胶溶胀老化及摩擦磨损作用，构建了螺杆泵定子橡胶摩擦系统。利用人工神经网络对螺杆泵定子橡胶磨损预测进行初步探讨，表明将人工神经网络技术应用于多因素耦合作用下螺杆泵定转子间的摩擦学特性研究的可行性。所获得的结论，为开发经济、可靠、长寿的油井用丁腈橡胶提供实验数据和理论支撑，对螺杆泵定

6、子橡胶合理选择具有指导意义，为今后定子橡胶摩擦学理论系统的建立及新型定子橡胶材料开发奠定基础。关键词：螺杆泵，丁腈橡胶，丙烯腈，溶胀老化，摩擦磨损IIAbstractThescrewpumpiscomposedbymetalrotorandrubberstatormainly.Intheworkprocess,theymakeadynamicsealchamberthattransfertheoiltoground.Duetothecomplicatedproductionconditions,whichisoftenaccompaniedby

7、hightemperature,pressure,sand,gas,H2S,CO2andothercorrosivegas,itmakesadegradationonrubberwearresistanceperformance,andthenaffecttheefficiencyandservicelifeofthescrewpumpwork.AccordingtodifferentproductionconditionstochoosethecorrespondingformulaofNBRisthefoundationinmanufact

8、uringscrewpumpstatorrubber,sotheresearchofstatorrubberformulausingperforman