Способ получения вязкопластичного состава многоцелевого использования

 

Изобретение относится к вязкопластичным материалам и, в частности, может быть использовано в качестве уплотняющего материала для гидрозатвора между подвижными относительно друг друга поверхностями, например, между плунжером и цилиндром, для герметизации сосудов под давлением, для ремонта трещин обсадных колонн и других изделий в нефтегазовой, химической и других отраслях промышленности. Состав, полученный заявленным способом, может быть также использован для очистки трубопроводов от песка и других примесей и для ремонта трещин зданий и асфальтовых покрытий. Сущность изобретения заключается в выборе химического состава, который удовлетворял бы следующим параметрам: рабочий температурный диапазон (-50)-(+120)^oС, перепады давления до 250 атм, нерастворимость в воде, нефти и ее производных, стойкость к кислотам, сохранение вязкопластичных свойств в течение длительного времени, многократность использования в ряде случаев, нетоксичность. Поставленная задача достигается за счет того, что вязкопластичный состав готовят из хлоропреновых каучуков, магнетита и бутилкаучука, которые растворяют в этилацетате и обрабатывают в течение двух-трех часов атомарным кислородом при температуре 60-80^oС, после чего модифицируют йодом и добавляют углеродно-графитовую смесь, которая состоит из мелкодисперсного активированного угля, мелкодисперсного графита и сажи, и одновременно с йодом в смесь добавляют глицерин.

Изобретение относится к области вязкопластичных материалов и в частности может быть использовано в качестве уплотняющего материала для гидрозатвора между подвижными относительно друг друга поверхностями, например между плунжером и цилиндром, для герметизации сосудов под давлением, для ремонта трещин обсадных колонн и других изделий в нефтегазовой, химической и других отраслях промышленностей. Вязкопластичный полимер может быть также использован для очистки трубопроводов от песка и других примесей и для ремонта трещин зданий и асфальтовых покрытий.

Известен вязкоупругий состав многоцелевого назначения [1]. Состав содержит, мас. ч. : полиакриламид 1; бихроматы щелочных металлов 0,125-4; восстановитель 0,25-8; формалин 0,05-3,5; вода 499-3332.

Состав готовят предварительным растворением полиакриламида с последующим введением в раствор бихромата щелочного металла и восстановителя. Состав имеет высокую вязкость и регулируемое время отверждения в температурном интервале от 20 до 90^oС.

Недостатками данного состава являются недостаточная стойкость к нефти и агрессивным кислотным средам из-за щелочной среды самой массы. Также ограничен рабочий температурный диапазон.

Известна углеродная вязкоупругая масса для нефтегазовой и химической промышленности [2] , которую получают из модифицированных фтором хлоропреновых каучуков 65-92 мас.%; модифицированного фтором активированного угля 32,5-5,5 мас. % путем добавления фенолформальдегидных смол 2 мас.% и алифатических и нафтеновых углеводородов 0,5 мас.%.

Недостатком такой массы является недостаточно широкий рабочий температурный диапазон, что сильно ограничивает область ее применения, а также из-за высокого процентного содержания активированного угля проводимость массы 1/R достаточно большое. Этот фактор ограничивает ее применение в местах прокладки электрических сетей и другого электрооборудования.

Известен состав рабочей среды гидрозатвора скважного насоса [3], по технической сущности наиболее близкий к изобретению. Основой рабочей среды является полихлоропреновый каучук 60-70%, в него добавляют магнетит 5-7% в виде коллоидных частиц диаметром 5-10 нм, а также мелкозернистый графит 28-18% и остальное - канифоль. Данный состав можно отнести к классу магнитных жидкостей.

Недостатками такого состава являются: растворимость в нефти, особенно при повышенных температурах, ограниченная область применения. Предлагаемый состав вязкоупругой массы в основном пригоден только для гидрозатвора скважного насоса, для смазки на трущихся поверхностях и герметизации зазора.

Техническая задача заключается в выборе оптимального химического состава вязкопластичного полимера, который бы удовлетворял следующим параметрам: - рабочий температурный диапазон (-50)-(+120)^oС, - перепады давления до 250 атм, - нерастворимость в воде, нефти и производных последних, - стойкость к кислотам, - сохранение вязкопластичных свойств в течение длительного времени, - многократность использования в ряде случаев, - нетоксичность.

Сущность заявленного технического решения сводится к способу получения вязкопластичного состава многоцелевого использования путем взаимодействия хлоропренового каучука и магнетита, при котором 30-55 мас.% хлоропренового каучука растворяют в избытке этилацетата, после чего добавляют 0,5-3 мас.% магнетита и 40-65 мас.% бутилкаучука. Обрабатывают получившуюся смесь в течение двух-трех часов при температуре 60-80^oС атомарным кислородом, после чего модифицируют 0,5-1,5 мас. % иода с одновременным добавлением 0,1-0,5 мас.% глицерина и добавляют 0,5-4 мас.% углеродно-графитной смеси, состоящей из 15-40 мас.% мелкодисперсного активированного угля, 35-50 мас.% мелкодисперсного графита, остальное сажа, после чего вязкопластичный состав в течение 2-3 дней выдерживают при температуре 18-20^oС для завершения процесса полимеризации.

Вязкопластичные свойства полимера можно задавать, варьируя процентными содержаниями йода, бутилкаучука и углеродно-графитовой смеси. Правильность приготовления вязкопластичного полимера контролируется с помощью химических методов анализа и с помощью теоретических расчетов.

Ниже приведены примеры осуществления технического решения согласно настоящему изобретению. В качестве хлоропренового каучука использовали хлоропреновые каучуки марки Butaclor (МС 30, МС 10, SС 202, SС 22, SС 10, SС 132).

Пример 1. Очистка трубы от песка и масляных капель.

Состав получили путем растворения 35 мас.% хлопренового каучука в избытке этилацетата. Добавили 3 мас.% магнетита и 60 мас.% бутилкаучука. Полученную смесь обработали атомарным кислородом в течении 1,5 часа при температуре 80^oС. Модификацию осуществили путем подмешивания спиртового раствора 0,5 мас.% йода, одновременно добавили глицерин в количестве 0,3 мас.%. Смешали с углеродно-графитовой смесью 1,2 мас.%, состоящей из активированного угля 32 мас. %, мелкодисперстного угля 43 мас.%, остальное - сажа. Состав выдерживали 2 дня при температуре 20^oС.

Внутри стальной и изогнутой в нескольких местах трубы внутренним диаметром 30 мм и длиной 7 м находились примеси песка и машинного масла. Изготовленный вышеописанным методом вязкопластичный состав объемом 400 см³ загрузили в начальную часть трубы таким образом, чтобы он полностью закрыл все воздушные пространства отверстия. После этого к этому отверстию трубы подсоединили шланг от компрессора и подали в трубу сжатый воздух. При достижении давления 2 атм (давление контролировалось манометром, установленным на выходе компрессора) состав прошел по всей длине трубы, впитав в себя частицы песка и собрав перед собой все капли масла, находившиеся в трубе, после чего вышел с другого конца трубы. Таким образом труба была очищена от примесей.

В качестве хлоропренового каучука выбран каучук марки Butaclor МС 30.

В описанном примере показана возможность использования вязкопластичного состава в качестве средства очистки изогнутых труб от различных примесей.

Пример 2. Герметизация резервуара.

В качестве хлоропренового каучука выбран каучук Butaclor MC 10.

Состав получили путем растворения 50 мас.% хлоропренового каучука в избытке этилацетата, добавили 0,5 мас.% магнетита и 45 мас.% бутилкаучука. Смесь подвергли обработке атомарным кислородом в течение двух часов при температуре 75^oС. Модифицировали 0,5 мас.% йода, одновременно добавили 0,1 мас. % глицерина, после чего смешали с 3,9 мас.% углеродно-графитовой смеси, состоящей из 30 мас.% мелкодисперсного активированного угля и 40 мас.% мелкодисперстного графита, остальное - сажа.

Не до конца заполимеризовавшимся вязкопластичным составом замазали ранее обнаруженную трещину в резервуаре емкостью 1000 л для хранения дизельного топлива. В течение двух дней при температуре 18-19^oС процесс полимеризации полностью завершился и полимер затвердел, после чего резервуар заполнили полностью дизельным топливом. Утечка топлива в месте, где ранее была трещина не обнаружена.

Описанный пример показывает возможность использования вязкопластичного состава в качестве герметизирующего материала.

Таким образом, техническое решение согласно настоящему изобретению позволяет использовать вязкопластичный состав не только в агресивных условиях нефтедобычи благодаря отсутствию щелочной среды, не ограничивает его использование в местах с наличием электрооборудования из-за пониженного содержания активированного угля, а также позволяет использовать его для очистки трубопроводов для надежной герметизации трещин в резервуарах, зданиях, асфальтовых покрытиях, в качестве уплотнения между подвижными плоскостями.

Источники информации 1. Патент РФ 1694859 А1, Е 21 В 33/138. Вязкоупругий состав многоцелевого назначения, 1989 г.

2. Заявка РФ 2000120653. Углеродная вязкоупругая масса для нефтегазовой и химической промышленности, приоритет от 08.08.2000 г.

3. Авторское свидетельство СССР 1794201. Состав рабочей среды гидрозатвора скважинного насоса, F 04 В 47/00.

Формула изобретения

Способ получения вязкоспластичного состава многоцелевого использования путем взаимодействия хлоропренового каучука и магнетита, отличающийся тем, что 30-55 мас.% хлоропренового каучука растворяют в избытке этилацетата, после чего добавляют 0,5-3 мас.% магнетита и 40-65 мас.% бутилкаучука и обрабатывают получившуюся смесь в течение двух-трех часов при температуре 60-80°С атомарным кислородом, после чего модифицируют 0,5-1,5 мас.% иода с одновременным добавлением 0,1-0,5 мас.% глицерина и добавляют 0,5-4 мас.% углеродно-графитовой смеси, состоящей из 15-40 мас.% мелкодисперсного активированного угля, 35-50 мас.% мелкодисперсного графита, остальное сажа, и после чего вязкопластичный состав в течение двух-трех дней выдерживают при температуре 18-20°С для завершения процесса полимеризации.