橡胶O型圈是当前广泛使用的一种橡胶元件,主要在封隔器、井口装置、压力表等仪器设备中作为密封件。橡胶O型圈密封性能的优劣主要取决于橡胶材料在苛刻腐蚀环境中的耐蚀性能。在高温高压高含量 H2S 和CO2 条件下,液压 O 型圈的密封失效主要表现为橡胶材料的溶胀及老化,从而导致橡胶O型圈形状发生变化,不能恢复原状,橡胶密封圈无弹性,橡胶密封圈与仪器设备之间的弹性接触应力被释放,导致酸性气体泄漏。井筒酸气泄漏将造成井筒环空带压,地面酸性气体泄漏将导致环境污染,严重时甚至造成人员伤亡。目前,对于橡胶O型圈物理机械性能和密封性能的测试仅限于其服役前,而橡胶O型圈服役时常要承受高温、高压、高含酸性介质的腐蚀作用,因此其物理机械性能和密封性能的测试结果仅在完井的初期具有参考价值,而在后期开采中能否可靠服役无参考价值。目前,有关橡胶O型圈的抗酸性介质腐蚀性能的研究鲜见报道,为此,本工作在压力为60 MPa 温度为175 ℃ 气相组成( 体积分数) H2S 20% 、CO2 5%、CH4 75%的苛刻环境中。
在压力为60 MPa 温度为175 ℃ 气相组成( 体积分数) H2S20%、CO2 5%、CH4 75%的苛刻环境中, 通过比较氟碳橡胶、氟硅橡胶和四丙氟橡胶3 种橡胶O型圈经酸性介质腐蚀后的外形尺寸、质量与体积变化率、物理机械性能,研究了3 种橡胶O型圈的抗腐蚀性能。结果表明,酸性介质腐蚀后四丙氟橡胶O型圈的几何尺寸、质量和体积以及邵尔A 硬度的变化率明显低于其余2 种橡胶,腐蚀后拉伸强度和扯断伸长率远大于其余2 种橡胶,说明四丙氟橡胶具有良好的抗酸性介质腐蚀性能;氟碳橡胶和氟硅橡胶在气相、液相腐蚀介质中均出现鼓泡现象,发生塑性变形且溶蚀较严重,四丙氟橡胶在气相腐蚀介质中出现鼓泡现象,而在液相腐蚀介质中未发现鼓泡现象,且在 2 种腐蚀介质中均未出现溶蚀现象。
氟硅橡胶橡胶O型圈的质量变化率最大,氟碳橡胶最小; 液相腐蚀后,仍然是氟硅橡胶橡胶O型圈的质量变化率最大,四丙氟橡胶最小,且远小于其余2 种橡胶; 同时, 3 种橡胶橡胶O型圈气相腐蚀后的质量变化率远小于液相腐蚀后。气相腐蚀后,氟硅橡胶
橡胶O型圈的体积变化率最大; 液相腐蚀后,氟碳橡胶O 型圈的体积变化率最大; 氟碳橡胶气相腐蚀后的体积变化率稍大于液相腐蚀后,氟硅橡胶气相腐蚀后的体积变化率约为液相腐蚀后的2 倍,而四丙氟橡胶O 型圈液相腐蚀后的体积变化率大于气相腐蚀后,腐蚀后四丙氟橡胶橡胶O型圈的质量和体积变化率最小,氟硅橡胶橡胶O型圈变化最大。
在氟碳橡胶、氟硅橡胶、四丙氟橡胶3 种橡胶O型圈中,经气相和液相酸性介质腐蚀后四丙氟橡胶O型圈的几何尺寸、质量和体积以及邵尔A 硬度的变化率均明显低于其余 2 种橡胶,腐蚀后其拉伸强度和扯断伸长率远大于其余 2 种橡胶,四丙氟橡胶具有良好的抗酸性气体腐蚀性能。
b氟碳橡胶和氟硅橡胶在气相、液相腐蚀介质中均出现鼓泡现象,发生塑性变形且溶蚀较严重,四丙氟橡胶在气相腐蚀介质中出现鼓泡现象,而在液相腐蚀介质中未发现鼓泡现象,且在 2 种腐蚀介质中均未出现溶蚀现象。