О ПРИМЕНЕНИИ ПОЛИУРЕТАНОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ В КОНСТРУКЦИЯХ ГИДРОЦИЛИНДРОВ НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ON THE USE OF POLYURETHANE SEALS IN THE DESIGNS OF HYDRAULIC CYLINDERS OF OILFIELD EQUIPMENT

Vladimir Dudintsev

Chief designer, JSC «Research and Production Enterprise «Sibtechnocenter», Russia, Tyumen

Аннотация. В статье содержится краткая информация о свойствах полиуретана. Показана эффективность и экономичность использования полиуретановых уплотнений в конструкции гидроцилиндра.

Abstract. The article contains brief information about the properties of polyurethane. The effectiveness and efficiency of using polyurethane seals in the design of a hydraulic cylinder is shown.

Ключевые слова: полиуретан; резина; уплотнение; гидроцилиндр; превентор; износостойкость; экономический эффект.

Keywords: polyurethane; rubber; seal; hydraulic cylinder; preventer; wear resistance; economic effect.

Современные технологии нефтедобычи предъявляют повышенные требования к нефтепромысловому оборудованию и возникает потребность в применении износостойких уплотнительных элементов, работающих в абразивных средах, при высоких давлениях и экстремальных температурах.

Классические уплотнительные материалы не всегда удовлетворяют требованиям отрасли, современная химическая промышленность предлагает полиуретан – конструкционный, пластичный материал, который существует в разных формах. Он может быть жестким или мягким и находит применение в строительной сфере, в автомобильной, авиационной, горнодобывающей промышленности, используется в электротехническом и электронном оборудовании, в медицине [1].

Благодаря своим особенным эксплуатационным свойствам, полиуретан широко применяется в машиностроении, где необходимы такие свойства, как износостойкость, устойчивость к истиранию, к химическому воздействию и воздействию масел.

Полиуретан имеет ряд преимуществ в сравнении с резиной: эластичность (относительное удлинение при разрыве в 2 раза больше), низкая истираемость (условная износостойкость в 3 раза выше), высокая прочность (превышает прочность резины в 2,5 раза), высокое сопротивление раздиру и многократным деформациям, возможность работы при высоком давлении, кислотостойкость и стойкость ко многим растворителям, расширенный диапазон твердости (от 40 до 95 единиц Шор А), стойкость к микроорганизмам и плесени, упругость при низких температурах. Прочность связи полиуретан-металл значительно выше, чем в аналогичных резинометаллических соединениях. Полиуретан имеет широкую цветовую гамму и практически не подвержен старению, не меняет своих характеристик в течение всего срока службы. Полиуретан можно подвергать механической обработке (сверление, точение, фрезерование), как на универсальных станках, так и на станках с ЧПУ. К недостаткам этого полимера относят медленную релаксацию и трудности с переработкой отходов [2, 3].

Полиуретан используют при производстве опорных элементов, уплотнительных колец, гидравлических манжет, покрытий валов, колёс, роликов и других деталей.

Рисунок 1. Изделия из полиуретана

Физико-механические свойства наиболее известных марок полиуретана и резины представлены в таблице1.

Таблица 1.

Физико-механические свойства уплотнительных материалов [4]

Значимым элементом гидравлического нефтепромыслового оборудования является гидроцилиндр. Далее приводится пример использования полиуретановых уплотнений в конструкции гидроцилиндра превентора.

Превентор – рабочий элемент комплекта противовыбросового оборудования, устанавливаемый на устье скважины. Превентор предназначен для перекрытия и герметизации кольцевого зазора между спущенной в скважину обсадной колонной и бурильными трубами или для перекрытия устья скважины при отсутствии в ней бурильных труб.

Рисунок 2. Гидроцилиндр превентора в разрезе

Рисунок 3. Схема установки уплотнения гидроцилиндра

Повышенная износостойкость полиуретановых уплотнений позволяет разработчику снижать требования к чистоте поверхности и точности изготовления сопрягаемых деталей, увеличивать зазор без потери герметичности. Снижение требований к сопрягаемым поверхностям избавляет изготовителя от применения таких трудоёмких технологических операций как: шлифование и полирование, а также облегчает контроль специалистам ОТК.

Данная форма поперечного сечения уплотнения имеет преимущество перед формами сечений стандартных манжет и колец, так как во время работы уплотнения исключается его перекручивание.

Рассматриваемое уплотнение, в отличие от воротниковых манжет, является уплотнением двустороннего действия, что позволяет использовать одно уплотнение вместо двух воротниковых манжет и не требует ориентации уплотнения в сторону действующего давления. В результате, появляется возможность снижать толщину поршня и уменьшать габарит изделия.

При модернизации ранее произведённых изделий, сохраняется взаимозаменяемость, так как полиуретановые уплотнения данного сечения пригодны для установки в стандартные уплотнительные канавки гостовских колец и манжет. Теряет свою актуальность применение защитных колец, что сокращает номенклатуру деталей, используемых в сборке и ведёт к экономии времени и средств.

При детальном рассмотрении, полиуретановые уплотнения дороже резиновых, однако экономический эффект от применения полиуретана достигается за счёт низкой истираемости, увеличения длительности межремонтных периодов, экономии при механической обработке сопрягаемых деталей (исключаются шлифование и полирование, расширяются поля допусков), удешевления технологической оснастки (литьевая форма и токарная обработка вместо пресс-формы).

Применение полиуретана в нефтепромысловом оборудовании имеет широкие перспективы. На сегодняшний день ряд высокотехнологичных компаний успешно применяют полиуретан при разработке нефтепромыслового оборудования. Одна из них АО «НПП «Сибтехноцентр» – ведущий российский производитель нефтяного противовыбросового оборудования, использует полиуретановые эластомеры при изготовлении своей продукции [5].