доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
Работа посвящена разработке рецептур и исследованию свойств резиновых смесей и их вулканизатов на основе бутадиен-нитрильных каучуков, предназначенных для эластомерной обкладки статоров винтовых забойных двигателей, широко используемых в системах нефтегазодобычи при бурении скважин. К данному изделию предъявляется комплекс жестких эксплуатационных требований: высокие значения прочности при растяжении, эластичности, сопротивления раздиру, износостойкости, теплостойкости, морозостойкости, а также устойчивости к воздействию буровых жидкостей и углеводородных сред. Одновременно с этим от резиновых смесей требуются особые технологические свойства, обусловленные спецификой изготовления обкладок методом заливки на нагретую внутреннюю металлическую поверхность статора. Ключевыми технологическими требованиями являются низкая вязкость по Муни и длительная устойчивость к преждевременной вулканизации, что позволяет избежать дефектов при формовании изделия большой длины. Обеспечение одновременного выполнения всех перечисленных эксплуатационных и технологических требований представляет собой сложную научно-техническую задачу. В работе исследовано влияние типа каучуковой основы композиций, включая отечественные бутадиен-нитрильные каучуки различных марок с разным содержанием нитрила акриловой кислоты и вязкостью по Муни, а также их комбинации. В составе композиций изучены вулканизующие системы различного состава, а также различные наполнители и их комбинации (технический углерод различной активности, кремнеземный наполнитель). Показано, что оптимальный комплекс свойств достигается при использовании комбинации каучуков, ускорителей серной вулканизации, обеспечивающих продолжительный индукционный период, замедлителей преждевременной вулканизации, и наполнителей, положительно влияющих на износостойкость. Разработанные резиновые смеси демонстрируют низкую вязкость по Муни, высокую устойчивость к преждевременной вулканизации и хороший уровень деформационно-прочностных свойств, что соответствует требованиям, предъявляемым к материалам для эластомерных обкладок винтовых забойных двигателей. Для дальнейших исследований выбраны рецептуры с наилучшим уровнем свойств, которые будут изучены на устойчивость к абразивному износу, действию агрессивных сред и прочность крепления резины к металлу.
This work is devoted to the development of formulations and the study of the properties of rubber compounds and their vulcanizates based on nitrile-butadiene rubbers intended for elastomeric coatings of screw downhole motor stators, which are widely used in oil and gas production systems for well drilling. A number of operational requirements are imposed on this product, including high tensile strength, tear resistance, wear resistance, heat resistance, elasticity, low-temperature resistance, as well as resistance to drilling fluids and hydrocarbon media. At the same time, special technological properties of rubber compounds are required due to the specific manufacturing method of the coating by pouring onto the heated inner metal surface of the stator. The key technological requirements are low Mooney viscosity and high scorch resistance, which makes it possible to avoid defects during the molding of long-length products. Achieving all these operational and technological requirements simultaneously represents a complex scientific and technical challenge. This study investigated the influence of the rubber base type, including domestic nitrile butadiene rubbers of various grades with different acrylonitrile content and viscosity, as well as their combinations. Various curing systems, types of fillers and their combinations were considered. It was shown that an optimal set of properties is achieved using a combination of rubbers, special accelerators providing a long induction period and fillers that positively affect wear resistance. The developed rubber compounds demonstrate acceptable viscosity, high scorch resistance, and a good level of tensile properties, meeting the requirements for elastomeric coating materials for screw downhole motors. Promising formulations have been selected for further research, which will be studied for resistance to abrasive wear, exposure to aggressive environments, and the strength of rubber-to-metal bonding.