袁海濱 李 明

中國石油大慶石油管理局 技術(shù)監(jiān)督中心 （黑龍江 大慶 163455）

油田橡膠密封制品質(zhì)量問題探討*

袁海濱 李 明

中國石油大慶石油管理局 技術(shù)監(jiān)督中心 （黑龍江 大慶 163455）

通過分析油田橡膠密封制品質(zhì)量檢測依據(jù)和質(zhì)量現(xiàn)狀，提出了制訂適應(yīng)油田特殊要求的石油行業(yè)系列質(zhì)量標準的建議，并對其主要內(nèi)容和關(guān)鍵指標進行了闡述，以此指標作為組織指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)、質(zhì)量檢測評價、選型應(yīng)用、保養(yǎng)維護等的依據(jù)，可以從根本上解決目前油田橡膠密封制品質(zhì)量方面存在的問題。

橡膠密封制品 質(zhì)量檢測指標 質(zhì)量現(xiàn)狀

橡膠密封制品是指以橡膠為主要材料，用來防止流體或固體微粒從相鄰結(jié)合面間以及外界雜質(zhì)如灰塵、泥沙、水分等侵入的零部件。其常用材料有丁腈橡膠、氟橡膠、硅橡膠、天然橡膠等。按作用分類可分為軸密封、孔密封、防塵密封、導(dǎo)向密封及固定密封等。常用密封制品有O型密封圈、唇型密封圈、密封墊等等。橡膠密封制品廣泛應(yīng)用于油田各個生產(chǎn)領(lǐng)域，如：采油、鉆井、油田測試、油氣集輸?shù)?。具體應(yīng)用于抽油機井口密封、油田用泵密封、井下測試儀器密封、鉆井泵介桿密封等等。油田橡膠密封制品主要以O(shè)型密封圈為主，其材料以丁腈橡膠居多。本文重點探討油田橡膠密封制品的質(zhì)量檢測指標和質(zhì)量現(xiàn)狀，提出規(guī)范此類產(chǎn)品質(zhì)量的方式方法。

1 目前國內(nèi)外橡膠密封制品質(zhì)量檢測和質(zhì)量狀況

目前國家發(fā)布涉及到橡膠密封制品類的國家質(zhì)量標準、化工行業(yè)和機械行業(yè)相關(guān)質(zhì)量標準共80多項。可分為術(shù)語、膠料、外觀質(zhì)量、尺寸公差、試驗方法5大類，其中膠料方面主要有化工行業(yè)標準HG/T 2579-2008《普通密封系統(tǒng)用O型橡膠密封圈膠料》、HG/T 2810《往復(fù)運動橡膠密封圈膠料》、HG/T 2811-1996《旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈橡膠材料》等；外觀質(zhì)量標準有GB/T 3452.2-2007《液壓氣動用O型橡膠密封圈 第二部分：外觀質(zhì)量檢驗標準》、GB/T 15325《往復(fù)運動橡膠密封圈外觀質(zhì)量》等；尺寸公差標準有GB/T 3452.1-2005《液壓氣動用O型橡膠密封圈 第一部分 尺寸系列及公差》、GB/T 3452.3-2005《液壓氣動用O型橡膠密封圈 溝槽尺寸》等，基本涵蓋了除油氣田用橡膠密封制品外的各類橡膠密封制品。

根據(jù)現(xiàn)有資料檢索，國外此類產(chǎn)品的質(zhì)量檢測標準較少，多是些試驗方法類標準，以美國試驗材料學(xué)會標準為主。

我國發(fā)布的橡膠密封制品質(zhì)量檢測指標中，外觀質(zhì)量主要是對成品的飛邊、流痕、雜質(zhì)、錯位、偏移等缺陷的檢查。尺寸公差對于O型圈類主要是其內(nèi)徑和截面直徑及公差，一般采用工具顯微鏡測量。對于膠料的性能指標要求一般為硬度、拉伸強度和拉斷伸長率、壓縮永久變形、熱空氣老化（一般為70℃或100℃）、耐液體（1號、3號標準油，試驗溫度一般為100℃或125℃），脆性溫度（-25℃或-40℃）。由于橡膠密封制品的形狀和尺寸限制，膠料的性能試驗一般采用與產(chǎn)品相同工藝條件下制作硫化樣板，用其制備各項目試樣的方式進行檢測。

依據(jù)和參考現(xiàn)行的國家和行業(yè)標準，對油田橡膠密封制品進行質(zhì)量檢驗，根據(jù)筆者十多年的數(shù)據(jù)積累和對相關(guān)機構(gòu)的調(diào)研，產(chǎn)品的綜合合格率在95%以上。

2 現(xiàn)行質(zhì)量檢測指標應(yīng)用于油田橡膠密封制品的局限性

油田橡膠密封制品通常是油田設(shè)備中的常用限制性部件，其密封性能及使用壽命與油田生產(chǎn)環(huán)境密切相關(guān)。油田橡膠密封制品使用環(huán)境主要有化學(xué)環(huán)境、溫度條件及壓力條件等?；瘜W(xué)環(huán)境主要指密封制品接觸的化學(xué)流體，包括油田中的液體和氣體。常見流體中的基本化學(xué)品有原油、天然氣、冷凝烴、硫化氫及二氧化碳等；二代的化學(xué)物有汽油、噴氣機油、腐蝕抑制劑、污垢抑制劑、表面活性劑、無機鹽類及煤油、甲醇、高級芳香烴等溶劑。溫度條件通常分為3個級別，標準環(huán)境溫度范圍（井口大多數(shù)）為-20～120℃；高溫范圍為 120～180℃；低溫范圍為-60～-30℃。井下壓力條件變化不定，壓力可以逐漸地變化或劇增，驟降在密封件上，以常值或周期性方式。高壓可以造成密封件壽命減短。鉆井高壓可達68.95MPa(10，000psi)以上。隨著現(xiàn)代石油開采技術(shù)的不斷深入，作業(yè)環(huán)境更加苛刻，如氣采中蒸氣噴射溫度高達300℃，三元復(fù)合驅(qū)開采的強堿化學(xué)環(huán)境，超深井開采中的高壓、突然失壓、硫化氫、二氧化碳及各種腐蝕性添加劑對密封制品的質(zhì)量性能都提出了更高的要求。

通過對這些指標的分析研究，在外觀質(zhì)量和尺寸公差方面，現(xiàn)行質(zhì)量檢測指標基本可以滿足油田橡膠密封制品的使用要求。但其通用的質(zhì)量指標都是膠料自身的物理機械性能，不能滿足油田生產(chǎn)工礦環(huán)境條件對于橡膠密封制品質(zhì)量的要求。依據(jù)這些指標組織生產(chǎn)的橡膠密封制品，即便是合格產(chǎn)品，也難以滿足油田生產(chǎn)的需要，可能因質(zhì)量問題造成安全事故、質(zhì)量事故等，會影響油田生產(chǎn)建設(shè)。

分析現(xiàn)行的橡膠密封制品質(zhì)量指標，應(yīng)用于油田的主要局限是：

（1）檢驗項目少。常規(guī)的物理機械性能指標，一般產(chǎn)品都可以達到，不能體現(xiàn)產(chǎn)品的整體和綜合水平。油田橡膠密封制品的配方設(shè)計、工藝控制、制造技術(shù)、特殊性能都無法得到驗證。

（2）技術(shù)指標偏低?，F(xiàn)行標準中的相關(guān)指標，多屬于正常膠種普通配方的中限甚至低限數(shù)值。依據(jù)現(xiàn)行標準進行檢測，90%以上為合格產(chǎn)品，應(yīng)用于現(xiàn)場工況卻反映出較大的質(zhì)量差異。

（3）試驗方法受產(chǎn)品尺寸限制,存在與產(chǎn)品偏差較大的可能。由于是采用產(chǎn)品工藝條件單獨制備試樣膠片,難免與實際產(chǎn)品性能產(chǎn)生偏差,密封制品又多為單件加工生產(chǎn),每件產(chǎn)品之間往往也存在質(zhì)量差異。

（4）缺少模擬使用性能的試驗項目，橡膠密封制品隨所用場所或在機械上的位置，一般處于動態(tài)環(huán)境中，僅靠物理機械性能指標檢驗，根本不能反映產(chǎn)品的實際質(zhì)量狀況和失效壽命。

（5）由于油田生產(chǎn)和礦場機械的特殊性，現(xiàn)行指標還無法涵蓋各類產(chǎn)品，一些油田特殊密封制品無標可依，如注水泥膠塞、抽油機盤根等。

3 解決油田橡膠密封制品質(zhì)量和檢測指標問題的探討

使用現(xiàn)行標準作為油田橡膠密封制品生產(chǎn)、檢驗、使用的依據(jù)，具有難以克服的局限，特別是“合格的產(chǎn)品在油田現(xiàn)場使用壽命短、性能達不到要求”的問題。因此，我們認為，要提高油田橡膠密封制品的產(chǎn)品質(zhì)量水平，首先應(yīng)該制訂和完善產(chǎn)品和試驗方法標準，應(yīng)該以現(xiàn)行的國家標準和化工行業(yè)標準、機械行業(yè)標準為依據(jù)，充分考慮油田生產(chǎn)工礦和礦場機械特性等要求，借鑒國際標準和國外先進標準，起草包括名詞術(shù)語、尺寸與公差、試驗方法、密封制品、使用保養(yǎng)等內(nèi)容的質(zhì)量檢測標準或系列標準，用以組織指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)、質(zhì)量檢測評價、選型應(yīng)用、保養(yǎng)維護等環(huán)節(jié)，從而在根本上解決現(xiàn)存的問題。質(zhì)量檢測標準的制定應(yīng)突出以下幾方面內(nèi)容：

（1）對油田橡膠密封產(chǎn)品的膠料性能根據(jù)使用環(huán)境進行細化分類，如耐油、耐酸堿、耐高低溫、耐壓等類別。也可根據(jù)膠料性能分類，如丁腈橡膠制品、天然橡膠制品、聚氨酯橡膠制品、氟橡膠制品等。

（2）根據(jù)類別完善檢驗項目，有針對性地增加反映特殊性能的項目，如耐高溫制品，其相應(yīng)的試驗溫度要提高、試驗周期要加長；耐化學(xué)溶劑制品，試驗介質(zhì)要模擬現(xiàn)場情況，選用多種典型化學(xué)劑進行試驗，等等。

（3）增加動態(tài)性能或模擬工況試驗，借鑒一些臺架試驗等方式，對密封制品進行密封性能、動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變性能試驗、應(yīng)力松弛和蠕變試驗、疲勞試驗、氣候老化試驗、加速壽命試驗及腐蝕性能的試驗項目，通過這些試驗數(shù)據(jù)，全面評價產(chǎn)品性能。

（4）提高膠料的物理機械性能指標，在現(xiàn)行標準的基礎(chǔ)上，根據(jù)使用需求和試驗結(jié)果，對相應(yīng)指標進行20%～50%的提高。

（5）對油田橡膠密封制品的分類、技術(shù)參數(shù)表征、標志等制訂統(tǒng)一要求，規(guī)范產(chǎn)品名稱。

（6）規(guī)范油田橡膠密封產(chǎn)品的安裝、維護、保養(yǎng)等現(xiàn)場操作，確定運輸、貯存等要求。

綜上所述，通過制訂、完善油田橡膠密封制品系列質(zhì)量檢測標準，規(guī)范產(chǎn)品的生產(chǎn)運輸使用，促進產(chǎn)品質(zhì)量和使用管理水平的提高，從而增加產(chǎn)品使用壽命，減少停機更換維修次數(shù)和時間，降低安全質(zhì)量事故的發(fā)生，將帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，提升中國石油產(chǎn)品質(zhì)量管理水平。

Through the analysis of quality detection basis and quality status of robber seal products in oilfields,some suggestions are put forward about how to establish petroleum industrial series quality standards adapting to oilfield special requirements.Meanwhile, an explanation focuses on the main contents and key indicators of standards.If these indicators are used as the basis of product production instruction,assessment of quality detection,application of type selection,and maintenance,then present problems in quality aspects of oilfield robber seal products can be thoroughly solved.

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*本文獲2011年石油工業(yè)質(zhì)量學(xué)術(shù)論文二等獎

袁海濱（1973-），女，現(xiàn)主要從事標準化管理工作。

尉立崗

2011-08-20