Oil swelling

Hay muchos factores que pueden afectar el potencial de un elastómero para resistir la hinchazón (swelling) en un tipo específico de fluido. Estos pueden incluir, pero no se limitan a, la estructura química del polímero base, la densidad de reticulación del caucho curado y los tipos y cantidades de carga. Aunque hay muchas empresas que fabrican tipos similares de caucho e ingredientes de caucho, se puede suponer que en este estudio y, para todos los propósitos prácticos, se puede esperar que materiales similares interactúen con los fluidos de prueba de manera similar. Por ejemplo, los materiales SBR fabricados por diferentes empresas que son similares en contenido de estireno y peso molecular pueden considerarse iguales para su uso en este estudio. De manera similar, las reservas de caucho de nitrilo con contenidos de acrilonitrilo similares y pesos moleculares similares también pueden considerarse iguales. Sin embargo, existen diferencias en la fabricación de polímeros y puede haber diferencias en los datos de hinchamiento incluso entre materiales similares. Por lo tanto, los datos de prueba producidos en este estudio son específicos solo para aquellos elastómeros y materiales utilizados en la producción de muestras de prueba. La selección de elastómeros para su uso en este estudio se basó en la selección de materiales con atributos químicos diferentes. Por ejemplo, los materiales de butilo se seleccionaron basándose en las diferencias en la insaturación en la cadena principal de la cadena del polímero, así como en las diferencias en la halogenación del caucho de butilo (por ejemplo, elastómeros de bromobutilo y clorobutilo). Los elastómeros de nitrilo se seleccionaron para representar una amplia base de cauchos de butadieno-acrilonitrilo que van desde un contenido de acrilonitrilo bajo hasta un contenido de acrilonitrilo muy alto. La selección de cauchos de silicona se basó en variaciones en la sustitución colgante de grupos metilo, etilo o fenilo en el esqueleto de silicona. Los polietilenos clorados se eligieron basándose en el contenido de cloro del caucho base. Se eligieron otros materiales utilizando criterios de selección similares a los indicados en los ejemplos anteriores. En todos los casos, los materiales de caucho se formularon utilizando solo los ingredientes necesarios para producir una red curada o para proporcionar un refuerzo como en los casos en que se ha agregado negro de humo. No se utilizaron plastificantes en ninguna formulación de compuestos debido a la naturaleza inherente de estos materiales de bajo peso molecular que se extraen en presencia de otros fluidos refrigerantes de bajo peso molecular. Por otro lado, se añadió negro de carbón a los elastómeros base en algunas de las formulaciones como relleno de refuerzo. El resultado neto de la adición de una carga de refuerzo a un elastómero base es un aumento en el módulo o un aumento neto en la densidad de reticulación efectiva. Este fenómeno, en ausencia de disolución, puede conducir a una disminución del hinchamiento del elastómero base.

Hinchazón

Los elastómeros vulcanizados tienen dos propiedades que los distinguen de la mayoría de los otros sólidos típicos: pueden absorber grandes cantidades de disolvente sin disolverse y pueden sufrir grandes deformaciones con las correspondientes tensiones. Debido a la exposición a diferentes productos químicos, las propiedades de los elastómeros sufren cambios. Uno de los efectos más comunes es la hinchazón física debido a la presencia de la estructura de malla reticulada. Dependiendo del elastómero base y del líquido de hinchamiento, el grado de hinchamiento varía de insignificante o leve a grados bastante grandes de hinchamiento en unos pocos cientos por ciento. 100% de hinchamiento significa un aumento del peso de la muestra de caucho en un 100%. Los fluidos de hinchamiento interactúan con los ingredientes químicos contenidos en los elastómeros y por tanto afectan las propiedades mecánicas o de procesamiento del elastómero. La hinchazón de los elastómeros se puede utilizar para un simple aumento de volumen o para efectos funcionales como la autocuración. Los elastómeros exhiben un cambio dinámico en volumen y espesor cuando se exponen a un medio de hinchamiento: agua, aceite o ácidos / bases.

Hinchamiento de elastómeros

El hinchamiento de elastómeros es generalmente indeseable. Sin embargo, como los elastómeros pueden hincharse de manera controlada en diversos grados en fluidos selectivos, este efecto también se puede utilizar en algunas aplicaciones industriales; por ejemplo, como sellos hinchables que se emplean con éxito para mejorar la recuperación de petróleo a través de un cierre de fluidos de costo relativamente bajo, pero a largo plazo y efectivo, perforación con bajo balance, pantallas de arena, sellos sin cemento, aislamiento zonal, etc. Un empacador es un dispositivo de sello mecánico que se usa en el fondo del pozo de petróleo para bloquear el flujo de fluidos a través del espacio anular entre la tubería de perforación y la pared del pozo. El empaquetador consta de una serie de tubos rodeados por el elemento de sellado del embalaje: un componente de goma que se expande mecánicamente para bloquear el espacio anular y permitir que los fluidos fluyan solo a través del tubo cerrado. Los envasadores se clasifican según su función, configuración y método de fraguado. Algunos empacadores mecánicos están diseñados para ser recuperados del pozo y reacondicionados para múltiples usos.

Los sellos hinchables se pueden dividir en 3 tipos:

Hinchazón por agua: capaz de hincharse en vapor de agua, donde el tiempo y el volumen de inflado dependen de la temperatura y salinidad del agua; la tasa de hinchamiento es más rápida a temperaturas más altas y salinidades más bajas;

Hinchazón del aceite: la hinchazón ocurre con un proceso de absorción de la difusión de condensado y gas; el tiempo y el volumen de hinchamiento están regulados por la temperatura y la composición de los hidrocarburos; la tasa de hinchamiento es más rápida a temperaturas más altas y en hidrocarburos más ligeros;
Hinchamiento híbrido: combinaciones de elastómeros capaces de hincharse en soluciones a base de hidrocarburos o agua.

Los elastómeros que se hinchan con agua funcionan según el principio de un gradiente de difusión, un proceso que estimula el movimiento de las moléculas de agua a través de un gradiente, donde existe una diferencia en la salinidad a ambos lados del gradiente. Los elastómeros hinchables del petróleo funcionan según el principio de absorción y disolución. La velocidad de hinchamiento y los aumentos de volumen están directamente relacionados con la composición y características del aceite. La gravedad específica del aceite juega un papel importante, pero otras cualidades del aceite también pueden afectar el comportamiento de hinchamiento El sello de goma se enrolla en el tubo con el peso, grado y conexión especificados por la construcción del orificio. La longitud del sello está determinada por la presión diferencial requerida, la temperatura del pozo y la aplicación. Los anillos de extremo de metal sólido están unidos al tubo base y guían el elastómero a la posición correcta en el pozo. Es fundamental para la función de los anillos de los extremos que ayudan a concentrar las fuerzas de sellado generadas por el hinchamiento del elastómero. Los anillos de los extremos sostienen el elastómero, lo que da como resultado un sello anular hidráulico. Los empacadores inflables pueden tener valores de presión de hasta 68,95 MPa (10 000 psi). Los sellos Swell se utilizan con éxito debido a su facilidad de diseño y fabricación, la simplificación de la carrera en los pozos, el espaciado y el ajuste, especialmente cuando se requiere una gran cantidad de sellos, la capacidad de adaptarse a superficies irregulares de pozos abiertos y los bajos costos en comparación con los empacadores convencionales. mecánica.

Efecto de los rellenos

Cuando un polímero reticulado con diferente concentración de cargas reforzantes y no reforzantes se pone en contacto con un solvente, la malla absorbe una cierta cantidad de líquido en un grado también determinado por la presencia de relleno y por las interacciones polímero-relleno. Una reducción de la adsorción puede ocurrir comúnmente al aumentar la concentración de la carga, ya que cada partícula de la carga actúa como un obstáculo para la difusión del líquido. A medida que aumenta la concentración de relleno en la matriz de caucho, se crean más y más obstáculos para las moléculas de difusión y, por lo tanto, se reduce la cantidad de disolvente penetrante.