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随着油田开发的深入，现场分层作业非常频繁，而中原油田的井深、温度高，井下状况恶劣，因此对井下工具密封件的要求也越来越严格，不仅要求密封性能好，而且密封周期长，并且具有耐油、耐温、耐盐的特性。目前油田用封隔器胶筒的指标为耐温130℃、耐压差25MPa，不能满足井下施工的要求。因此需要开发更高性能的胶料配方，制造出性能优良、指标稳定的密封制品，以满足中原油田高温高压高矿化度地层的要求。
本项研究以舟山明日纳米材料有限公司、上海市宇达化工有限公司生产的纳米二氧化硅为对象，开展了将其用作丁腈橡胶(NBR)填料的研究。用硅烷偶联剂KH-550、钛酸酯偶联剂ND2-201和表面活性剂ABS分别对纳米二氧化硅进行改性并填充丁腈橡胶NBR的研究表明，不同改性剂改性二氧化硅对NBR硫化胶物理机械性能的影响程度大小顺序为：硅烷类偶联剂＞钛酸酯类偶联剂＞表面活性剂。因此选用硅烷偶联剂KH-550作为二氧化硅填料的表面改性剂进行二氧化硅填充量与复合材料力学性能间的关系研究，表面改性剂用量为填料量的2％。实验结果表明：纳米二氧化硅填充量为40份时填充效果相对较好，但与其它填料相比，并无价格和补强效果上的优势。对二氧化硅与超耐磨炉黑并用填充NBR进行了实验研究，发现当二氧化硅填充量为15份，高耐磨炉黑用量为35份时复合材料的力学性能最佳，胶料的扯断强度为26.3MPa，扯断伸长率为440％，符合封隔器胶筒所要求的较高的拉伸强度和较大的伸长率。因此选用二氧化硅用量为15份时与高耐磨炉黑并用填充丁腈橡胶，将该胶料在150℃、15MPa、50min的条件下制成封隔器胶筒，室内模拟实验表明：胶筒在140℃、35MPa的压力下，总的油浸疲劳性能试验时间大于48小时，按照Q/SH-1025的规定，达到了标准中的各项性能指标，完全能够满足中原油田高温深井的需要。
本研究从二氧化硅的粒径大小、颗粒形态、填充量等方面对其填充NBR的结果进行了理论分析，对影响复合材料力学性能的因素进行了剖析，对二氧化硅与高耐磨炉黑并用填充NBR的机理进行了探讨，对纳米材料与聚合物的作用机理进行了初步研究，提出了纳米二氧化硅/炭黑并用填充体系的补强模型，较好地解释了为什么纳米二氧化硅/炭黑并用填充体系能够满足油田用橡胶制品的要求。