表3 腐蚀评价设备
1 相关设备 CORTEST哈氏合金 70Mpa高温高压釜 用途及性能指标 H2S分压最高达30Mpa， CO2分压最高达30MPa， 总压60 Mpa，实验温度小于等于350℃ H2S分压最高达25Mpa CO2分压最高达25MPa 总压30Mpa，实验温度小于等于350℃ H2S分压最高达3.5Mpa CO2分压最高达3.5MPa 总压22 Mpa，实验温度小于等于250℃ H2S分压最高达9Mpa CO2分压最高达9MPa 总压9 Mpa，实验温度小于等于250℃ 评价材料在高温和腐蚀环境中的热稳定性、老化程度 模拟腐蚀环境、应力状态下高分子材料\\金属材料的拉伸性能 评价热空气老化（300℃） CORTEST哈氏合金 35MPa高温高压釜 哈氏合金 25MPa高温高压釜 哈氏合金 10MPa高温高压釜 2 3 高温TG （带H2S/CO2环境） CORTEST哈氏合金25MPa高温高压腐蚀环境慢拉伸（压缩）实验机 老化箱 4
1.2.3 性能测试及结构表征
性能测试及结构表征是研究腐蚀机理及开发新材料必备的手段，石油大学的材料中心及腐蚀与防护中心有完备的腐蚀评价与表征设备，如下表。
表4 性能测试及结构表征设备
1. 2. 3. 4. 相关设备 Monsanto T-10电子拉力机 硬度计 交联密度计 红外光谱 用途 高分子材料的拉伸试验，得到其拉伸强度、断裂伸长率 测量高分子材料的硬度 测量高分子材料腐蚀前后交联密度 分子结构动态变化 5. 6. 7. 8. 9. 核磁共振 SEM、 TEM DSC DMA 主链结构、侧基结构变化 微观形貌，元素组成及分布 组织结构 高分子材料玻璃化转变过程、结晶过程 动态力学性能
2、前期在该领域所做的主要工作 2.1 前期实验工作
前期通过原材料改性及配方设计实验，研究了橡胶材料和O形密封圈在不同温度及硫化氢含量的情况下的性能、腐蚀特征及腐蚀机理研究，开发了能满足以下工况的密封材料（具体研究报告略）。
表5 已开展的密封性能要求的模拟工况条件
1 2 3 4 5 6
2.2 在研相关课题
本项目组近年来已经在橡胶原材料的改性、配方研究、腐蚀机理研究和高含硫气田用金属管材的腐蚀评价方面做了很多工作。已经具备了对高含硫气田用橡胶密封材料的腐蚀机理研究和密封制品的开发的能力,对本课题的成功提供了人员、设备及技术上的支撑。
表6 前期相关课题及本课题之间的关系
1 相关研究内容 相关课题 原材料合成、改1．国防基础科研项目：专用橡胶材料微观结构设计与合成；2006-2008 性和配方设计2．国防基础科研项目：专用橡胶材料配方研究；2006-2008 实验温度（℃） 分压力（Mpa） 50 125 150 175 205 205 实验时间（h） H2S：3.5，CO2：3.5 720h H2S：9，CO2：8 720h H2S：3.5，CO2：3.5 720h H2S：9，CO2：8 720h H2S：3.5，CO2：3.5 720h H2S：10，CO2：7 720h 及复合材料研3．海军武器装备部项目：XX专用橡胶材料改进研究；2007-2009 究 2 4．国防科技部跨行业综合技术预研项目：特种橡胶材料的研究；2006-2008 耐硫化氢用橡5．教育部重大项目培育基金项目：高温高压酸性气田用 胶材料腐蚀机橡胶密封材料腐蚀机理研究及开发；2007-2009 理研究 3 海洋平台橡胶6．中海油伊朗彩虹高酸性气田用平台橡胶密封材料腐蚀机理研究；密封材料腐蚀2007-2008 机理研究 4 模拟工况下金7.中石化科技开发部：高含H2S/CO2介质对钻采设备材料性能的影响；属材料研究 2005-2007 8.中石化勘探开发研究院：高含硫气田用油套管钢腐蚀试验研究；2005-2007 9.中原油田研究院：镍基合金抗腐蚀油管腐蚀评价试验；2007-2009 10.胜利油田设计院：普光气田集输系统不锈钢抗硫试验研究；2007-2009 11.中石化物装部、宝钢：G3镍基合金抗腐蚀油管腐蚀评价试验；2007-2010 12.国家安全监督管理局：高含H2S/CO2天然气勘探开发专用管材耐蚀性能 评价规范和方法研究； 13.中石化工程建设部：普光气田集输管线焊接区腐蚀评定研究；2007-2009 14.国家“863”项目：高温高压H2S/CO2气田井下管柱腐蚀与防护技术；2007-2009 3、解决问题的主要研究思路
橡胶密封材料的腐蚀涉及到高温、高压、高酸性及高含硫等苛刻、复杂的极端环境，使得长期服役的橡胶密封材料的分子链结构、交联结构及聚集态结构发生不同程度的破坏，多因素、多水平的交互作用使得橡胶材料腐蚀机理变得极其复杂。但是根据理论分析，可以将高温高压H2S/CO2环境对高分子材料的侵蚀归结为高温高压、高酸性、高含硫和耐油性影响等四个方面的综合作用，各个方面分别对高分子材料的不同层次结构的侵蚀机理的研究分析如下： 3.1高温高压的作用
高分子链中的C－X（C，H，Cl，F等）键在高温高压条件下解离，使分子链断裂或交联，导致强度或弹性下降。 3.2 酸性的作用
橡胶在交联过程中均产生酸性物质，若在强酸性环境中将使交联键重新断裂，使体积膨胀，材料强度急剧下降。 3.3 硫的作用
介质中单质硫在高温高压均裂成自由基或异裂生成硫离子，进攻高分子链上的活泼氢，使分子链产生过度交联，尤其是分子链中含有双键时，该反应极迅速，使材料变硬变脆，发生老化失去弹性。 3.4 油气的作用
橡胶制品与各种油或天然气长期接触时，能渗透到橡胶中，使之膨胀或体积增大；另一方面，油介质可以从硫化胶中抽出可溶性的配合剂（如增塑剂等），导致硫化胶收缩或体积减小。油中的某些添加剂能与橡胶发生化学作用，侵蚀高分子链，特别是在高温下，使橡胶发生化学变化，引起橡胶的交联或降解。当侵蚀严重时，橡胶会失去弹性而变脆或呈树脂状，从而使橡胶制品丧失工作能力。 具体研究思路如图1示。
高温高压 酸性 高含硫 天然气 导致分子链断裂或交联 导致交联键断裂 导致过度交联 导致分子链溶胀或降解 选择键能大的单体作为橡胶的主链结构，提高材料的耐热性和强度 对橡胶表面层进行特殊设计，使橡胶表面变成P-N结，单向阻止H+渗透 通过催化加氢，使橡胶分子主链的双键达到饱和，防止硫的过度交联 选择高极性基团的橡胶，提高材料的耐油性 模拟工况下各影响因素的分析 腐蚀机理的确定
耐腐蚀橡胶密封材料的开发，在基材确定的 条件下优化橡胶配方，并与经过表面处理的 纤维进行复合，制备耐酸/耐热 /耐硫高强度的复合材料 图1 研究方案及技术路线
