RU2771158C2 - Filler of hose towed extended antennas and its manufacturing method - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to the technology of manufacturing fillers for geophysical and hydroacoustic devices and extended antennas. A filler of hose towed extended antennas is proposed in the form of a gel-like composition. According to the invention, the composition contains from 94 to 96.84% by wt. of high-boiling paraffin hydrocarbon, from 3.0 to 5.84% by wt. of silicone heat-resistant rubber, from 0.15 to 0.5% by wt. of ethyl silicate-32 and from 0.01 to 0.07% by wt. of the catalyst – tin dicaprilate. A method for manufacturing the specified filler is also proposed. Gel-filled antennas can be used for exploration of oil, gas and other minerals on the offshore shelf, as well as for monitoring the movement of surface and underwater vessels.

EFFECT: low toxicity of the proposed filler and the manufacturability of filling towed antennas.

3 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к технологии изготовления наполнителей геофизических и гидроакустических приборов и протяженных антенн.The invention relates to a technology for manufacturing fillers for geophysical and hydroacoustic instruments and extended antennas.

В настоящее время для разведки месторождений нефти, газа и других полезных ископаемых на морском шельфе применяют морские гибкие протяженные буксируемые антенны (сейсмокосы). Такие антенны также используются для мониторинга движения надводных и подводных судов.At present, marine flexible extended towed antennas (seismic streamers) are used for exploration of oil, gas and other mineral deposits on the sea shelf. Such antennas are also used to monitor the movement of surface and submarine vessels.

Наибольшее распространение получила шланговая технология сейсмокос, которые состоят из набора виброизолирующих секций, соединенных герметичными силовыми электрическими разъемами с рабочими секциями, содержащими гидрофоны, соединенные между собой коммуникационными проводами, силовые тросы, закрепленные к силовым разъемам, и гелеобразный наполнитель внутреннего объема шланга, обеспечивающий передачу акустического сигнала из внешней среды на гидрофоны сейсмокосыThe most widely used seismic hose technology, which consists of a set of vibration-isolating sections connected by sealed power electrical connectors with working sections containing hydrophones interconnected by communication wires, power cables attached to the power connectors, and a gel-like filler of the internal volume of the hose, which ensures the transmission of acoustic signal from the external environment to hydrophones seismic streamers

В ряде патентов (RU 2661305, RU 2650834, RU 2319985, RU 2327620, RU 2668363) на технологию изготовления шланговой буксируемых антенн (стримеров или сейсмокос) ограничиваются указаниями на заполнение их жидкостноподобным наполнителем или гелем без указания их химического состава.In a number of patents (RU 2661305, RU 2650834, RU 2319985, RU 2327620, RU 2668363) for the technology of manufacturing hose towed antennas (streamers or streamers) are limited to indications of filling them with a liquid-like filler or gel without indicating their chemical composition.

В патенте США US 3900543, наиболее близком к предлагаемому решению по технической сущности, предлагается в качестве наполнителя термопластичный уретановый полимер на основе метилен-бис-4-фенилдиизоцианата, отвержденный эфирами политетраметиленовым гликолем. Для придания плотности наполнителя менее 1 кг/дм³ в наполнитель на стадии его изготовления введены полые микросферы, наполненные газом.US Pat. No. 3,900,543, which is closest to the proposed technical solution, proposes as a filler a thermoplastic urethane polymer based on methylene bis-4-phenyl diisocyanate cured with polytetramethylene glycol ethers. To make the density of the filler less than 1 kg/dm3, hollow microspheres filled with gas ^are introduced into the filler at the stage of its manufacture.

Уретановый полимерный наполнитель, изготовленный в отдельном аппарате смешением метилен-бис-4-фенилдиизоцианата, политетраметиленгликоля и газонаполненных микросфер, экструдируют во внутреннюю полость антенны насосом под давлением 300 фунтов на квадратный дюйм (2,1 МПа).The urethane polymer fill, made in a separate apparatus by mixing methylene bis-4-phenyl diisocyanate, polytetramethylene glycol and gas-filled microspheres, is extruded into the internal cavity of the antenna with a pump at a pressure of 300 psi (2.1 MPa).

Предложенный в прототипе полимерный наполнитель имеет ряд недостатков:Proposed in the prototype polymer filler has a number of disadvantages:

Использование токсичного изоцианата, т.к. все вещества, имеющие в своем составе изоцианатные группы относятся к 1 или 2 классу опасности.Use of a toxic isocyanate, as all substances containing isocyanate groups belong to hazard class 1 or 2.

Введение газонаполненных микросфер усложняет технологию изготовления наполнителя требующего специальных мероприятий по устранению сепарирования микросфер, ухудшающего параметры акустических пьезодатчиков и приводящего к неравномерности плавучести секций и, как следствие, к увеличению «шумности» сейсмокосы при эксплуатации.The introduction of gas-filled microspheres complicates the manufacturing technology of the filler, which requires special measures to eliminate the separation of microspheres, which worsens the parameters of acoustic piezoelectric sensors and leads to uneven buoyancy of the sections and, as a result, to an increase in the “noise” of the seismic streamer during operation.

Исходная вязкость известного заполнителя при приготовлении значительно выше, чем у жидкостноподобных наполнителей, требует применения значительного избыточного давления для закачки наполнителя во внутренний объем секции, что существенно увеличивает время заполнения секций и может привести к аварийным деформациям изделия в целом.The initial viscosity of the known filler during preparation is much higher than that of liquid-like fillers, it requires the use of significant excess pressure to pump the filler into the internal volume of the section, which significantly increases the filling time of the sections and can lead to emergency deformations of the product as a whole.

Задачей предлагаемого нами изобретения является создание наполнителя для морских гибких протяженных буксируемых антенн (сейсмокос), обеспечивающих простоту и безопасность заполнения протяженных (более 100-150 м) секций с последующим его превращением в не текучий гель, обеспечивающий равномерную по длине нейтральную плавучесть секции. Кроме того, в отличие от прототипа при повреждении наружной оболочки исключается его разлив в акватории.The objective of our invention is to create a filler for marine flexible extended towed antennas (seismic streamers), which ensure the simplicity and safety of filling extended (more than 100-150 m) sections with its subsequent transformation into a non-flowing gel, providing a neutral buoyancy of the section uniform along the length. In addition, unlike the prototype, if the outer shell is damaged, its spill in the water area is excluded.

Для решения поставленной задачи разработана новая рецептура гелеобразного наполнителя: а именно наполнитель шланговых буксируемых протяженных антенн, содержащий реагенты в составе: углеводород - от 94 до 97%, каучук СКТ - от 3,0 до 6,0%, этилсиликат - от 0,15 до 0,5% и катализатора от 0,01 до 0,07.To solve this problem, a new formulation of a gel-like filler has been developed: namely, a filler for hose towed extended antennas containing reagents in the composition: hydrocarbon - from 94 to 97%, SKT rubber - from 3.0 to 6.0%, ethyl silicate - from 0.15 up to 0.5% and catalyst from 0.01 to 0.07.

Наилучший результат получается, если в качестве углеводорода используют высококипящий углеводород общей формулой от C₈H₁₈ до C₂₁H4₄ в виде индивидуальных парафинов (алканов) или различных нефтяных фракций (керосин, дизельное топливо), а также в виде смеси парафинов нормального или изостроения.The best result is obtained if a high-boiling hydrocarbon with the general formula from C ₈ H ₁₈ to C ₂₁ H4 ₄ is used as a hydrocarbon in the form of individual paraffins (alkanes) or various oil fractions (kerosene, diesel fuel), as well as in the form of a mixture of paraffins of normal or iso structure .

Также предложен способ изготовления наполнителя шланговых буксируемых протяженных антенн, включающий изготовление «пластифицированной композиции», в котором новыми являются следующие операции, а именно: в жидком высококипящем углеводороде последовательно растворяют высокомолекулярный диметилсилоксановый каучук марки СКТ, металлорганический катализатор - например, диэтилдикаприлат олова, и сшивающий агент полиэтоксисилоксан - этилсиликат-32; полученный жидкий раствор с помощью специальной оснастки не позднее, чем в течении 12 часов закачивают в подготовленные секции шланговых буксируемых протяженных антенн, в которых он полимеризуется в течении 24 до состояния геля.Also proposed is a method for manufacturing a filler for hose towed extended antennas, including the manufacture of a “plasticized composition”, in which the following operations are new, namely: high-molecular-weight dimethylsiloxane rubber of the SKT brand, an organometallic catalyst, for example, tin diethyldicaprylate, and a cross-linking agent are successively dissolved in a liquid high-boiling hydrocarbon polyethoxysiloxane - ethyl silicate-32; The resulting liquid solution, using special equipment, is pumped into the prepared sections of towed extended hose antennas no later than within 12 hours, in which it polymerizes for 24 hours to a gel state.

Температуру растворения компонентов для изготовления наполнителя в жидкой фазе можно варьировать от 15°С до 60°С.The dissolution temperature of the components for the manufacture of the filler in the liquid phase can be varied from 15°C to 60°C.

Технический результат от использования изобретения заключается в малой токсичности наполнителя, технологичности заполнения буксируемых антенн и в вязкоупругих свойствах полимеризованного геля, который без потерь обеспечивает передачу акустического давления на гидрофоны сейсмокомы, и в то же время существенно увеличивает диссипативные потери при распространении структурной помехи вдоль шланга по элементам конструкции сейсмокосы.The technical result from the use of the invention lies in the low toxicity of the filler, the manufacturability of filling towed antennas and in the viscoelastic properties of the polymerized gel, which ensures the transmission of acoustic pressure to the hydrophones of the seismocoma without loss, and at the same time significantly increases dissipative losses during the propagation of structural interference along the hose along the elements seismic streamer structures.

Достижение технического результата достигается тем, что гель является малотоксичной композицией (3 класс опасности). Благодаря относительно малой плотностью - 780-850 кг/м³, гель обеспечивает нейтральную плавучесть в морской воде шланговых буксируемых антенн.The achievement of the technical result is achieved by the fact that the gel is a low-toxic composition (hazard class 3). Due to its relatively low density - 780-850 kg/m ³ , the gel provides neutral buoyancy in sea water towed hose antennas.

Относительно низкая вязкость не отвержденного геля - 10-40 сСт позволяет производить заполнение полостей антенн при низких давлениях. Отвержденный в полостях антенн гель имеет модуль упругости 1,0-1,5 кПа, что обеспечивает целостность антенны при повреждении внешней шланговой оболочки и исключение разлива геля. Высокое удельное объемное электрическое сопротивление полимеризованного геля составляет не менее 10¹⁰ ом×см во всем диапазоне температурной эксплуатации антенны.The relatively low viscosity of the uncured gel, 10-40 cSt, allows the filling of antenna cavities at low pressures. The gel cured in the cavities of the antennas has an elastic modulus of 1.0-1.5 kPa, which ensures the integrity of the antenna in case of damage to the outer hose sheath and the exclusion of a gel spill. The high specific volumetric electrical resistance of the polymerized gel is at least 10 ¹⁰ ohm×cm over the entire range of temperature operation of the antenna.

Пример изготовления геля.Gel preparation example.

В реактор вместимостью 100 дм³, снабженный механической якорной мешалкой, помещают 80 кг углеводорода, которому добавляют от 3 до 6 кг диметилсилоксанового каучука марки СКТ, измельченного до размеров 25-40 мм. Смесь перемешивают при температуре 15-25°С в течение 15-30 часов до полного растворения каучука в углеводороде. Затем к полученному раствору добавляют 5 кг углеводородного раствора, содержащего 150-450 г сшивающего агента - полиэтоксисилоксана (этилсиликата-32) и 10,0-45 г катализатора диэтилдикаприлат олова (ДЭДКО). Образовавшийся раствор охлаждают при перемешивании до минус 10°С в течении 0,5-1,5 часа и сливают в емкость, из которой заполняют подготовленные антенны. В таблице представлены результаты опытов изготовления гелеобразующего наполнителя на основе кремнийорганического каучука с различными углеводородами.In a reactor with a capacity of 100 dm ³ , equipped with a mechanical anchor stirrer, 80 kg of hydrocarbon are placed, to which 3 to 6 kg of dimethylsiloxane rubber of the SKT brand, crushed to a size of 25-40 mm, are added. The mixture is stirred at a temperature of 15-25°C for 15-30 hours until complete dissolution of the rubber in the hydrocarbon. Then, 5 kg of a hydrocarbon solution containing 150-450 g of a cross-linking agent - polyethoxysiloxane (ethyl silicate-32) and 10.0-45 g of a tin diethyl dicaprylate (DEDCO) catalyst are added to the resulting solution. The resulting solution is cooled with stirring to minus 10°C for 0.5-1.5 hours and poured into a container, from which the prepared antennas are filled. The table shows the results of experiments on the manufacture of a gel-forming filler based on silicone rubber with various hydrocarbons.

Как было заявлено, предлагаемый наполнитель имеет следующий состав (рецептуру):As stated, the proposed filler has the following composition (recipe):

каучук СКТ - от 3,0 до 6,0%,SKT rubber - from 3.0 to 6.0%,

катализатора от 0,01 до 0,07%,catalyst from 0.01 to 0.07%,

этилсиликат -от 0,15 до 0,5%,ethyl silicate - from 0.15 to 0.5%,

углеводород - от 94 до 97%.hydrocarbon - from 94 to 97%.

Физико-химические свойства образцов наполнителя, после превращения его в гель соответствуют требованиям для наполнителей протяженных антенн и колеблются в допустимых интервалах:The physicochemical properties of the filler samples, after turning it into a gel, meet the requirements for fillers of extended antennas and fluctuate within acceptable intervals:

- плотностью - 780-850 кг/м³,- density - 780-850 kg / m ³ ,

- вязкость не отвержденного геля - 10-40 сСт,- viscosity of uncured gel - 10-40 cSt,

- модуль упругости 1,0-1,5 кПа,- modulus of elasticity 1.0-1.5 kPa,

- удельное сопротивление отвержденного геля менее 10¹⁰ ом×см.- specific resistance of the cured gel is less than 10 ¹⁰ ohm×cm.

Таким образом, в результате отработки рецептуры наполнителя и технологии его получения показана возможность создания наполнителя для буксируемой антенны, обладающего комплексом свойств, обеспечивающих успешную эксплуатацию протяженных антенн.Thus, as a result of refinement of the filler formulation and technology for its production, the possibility of creating a filler for a towed antenna with a set of properties that ensure the successful operation of extended antennas has been shown.

Claims (4)

1. Наполнитель шланговых буксируемых протяженных антенн в виде гелеобразной композиции, отличающийся тем, что композиция содержит от 94 до 96,84% мас. высококипящего парафинового углеводорода, от 3,0 до 5,84% мас. каучука СКТ, от 0,15 до 0,5% мас. этилсиликата-32 и от 0,01 до 0,07% мас. катализатора – дикаприлата олова.1. Filler hose towed long antennas in the form of a gel-like composition, characterized in that the composition contains from 94 to 96.84% wt. high-boiling paraffinic hydrocarbon, from 3.0 to 5.84% wt. rubber SKT, from 0.15 to 0.5% wt. ethyl silicate-32 and from 0.01 to 0.07% wt. catalyst - tin dicaprylate. 2. Наполнитель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве высококипящего парафинового углеводорода используют высококипящие углеводороды общей формулы от C₈H₁₈ до С₂₁Н₄₄ в виде индивидуальных парафинов или различных нефтяных фракций, а также в виде смеси парафинов нормального или изостроения.2. The filler according to claim 1, characterized in that high-boiling hydrocarbons of the general formula from C ₈ H ₁₈ to C ₂₁ H ₄₄ are used as high-boiling paraffinic hydrocarbons in the form of individual paraffins or various oil fractions, as well as in the form of a mixture of normal or isostructure paraffins . 3. Способ изготовления гелеобразного наполнителя шланговых буксируемых протяженных антенн, отличающийся тем, что в жидком высококипящем парафиновом углеводороде, взятом в количестве от 94 до 96,84% мас. от массы гелеобразной композиции, при температуре от 15 до 60°С последовательно растворяют высокомолекулярный диметилсилоксановый каучук марки СКТ в количестве от 3,0 до 5,84% мас., катализатор - диэтилдикаприлат олова в количестве от 0,01 до 0,07% мас. и сшивающий агент этилсиликат-32 в количестве от 0,15 до 0,5% мас.; 3. A method of manufacturing a gel-like filler hose towed extended antennas, characterized in that the liquid high-boiling paraffinic hydrocarbon, taken in an amount of from 94 to 96.84% wt. from the mass of the gel-like composition, at a temperature of 15 to 60 ° C, high molecular weight dimethylsiloxane rubber of the SKT brand is successively dissolved in an amount of from 3.0 to 5.84% wt., the catalyst is tin diethyldicaprylate in an amount of from 0.01 to 0.07% wt . and a crosslinking agent ethyl silicate-32 in an amount of from 0.15 to 0.5% wt.; полученный жидкий раствор с помощью специальной оснастки не позднее чем в течение 12 ч после его приготовления закачивают в подготовленные секции шланговых буксируемых протяженных антенн, в которых он полимеризуется в течение 24 ч до состояния геля.The resulting liquid solution is pumped into the prepared sections of towed extended hose antennas with the help of special equipment no later than within 12 hours after its preparation, in which it polymerizes for 24 hours to a gel state.