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1、10申请公布号CN104246123A43申请公布日20141224CN104246123A21申请号201380020416322申请日2013022161/601,44520120221USE21B43/12200601E21B4/0220060171申请人斯伦贝谢控股有限公司地址英国维尔京群岛72发明人S孟PT卡里沃74专利代理机构永新专利商标代理有限公司72002代理人周家新蔡洪贵54发明名称纤维增强弹性体定子57摘要这里公开的实施例涉及一种用于形成定子或其一部分的复合物。该复合物包括可固化弹性体；纤维、纤维状化合物；纤维分散化合物；以及可选的炭黑。30优先权数据85PCT国际申请进入。
2、国家阶段日2014101686PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0270982013022187PCT国际申请的公布数据WO2013/126546EN2013082951INTCL权利要求书3页说明书9页附图6页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书9页附图6页10申请公布号CN104246123ACN104246123A1/3页21一种用于形成定子或其一部分的复合物，包括可固化弹性体；纤维，其中，复合物包括大约05到大约18PHR的纤维，其中，PHR被定义为占每百份可固化弹性体的份数；纤维分散化合物，其选自以下组固体纤维分散化合物、液体纤维分散化合物。
3、或它们的混合物；以及炭黑。2权利要求1的复合物，其中，纤维分散化合物包括固体纤维分散化合物，该固体纤维分散化合物包括纳米或微米尺寸的球形结构。3权利要求1的复合物，其中，固体纤维分散化合物包括非晶态二氧化硅、水合硅酸铝、硅铝酸盐、硅酸镁、煤灰以及二氧化硅粉末中的至少一种。4权利要求1的复合物，其中，固体纤维分散化合物包括平均粒子尺寸在大约30NM到大约300NM的范围内且表面积在大约10M2/G到大约30M2/G的范围内的非晶态二氧化硅。5权利要求1的复合物，其中，液体纤维分散化合物包括液体聚合物、加工助剂、石蜡以及塑化剂中的至少一种。6权利要求15中任意一项的复合物，其中，该复合物包括大约1。
4、到大约18PHR的纤维。7权利要求15中任意一项的复合物，其中，该复合物包括大约125到大约175PHR的纤维。8权利要求17中任意一项的复合物，其中，该纤维包括碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、热塑性纤维、天然纤维、金属纤维以及合成纤维中的至少一种。9权利要求18中任意一项的复合物，其中，该纤维包括芳纶纤维。10权利要求19中任意一项的复合物，其中，可固化弹性体包括NBR、HNBR、FKM、FEPM以及FFKM中的至少一种。11权利要求110中任意一项的复合物，其中，可固化弹性体包括NBR和HNBR中的至少一种，并且门尼粘度在121下ML14在大约20到大约120的范围内。12权利要求11。
5、1中任意一项的复合物，其中，该复合物包括大约75到大约99WT的可固化弹性体；大约125到大约175PHR的芳纶纤维；大约05到大约15PHR的非晶态二氧化硅；大约10到大约100PHR的炭黑。13一种形成定子或其一部分的方法，包括将可固化弹性体、纤维、纤维分散化合物以及炭黑混合以形成权利要求112中任意一项的可固化复合物；将可固化复合物放置在模具中；使可固化复合物固化，以形成具有随机分散的纤维的定子衬管或定子衬管的一部分。14权利要求13的方法，其中，该混合包括将可固化弹性体与包括纤维和纤维分散化合物的预分散物混合。15一种用于螺杆式钻井马达中的定子，包括权利要求书CN104246123A2。
6、/3页3定子衬管，其包括至少一个弹性体层，所述弹性体层包括权利要求112中任意一项的复合物或者其反应产物。16一种钻井马达，包括定子和转子，所述转子配置成当钻井液通过马达时偏心旋转；其中，定子包括定子衬管，所述定子衬管包括至少一个弹性体层，弹性体层包括权利要求112中任意一项的复合物或者其反应产物。17一种钻井组件，包括钻井马达，钻井马达包括定子和转子，所述转子配置成当钻井液通过马达时偏心旋转，定子和转子均具有近端和远端，其中，定子包括定子衬管，定子衬管包括至少一个弹性体层，弹性体层包括权利要求112中任意一项的复合物或者其反应产物；直接或间接地连接到转子的远端的马达输出轴；以及直接或间接地连。
7、接到马达输出轴的远端的钻头。18一种穿过地下地层钻井的方法，该方法包括使钻井液通过权利要求17的钻井组件。19一种用于形成用于油田产品、例如密封件或定子衬管中的纤维增强弹性体部件的复合物，该复合物包括可固化弹性体；纤维，其中，该复合物包括大约05到大约18PHR的纤维，其中，PHR被定义为占每百份可固化弹性体的份数；纤维分散化合物，其选自以下组固体纤维分散化合物、液体纤维分散化合物或它们的混合物。20权利要求19的复合物，其中，纤维分散化合物包括固体纤维分散化合物，该固体纤维分散化合物包括纳米或微米尺寸的球形结构。21权利要求19的复合物，其中，固体纤维分散化合物包括非晶态二氧化硅、水合硅酸铝。
8、、硅铝酸盐、硅酸镁、煤灰以及二氧化硅粉末中的至少一种。22权利要求19的复合物，其中，固体纤维分散化合物包括平均粒子尺寸在大约30NM到大约300NM的范围内且表面积在大约10M2/G到大约30M2/G的范围内的非晶态二氧化硅。23权利要求19的复合物，其中，液体纤维分散化合物包括液体聚合物、加工助剂、石蜡以及塑化剂中的至少一种。24权利要求1923中任意一项的复合物，其中，该复合物包括大约1到大约18PHR的纤维。25权利要求1923中任意一项的复合物，其中，该复合物包括大约125到大约175PHR的纤维。26权利要求1925中任意一项的复合物，其中，该纤维包括碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维、玻璃。
9、纤维、热塑性纤维、天然纤维、金属纤维以及合成纤维中的至少一种。27权利要求1926中任意一项的复合物，其中，纤维包括芳纶纤维。28权利要求1927中任意一项的复合物，其中，可固化弹性体包括NBR、HNBR、FKM、FEPM以及FFKM中的至少一种。29权利要求1928中任意一项的复合物，进一步包括炭黑。权利要求书CN104246123A3/3页430一种形成用于油田产品、例如密封件或定子衬管中的纤维增强弹性体部件的方法，包括将可固化弹性体、纤维以及非晶态二氧化硅混合以形成权利要求1929中任意一项的可固化复合物；将可固化复合物放置在模具中；使可固化复合物固化，以形成纤维增强弹性体部件。31权利。
10、要求30的方法，其中，该混合包括使可固化弹性体与包括纤维和纤维分散化合物的预分散物混合。32一种用于油田产品中的纤维增强弹性体部件，包括权利要求1929中任意一项的复合物或其反应产物。权利要求书CN104246123A1/9页5纤维增强弹性体定子技术领域0001这里公开的实施例总体上涉及用在螺杆式钻井马达中的定子。更具体的，这里公开的实施例涉及一种纤维增强定子以及用于形成纤维增强定子的复合物，其中，纤维容易地被结合并且很好地分散在整个弹性体基质中。背景技术0002单螺杆式液压马达和泵通常被用于地下钻井和人工升降应用场合，例如用于油和/或气的勘探。这种马达使用来自钻井液的液压动力为例如钻头组件提。
11、供转矩和旋转动力。虽然井下钻井马达属于单螺杆式马达的一般范畴，但是与用于其它应用的单螺杆式马达和泵相比，它们通常经受更大的工作负荷、温度以及更恶劣的化学和磨蚀环境。因此，对钻井马达部件转子和定子部件的要求通常远超过对其它单螺杆式马达和泵的部件的要求。例如，钻井马达在高达大约200的温度下可能会经受高达1500PSI的压降越过马达从顶部到底部。此外，传统定子的长度可能超过25英尺。在这种长度下，获得合适的加工性能例如流动性用于注射成型弹性体材料变得困难。此外，众所周知的许多复合橡胶在烃类物质中会恶化。0003典型的单螺杆式马达的动力部分包括设置在相应的定子的螺旋腔内部的螺旋转子。当从圆形横截面看。
12、时，典型的定子显示出多个位于螺旋腔中的叶片。在多数传统的单螺杆式动力部分中，转子叶片和定子叶片优选地以干涉配合设置，其中，转子包括的叶片数比定子的少一个。因此，当流体、例如传统的钻井液通过位于转子和定子之间的螺旋空间时，流体的流动驱使转子相对于定子旋转定子例如可以连接到钻柱。转子例如可以通过万向连接和输出轴连接到钻头组件。由此，转子的旋转驱使钻头在井眼中转动。0004传统的包括全为弹性体的螺旋腔部件的定子的一个缺陷在于需要弹性体性能的折衷。一种这样的折衷介于弹性体的弹性刚性和其加工性能在注射成型过程中的其流动性之间。例如，GUO的美国专利NO6,905,319指出“加工性能通常与橡胶的刚性相反。
13、。在注射成型过程中尤其如此通常，更硬的化合物需要更多的加工能量和时间，由此提高了制造成本”第4栏，第412行。虽然使用更硬的弹性体具有潜在的优势，但GUO公开了一种硬度大约为74邵氏硬度A级ASTMD2240的弹性体。GUO给出的教导与本领域传统的观点一致，其建议刚性弹性体例如那些具有大约90邵氏硬度A以及下面更加详细描述的其它机械特性的弹性体由于固有的差的加工性能而不适合用在井下定子中。传统定子中的弹性体材料的硬度邵氏A通常介于6575之间。0005传统定子的一个显著缺陷在于，弹性体螺旋腔部件在转矩负载下发生变形由于弹性体的低刚性。这种变形在定子叶片的空载侧产生间隙，由此使得钻井液从一个空腔。
14、流到下一个空腔而不做任何功即，不会驱使转子旋转。这在本领域中称作“转速下降”。当转矩达到临界水平时，基本上所有的钻井液都会绕过定子叶片并且使转子失速。因此，衬管的挠性可能导致转子和定子之间产生不完全密封使得当转子压缩定子叶片材料时可用转矩发生丢失，由此减少PDM的动力输出。说明书CN104246123A2/9页60006定子还会遇到其它的问题，例如当转子在定子内部旋转时会剪切掉部分的定子叶片。这个过程可以被称作“分离”，且使得转子和定子之间的密封变差并且可能引起PDM失效。衬管膨胀或者热疲劳都会使分离加大。膨胀和热疲劳可能是由于温度升高和暴露于特定的钻井液以及地层流体，还有其它等因素引起的。0。
15、007人们已经进行了各种尝试来提高定子的耐久性和导热特性。例如，TURNER的US6102681描述了在形成螺旋泵或马达的定子的弹性体材料中放置纤维。纤维被布置成在弹性体材料内部形成二维或三维结构。在纤维上涂覆弹性体材料并将它们编织形成织物层或者使纤维形成期望的布置以形成纤维骨架。在形成纤维骨架之后，弹性体接着在热量和压力下被注入到定子中以完成该过程。其它形成具有纤维增强层的定子的过程可以包括US7950914、US7739792、US7517202、US7083401、US6604921、US6183226、US5759019、US20090169404、US20110116959、US20。
16、110116960、US20110116961以及US20030192184等中的一个或多个过程。0008目前为止，纤维增强具有显著的制造困难，因为使用注射成型技术难以达到期望的定子特性，例如由于纤维沉淀或结团，纤维在弹性体基质中的分散性差，当与纤维结合时弹性体复合物的粘性过大即，加工性能差或者是加工窗口非常有限，不适合在为达到期望特性所需的纤维添加量下进行注射成型工艺，以及其它缺点。采用这种工艺，纤维分散性差会破坏弹性组分的静态和动态特性以及性能一致性。由此导致采用注射成型的纤维增强需要额外的高成本和密集劳动制造步骤，例如在模具内部或围绕模具编织或放置纤维或纤维垫，并且在制造过程中，在叶片厚。
17、的部分和薄的部分之间，每单位体积的弹性体的纤维浓度通常会不同这样减少了衬管的机械强度，或者，当手工布置纤维时，叶片厚的部分与薄的部分相比必须涂覆不同数量的纤维层。由于前面提到的原因，纤维增强弹性体定子在商业上并没有取得成功。发明内容0009现在开发出一种新颖的方法，通过注射成型或挤出成型将芳纶纤维或其它纤维散布到弹性体基质中，从而克服了上面提到的一个或多个缺陷。已经发现，通过将纤维和纤维分散化合物、例如非晶态二氧化硅与弹性体材料混合能够获得改善的加工性能以及纤维在整个弹性体基质中的分散。例如，从理论上讲，非晶态二氧化硅的高度的球面几何形状提供了物理上的支承作用，并且由此大大提高了混合物的加工性。
18、能和有限量的纤维的结合以及纤维与弹性体基质的相互作用。0010一方面，这里公开的实施例涉及一种用于形成定子或其一部分的复合物。该复合物包括可固化弹性体、纤维、纤维分散化合物以及炭黑。该复合物包括大约05到大约18PHR的纤维，其中，PHR被定义为占每百份可固化弹性体的份数。0011另一方面，这里公开的实施例涉及一种形成定子或其一部分的方法，该过程包括将可固化弹性体、大约05到大约18PHR的纤维、纤维分散化合物以及炭黑混合以形成可固化复合物；将可固化复合物布置到模具中；使可固化复合物固化以形成定子衬管或其一部分。0012另一方面，这里公开的实施例涉及一种用于螺杆式钻井马达中的定子，该定子包括定。
19、子衬管，定子衬管包括至少一个包括可固化复合物或者其反应产物的弹性体层，可固说明书CN104246123A3/9页7化复合物包括可固化弹性体、大约05到大约18PHR的纤维、纤维分散化合物以及炭黑。0013另一方面，这里公开的实施例涉及一种钻井马达，其包括定子和转子，转子配置成当钻井液通过马达时偏心旋转；其中，定子包括定子衬管，定子衬管包括至少一个弹性体层，弹性体层包括可固化复合物或者其反应产物，可固化复合物包括可固化弹性体、大约05到大约18PHR的纤维、纤维分散化合物以及炭黑。0014另一方面，这里公开的实施例涉及一种钻井组件，其包括钻井马达，钻井马达包括定子和转子，所述转子配置成当钻井液通。
20、过马达时偏心旋转，定子和转子均具有近端和远端，其中，定子包括定子衬管，定子衬管包括至少一个弹性体层，弹性体层包括可固化复合物或者其反应产物，可固化复合物包括可固化弹性体、大约05到大约18PHR的纤维、纤维分散化合物以及炭黑；直接或间接地连接到转子的远端的马达输出轴；以及直接或间接地连接到马达输出轴的远端的钻头。另一方面，这里公开的实施例涉及一种穿透地下地层钻井的方法，该方法包括使钻井液通过该钻井组件。0015另一方面，这里公开的实施例涉及一种用于形成用于油田产品、例如密封件或定子衬管中的纤维增强弹性体部件的复合物，该复合物包括可固化弹性体、大约05到大约18PHR的纤维以及纤维分散化合物。0。
21、016另一方面，这里公开的实施例涉及一种形成用于油田产品、例如密封件或定子衬管中的纤维增强弹性体部件的方法，该方法包括将可固化弹性体、大约05到大约18PHR的纤维以及纤维分散化合物混合以形成可固化复合物；将可固化复合物放置在模具中；使可固化复合物固化以形成纤维增强弹性体部件。另一方面，这里公开的实施例涉及一种用于油田产品中的纤维增强弹性体部件，其包括可固化复合物或其反应产物。0017其它方面和优点通过后面的描述和所附的权利要求而变得显而易见。附图说明0018图1示出了根据这里公开的实施例的用于泥浆马达中的转子的横截面视图。0019图2示出了根据这里公开的实施例的定子的横截面视图。0020图3。
22、示出了根据这里公开的实施例的组装好的螺杆式马达的横截面视图。0021图4示出了根据这里公开的实施例的组装好的具有“均匀壁”的螺杆式马达的横截面视图。0022图58将根据这里公开的实施例的定子的物理特性与没有纤维的定子进行比较。具体实施方式0023一方面，这里公开的实施例总体上涉及与螺杆式钻井马达一起使用的定子。更具体地，这里公开的实施例涉及一种纤维增强定子，以及用于形成纤维增强定子的复合物，其中，纤维容易地被结合并且很好地分散遍布弹性体基质。0024参照图1，典型的转子10包括至少一个叶片12其中，例如在叶片12之间形成通道14、大直径8以及小直径6。转子10可以由金属或其它任何合适的材料制成。
23、。转子10还可以被涂覆以经受住在井下经历的恶劣钻井环境。0025参照图2，根据这里的实施例的定子20包括至少两个叶片22、大直径7以及小直径5。转子10图1通常包括“N”个叶片，并且相应的与转子10组合使用的定子20通常说明书CN104246123A4/9页8包括“N1”或“N1”个叶片。参照图3，定子20通常包括圆筒形外管24和衬管26。衬管26通常被围绕已放置在圆筒形外管24内的模具未示出注射成型或挤出成型到圆筒形外管24中。衬管26接着在模具未示出被移除之前在选定温度下固化选定的时间。衬管26的厚度28通常通过改变模具未示出的大小进行控制。固化压力、温度以及时间可以使用本领域已知的方法进。
24、行选择以完全地固化弹性体。在固化过程完成之后，定子返回到正常的大气环境条件中。最后可能需要进行机械加工来完成定子例如，衬管的端部可能需要修整，定子的端部可能需要被加工出螺纹，等等。0026如图2所示，衬管26具有不一致的厚度。在其它实施例中，“均匀壁”定子可以使用这里公开的纤维增强复合物形成，例如如图4所示。螺杆式马达PDM30包括定子32和转子34。定子32包括外管38，外管38例如可由钢或适于在井下的钻井环境中使用的其它材料形成。定子还包括衬管36。外管38包括成型的内表面44，其包括形成在其上的至少两个叶片46。叶片46沿着外管38的选取的长度螺旋地形成，以使得叶片46限定出沿着该选取的。
25、长度的螺旋型廓。内表面44的螺旋形状通常与定子叶片的期望形状相对应。衬管36通常包括至少两个叶片40，并且衬管36的厚度42在其整个横截面上可以是一致的也可以是不一致的，而且衬管36通过如上所述的注射成型、挤出成型或其它方法形成，之后进行固化和修整。叶片40以及衬管36沿着外管38的选取的长度螺旋地形成，以使得衬管36与螺旋状的内表面44相一致，由此使得形成在成型的内表面44上的至少两个叶片46与形成在衬管36中的叶片40相对应。包括内表面44的外管38，可以采用本领域已知的任何方法进行螺旋成型，包括机械加工、液压成型、挤出成型等方法。0027根据这里公开的实施例的定子衬管可以由纤维增强弹性体。
26、或聚合材料形成。在其它实施例中，定子衬管可以包括复合结构，例如弹性体层以及位于外管壳体和弹性体外层之间的一个或多个纤维增强层。中间的纤维增强层可以为衬管提供附加的刚度和/或耐磨性。0028定子衬管，定子衬管的多个部分，或其增强层，可以由复合物形成，该复合物包括0029A可固化或交联的弹性体或者聚合材料，例如各种弹性体、聚合物以0030及本领域已知的其它合成或天然材料；0031B纤维或纤维状材料；0032C纤维分散化合物；以及0033D炭黑。0034用于形成定子衬管或其部分的复合物还可包括塑化剂、固化剂即，固化或交联剂、活化剂、加工助剂以及石蜡。0035可固化弹性体材料可例如包括GRS、NEOP。
27、RENE、丁基和丁腈橡胶、氟化或全氟弹性体或橡胶以及软性PVC，或其它聚合物。在某些实施例中，弹性体复合物可以包括NBR、HNBR、FEPM、FKM以及FFKM中的一种或多种。0036在某些实施例中，弹性体材料可以包括1,3丁二烯与丙烯腈的共聚产物，该共聚产物在121下门尼粘度ML14在大约20到大约120的范围内。丙烯腈含量可以在从大约19WT到大约49WT的范围内，并且氢化可以是完全的或部分的，剩余的残余双键含量从低于1到大约18。说明书CN104246123A5/9页90037在其它实施例中，弹性体材料可以是偏二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物，该共聚物在100下门尼粘度ML110在大约10到大。
28、约160的范围内。在某些实施例中，弹性体材料的氟含量可以在大约60到大约70的范围内。0038弹性体材料还可以是偏二氟乙烯、六氟丙烯以及四氟乙烯的共聚物，该共聚物具有或者没有固化点单体，且在121下门尼粘度ML14在大约25到大约65的范围内。0039在其它实施例中，弹性体材料可以是四氟乙烯和丙烯的共聚物，所述共聚物具有或没有固化点单体，且在100下门尼粘度ML14在大约35到大约160的范围内。在某些实施例中，弹性体材料的氟含量可以在大约55到大约65的范围内。0040前面提到的聚合物可以单独使用或者与一种或多种附加聚合物或多种等级的类似聚合物按照大约2080到大约8020的范围内的比率组合。
29、使用。0041纤维或纤维状材料可包括碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、热塑性纤维、天然纤维、金属纤维、合成纤维以及碳纳米管中的至少一种。例如，在某些实施例中，纤维可包括由无碱玻璃EGLASS、聚乙烯PEI、PVDC、PTFE、PVDF、PVF、EFP、PEEK、PPS以及PEI制成的纤维。在某些实施例中，纤维或纤维状材料可包括芳纶纤维，例如市场出售的商标为“KEVLAR”位于特拉华州的杜邦公司的商标的芳纶纤维。0042用在这里的某些实施例中的芳纶纤维的平均直径可在大约05到大约25微米的范围内；在其它实施例中为大约1微米到大约20微米；在另一些其它实施例中为大约5微米到大约15微米，例如大约。
30、12微米。在某些实施例中，纤维的长度可在大约1MM到大约50MM的范围内；在其它实施例中为大约5MM到大约40MM；在另一些其它实施例中为大约10MM到大约30MM，例如大约20MM。在某些实施例中，芳纶纤维的纵横比长度与直径之比可在大约11到大约3001的范围内，在其它实施例中为大约11到大约2001。芳纶纤维的抗拉强度可高于500,000PSI并且能够经受高达大约400的温度。0043在某些实施例中，纤维增强定子衬管，或者定子衬管的纤维增强的层/部分可以基于弹性体化合物的总量而包括多达大约2WT的纤维，例如在大约05到大约18PHR的范围内，在其它实施例中从大约1到大约18PHR，在另一些。
31、其它实施例中从大约125到大约175PHR。在其它实施例中，包含的纤维量从大约05、06、07、08、09、10、11、12、13、14、15或16PHR的下限到大约12、13、14、145、15、155、16、165、17、175或18PHR的上限，其中，任何的下限都可以与任何的上限组合。0044虽然已经提出可以添加量明显大得多的纤维，例如10PHR或更多，但已经发现，结合的纤维量小于大约18PHR，例如从大约15到大约175PHR，可以提供物理特性的显著改善以及定子转矩输出能力和在高转矩水平下定子的耐久性的良好改善之间的最佳平衡，且对化合物弹力、弹性、分散性以及加工特性产生最小的负面影响。。
32、从理论上讲，较多的纤维量可能导致弹性体基质中的不连续或者瑕疵，这可能是由于纤维在较高浓度下的分散效率低，并可导致定子性能改善很小或者没有得到改善。0045纤维分散化合物在这里被定义为有利于纤维与弹性体材料之间的结合的化合物，并且可以包括固体分散化合物、液体分散化合物或它们的组合。可用在这里公开的实施例中的固体分散化合物的一个例子可以包括非晶态二氧化硅。在某些实施例中，平均粒子大小在大约003微米到大约03微米30NM到300NM的范围内并且表面积在大约10到大约30M2/G、例如大约20M2/G的非晶态二氧化硅可以用作纤维分散化合物。从理论上讲，形状说明书CN104246123A6/9页10相。
33、对地为球状的非晶态二氧化硅粒子可以为得到的纤维和弹性体材料的混合物提供支承作用和粘性降低作用，从而改进了弹性体混合物的加工性能并且改进了纤维在整个得到的固化后的弹性体基质中的分散。其它固体纤维分散化合物，例如可以提供类似的粘性降低和支承作用的纳米或微米大小的球状结构也是可以使用的，并且可以包括各种天然和合成的粘土水合硅酸铝，硅铝酸盐，等等、硅酸镁、煤尘和/或二氧化硅粉末。可以用在这里公开的实施例中的液体分散化合物可包括液体聚合物、石蜡以及各种加工助剂或塑化剂。0046在某些实施例中，可以通过在纤维分散化合物中使用纤维预分散而便于纤维结合到可固化复合混合物中。例如，在模具中进行可固化复合物注射成。
34、型或挤出成型之前可以将5WT到大约70WT的纤维加入到95WT到大约30WT的纤维分散化合物中形成的混合物与弹性体材料混合。在某些实施例中，纤维分散复合剂可以的用量为大约05到大约36PHR，例如在其它实施例中可以为大约05到大约15PHR。在其它实施例中，纤维分散化合物存在的量可以从大约05、06、07、08、09、10、11、12、13、14、15、16、17或20PHR的下限到大约125、15、175、20、25或5PHR的上限，其中，任何下限可以与任何的上限组合。0047在某些实施例中，可用于形成定子衬管或其一部分/层的可固化复合物可以通过混合如下物质形成0048A可固化或交联弹性体或。
35、聚合材料，例如各种弹性体、聚合物以及本领域已知的其它合成或天然材料；0049B预分散在纤维分散化合物C中的量为大约05到大约18PHR基于组分A的总量的纤维或纤维状材料；0050C量为大约05到大约36PHR的纤维分散化合物；0051D可选地，量为大约10到大约100PHR的炭黑；0052E可选地，一种或多种固化剂和/或活化剂，每一种的量为大约1到50PHR。0053在其它实施例中，可用于形成定子衬管或其一部分/层的可固化复合物可以通过混合如下物质形成0054A可固化或交联弹性体或聚合材料，例如各种弹性体、聚合物以及本领域已知的其它合成或天然材料；0055B预分散在作为纤维分散化合物C的非晶态。
36、二氧化硅中的量为大约1到大约18PHR基于组分A的总量的芳纶纤维；0056C量为大约1到大约12PHR的非晶态二氧化硅纤维分散化合物；0057D量为大约10到大约100PHR的炭黑；0058E可选地，一种或多种固化剂和/或活化剂，每一种的量为大约1到50PHR。0059上面描述的可固化复合物可以使用螺旋搅拌机、班布里重型双轴混合机BANBURYMIXER、单螺杆或多螺杆挤出机或本领域已知的用于密切地使聚合或弹性体树脂材料与一种或多种添加化合物混合的其它混合器形成。混合过程可以在混合过程中进一步提供加热，熔化聚合或弹性体树脂材料，并且得到的流体混合物接着可以被挤出成型、注射成型或采用其它方式被布。
37、置在定子管壳体和已经防止在定子管中的模具之间。衬管材料然后可如上所述地被固化并且完成定子修整，形成螺纹等等。0060已经发现，根据这里的各个实施例的可固化复合物可以使用注射成型设备用在说明书CN104246123A107/9页11大约90的当前的定子制造过程中进行加工。此外，还已经发现，纤维、纤维分散化合物以及炭黑的独特组合实现了均匀的纤维分散以及显著的性能改善。均匀的纤维密度是有利的，因为这样能够帮助实现例如在衬管的整个厚度上具有均匀的耐磨性。在接近叶片的位置尤其期望具有均匀的纤维密度，因为叶片经受最高的机械和热应力。接近叶片位置处的附加支撑和耐磨性有助于提高衬管的寿命。要注意的是，在某些实。
38、施例中，衬管厚度在接近于叶片的位置最大，并且均匀的纤维密度支撑且有助于使这些区域变硬以减少叶片例如由于流体压力和与转子的接触而引起的变形。在此之前采用随机的纤维布置/定位方法是得不到这种结果的，因为需要高得多的纤维加填来弥补纤维沉降引起的结团和不均匀性，这会负面损害拉伸特性、撕裂强度、压缩形变以及影响定子寿命和密封性能的其它动力学性能。此外，现有的高纤维加填方法通常导致化合物粘度急剧上升以及化合物固化特性剧烈变化，这使得这种混合物不适用于某些制造工艺，包括注射成型工艺。这里公开的可固化化合物的实施例克服了这些缺陷，得到了改善的定子和简化的制造过程。0061如上所述，这里公开的可固化复合物可以在。
39、使用注射成型工具时提供改进的加工性能。例如，当采用通常用于生产长度为大约10到大约25英尺大约3到大约75米的定子的注射成型设备形成定子时，可优选地使用NBR和在121下门尼粘度ML14在大约25到大约40的范围内、在某些实施例中高达大约50的其它弹性体化合物。用于挤出成型的复合物可以包括在100下门尼粘度ML14在大约25到大约65的范围内、在某些实施例中高达大约80的弹性体化合物。用于压缩成型的复合物可以包括在100下门尼粘度ML14在大约25到大约90的范围内、在某些实施例中高达大约120的弹性体化合物。用于传递成型的复合物可以包括在100下门尼粘度ML14为大约20到大约45的范围内的。
40、弹性化合物。0062上面描述的定子可以用在泥浆马达或用于钻探贯穿地层的井眼的钻井组件中。转子的下端例如可以直接或间接连接到钻头。按照这种方式，PDM为钻头提供独立于钻柱的任何旋转运动的驱动机构，该旋转运动在邻近井的地面的位置例如通过钻机上的转盘的旋转产生。因此，PDM尤其适用于定向钻井，其中，钻头被连接到底部钻具组件BHA的下端。BHA例如可包括PDM、传动组件、弯壳体组件、支承部分以及钻头。转子可通过可操作地连接到转子和钻头的一个驱动轴或者一组驱动轴将转矩传递给钻头。在运行中，钻井液通过泥浆马达组件，随着钻井液通过螺杆马达而偏心地旋转转子。马达输出轴将偏心转子运动以及转矩传递给同心旋转的钻头。
41、以钻探地层。0063例子0064表10065配方1对比的配方2配方3对比的聚合物100100100炭黑909075塑化剂202020说明书CN104246123A118/9页1240纤维预分散0415固化剂555555活化剂111111总量2265230522650066表200670068表1为并排的配方对比，基于将纤维加入到总的PHRS相等的相同配方中，配方1对比的例子，典型的市场有售的定子没有纤维，配方3对比的例子具有大约6PHR的芳纶纤维预分散在非晶态二氧化硅中；以及配方2根据这里公开的实施例包括大约16到17PHR的芳纶纤维预分散在非晶态二氧化硅中。表2将固化得到的材料的物理特性进行。
42、对比。在25模量中刚性相对于没有纤维的对比例子提高大约400而其它特性，例如延伸率、压缩形变以及ML，显示变化极小。这是由于采用当前方法得到非常均匀的纤维分散以及最佳的纤维PHRS以使得纤维与加填量低至17PHR的炭黑发生协同交互作用以提高模量。高纤维加填量的不足在配方3中非常明显，其中，化合物延伸率急剧下降并且压缩形变值显著上升。另一方面，纤维的低加填量因此对其它特性产生极小的影响。此外，纤维的表面积大并且长宽比高，这提高了纤维/CB和聚合物基质之间的相互作用，从而提高了橡胶和粘合剂之间的高温性能和高结合强度。0069图5到8通过图表将配方1对比的的复合物的物理特性和配方2的进行对比。说明书。
43、CN104246123A129/9页13如上面提到的以及图5所示的，基于配方2的固化复合物的25模量明显大约配方1的大于800PSI与小于200PSI。图6和7示出了剥离强度和撕裂强度的差异，两者都是模拟井下作业条件在300F下浸入水中72小时之前和之后。就剥离强度来说，配方2显示出在浸入之前和之后均有所提高。在浸入之前，配方2的撕裂强度小于配方1，但是在模拟的井下条件下和配方1相比显示出具有显著的提高。0070图8将采用配方1NBRREG和配方2NBRBER形成的定子的定子性能进行对比。性能测试在外直径为7/8英寸的定子的625英寸长的部分上使用模拟的钻井液进行。定子使用相同的模具形成并且在。
44、相同的测试程序下进行测试。测试定子的压降被设定为在预热和初步测试后每级为300PSI并且测量马达输出RPM以及转矩随时间的变化。一旦定子发生故障就停止测试。定子的RPM大体相等，与基于每级压差的预期相符。具有纤维的定子配方2的初始转矩输出比较大并且随时间以较低的速率减小。如图表所示，基于配方2的定子的耐久性明显更大。此外，与配方1的定子相比，在测试过程中对从定子流出的钻井液进行的过滤显示出从配方2的定子分离和剥离的聚合物材料较少。0071如上所述，这里公开的实施例提供一种在弹性体基质中均匀分散纤维的新颖的方法。除了上面提到的与均匀的纤维密度和定子制造中改进的加工性能相关的优点以外，这里公开的实。
45、施例还可提供具有改进的耐久性和/或动力生成的泥浆马达。例如，纤维还可用于使定子的弹性体强化和变硬，以使得其能够更好地经受特定量的性能退化而不会失效或分离且在与转子配合操作时很少与转子干扰而发生泄漏。0072除了定子制造，这里公开的复合物还可以用于制造纤维增强密封件和其它纤维增强油田设备。例如，使用纤维预分散产生的好处，例如在非晶态二氧化硅中混合芳纶纤维，能够改进密封件和其它纤维增强油田设备的制造过程和/或得到的密封特性。纤维和纤维分散化合物与炭黑的组合所实现的有效分散以及协同效果还可有利于各种纤维增强油田设备。因此，密封件、定子衬管以及其它油田产品或它们的部分或增强层，可以根据这里公开的实施例。
46、使用复合物形成，所述复合物包括0073A可固化或交联弹性体或聚合材料，例如各种弹性体、聚合物以及本0074领域已知的其它合成或天然材料；0075B纤维或纤维状材料；0076C纤维分散化合物；以及0077D可选的炭黑。0078用于形成密封件和其它油田产品或者它们的部分/层的复合物还可以包括塑化剂、固化剂即固化或交联剂、活性剂、加工助剂以及石蜡。0079虽然本公开包括有限数量的实施例，但参照本公开的本领域技术人员可以意识到，还可以想到其它不会脱离本公开的范围的实施例。因此，保护范围应仅仅通过所附的权利要求进行限定。说明书CN104246123A131/6页14图1图2说明书附图CN104246123A142/6页15图3图4说明书附图CN104246123A153/6页16图5说明书附图CN104246123A164/6页17图6说明书附图CN104246123A175/6页18图7说明书附图CN104246123A186/6页19图8说明书附图CN104246123A19。