Наполнитель шланговых буксируемых протяженных антенн и способ его изготовления Российский патент 2022 года по МПК G01V1/38 C08L83/02 C08L83/04 

Изобретение относится к технологии изготовления наполнителей геофизических и гидроакустических приборов и протяженных антенн.

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.

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 сейсмокосы

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.

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.

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).

Предложенный в прототипе полимерный наполнитель имеет ряд недостатков:

Использование токсичного изоцианата, т.к. все вещества, имеющие в своем составе изоцианатные группы относятся к 1 или 2 классу опасности.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Температуру растворения компонентов для изготовления наполнителя в жидкой фазе можно варьировать от 15°С до 60°С.

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.

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.

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.

Пример изготовления геля.

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.

Как было заявлено, предлагаемый наполнитель имеет следующий состав (рецептуру):

каучук СКТ - от 3,0 до 6,0%,

катализатора от 0,01 до 0,07%,

этилсиликат -от 0,15 до 0,5%,

углеводород - от 94 до 97%.

Физико-химические свойства образцов наполнителя, после превращения его в гель соответствуют требованиям для наполнителей протяженных антенн и колеблются в допустимых интервалах:

- плотностью - 780-850 кг/м³,

- вязкость не отвержденного геля - 10-40 сСт,

- модуль упругости 1,0-1,5 кПа,

- удельное сопротивление отвержденного геля менее 10¹⁰ ом×см.

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.

Изобретение относится к технологии изготовления наполнителей геофизических и гидроакустических приборов и протяженных антенн. Предложен наполнитель шланговых буксируемых протяженных антенн в виде гелеобразной композиции, согласно изобретению 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. Предложен также способ изготовления указанного наполнителя. Технический результат - малая токсичность предлагаемого наполнителя и технологичность заполнения буксируемых антенн. Антенны, наполненные гелем, могут быть использованы для разведки месторождений нефти, газа и других полезных ископаемых на морском шельфе, а также для мониторинга движения надводных и подводных судов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

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.

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.

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.;

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.