CN103851274A - 油气输送管道及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油气输送管道，所述管道从内至外依次设置有：抗硫层（1）、阻隔层（2）、增强层（3）、界面过渡层（4）和耐磨外防护层（5）。本发明还公开了一种油气输送管道的制备方法。本发明通过采用低渗透的抗硫层，并通过增加阻隔层，解决传统管道油气输送过程中介质渗透管材导致的管材过早失效；充分考虑不同材质组成界面之间的物理和化学性质上的差异，结构中通过增加界面过渡层，实现降低界面之间的空隙率，改善界面结合状态，提高界面结合强度和管道结构整体性。

Description

油气输送管道及制备方法
技术领域
本发明涉及管道技术领域，特别涉及一种油气输送管道，以及该油气输送管道的制备方法。
背景技术
随着油气的远距离输送越来越广泛，对油气输送管道的技术要求也越来越高。含H2S天然气是我国天然气资源的重要组成部分，普通碳钢管材在这类高酸性环境中腐蚀非常严重，不仅会发生坑蚀，而且会发生硫化物应力腐蚀开裂和氢致开裂。酸性气田油气输送管采用抗H2S合金管成本非常高，单井集输采用抗硫碳钢管加注缓蚀剂的方法时加注成本高，管理难度较大，高流速输气管线上的应用效果尚待进一步证实。
目前非金属管材在含硫油气集输中得到应用的主要有两类：1）以玻璃钢为代表的增强热固性塑料管。该类玻璃钢管材抗冲击性和接头密封性比较差，存在外力破坏、接头气体渗漏的风险，这种材料主要用于低含硫油气的输送，加拿大标准CSA Z662中就明确规定玻璃钢管在酸性环境中应用时H2S分压不能高于50kPa。2）采用PE为内衬层的增强热塑性塑料管。常用PE为内衬层的RTP管由于高压环境中内衬材料自身渗透性高、耐温较低（≤60℃）、连接结构不完善等原因，只用在了低压（≤4MPa）、低温输气管道中。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有的上述两类管线在含H2S、CO2和Cl-等腐蚀性介质环境中适用性较差，管体整体结构完整性较差，这些技术局限性制约了其在酸性油气田中的进一步应用。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种油气输送管道及其制备方法，该油气输送管道适用于含H2S、CO2和Cl-等多种腐蚀性介质共存的苛刻条件下油气输送。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种油气输送管道，所述管道从内至外依次设置有：抗硫层、阻隔层、增强层、界面过渡层和耐磨外防护层。
进一步地，所述抗硫层是采用热塑性树脂经过改性而成。所述抗硫层采用气体渗透率较低的热塑性树脂，该热塑性树脂经过改性，改善了与增强层之间的界面结合性能。
进一步地，所述阻隔层为乙烯-乙烯醇共聚物或者聚偏氯乙烯。所述阻隔层采用乙烯-乙烯醇共聚物、聚偏氯乙烯等，这样，该阻隔层具有低透过性、阻隔性和耐化学药品性，可大幅度降低氧气、二氧化碳、水汽以及腐蚀性液体等介质透过量，并具备双面热封性能。
进一步地，所述增强层为玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉纤维中的至少一种浸渍混合树脂后的复合材料层。所述增强层主要用于承担管道所受压力。
进一步地，所述混合树脂包括以下质量份的下列物质：环氧树脂80～120份、聚醚酰亚胺10～25份、芳香胺固化剂20～35份和纳米二氧化硅1～5份。
进一步地，所述界面过渡层采用热塑性树脂改性热固性树脂。所述界面过渡层采用热塑性树脂改性热固性树脂，用于降低增强层与外防护层之间的界面空隙率，提高界面结合强度，同时提高抗硫复合材料管道结构整体性。
进一步地，所述热固性树脂包括以下质量份的下列物质：环氧树脂80～120份、聚酰亚胺55～75份、芳香胺固化剂10～30份和纳米二氧化硅1～5份。
进一步地，所述耐磨外防护层采用改性增强尼龙热塑性塑料。所述耐磨外防护层采用改性增强尼龙热塑性塑料，用于保护增强层外表面免受外部环境物理损伤，可极大防止非金属材料因第三方施工等因素造成的管材外部破损导致的管材过早失效。
另一方面，提供了一种油气输送管道的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1，采用挤出工艺挤出所述抗硫层；
S2，采用多层复合技术制备所述阻隔层，所述阻隔层复合在所述抗硫层内；
S3，调配所述增强层所用的混合树脂配方，将玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉纤维中的至少一种浸渍上所述混合树脂，将浸渍上所述混合树脂的玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉纤维中的至少一种缠绕到所述阻隔层的外面形成所述增强层；
S4，调配所述界面过渡层所用热固性树脂配方，将调配好的热固性树脂涂覆到所述增强层外表面形成所述界面过渡层；
S5，采用挤出工艺将所述耐磨外防护层复合在所述界面过渡层的外面。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过采用低渗透的抗硫层，并通过增加阻隔层，解决传统管道油气输送过程中介质渗透管材导致的管材过早失效；充分考虑不同材质组成界面之间的物理和化学性质上的差异，结构中通过增加界面过渡层，实现降低界面之间的空隙率，改善界面结合状态，提高界面结合强度和管道结构整体性；通过在结构中增加耐磨外防护层，保护了增强层外表面免受外部环境物理损伤，从而避免了由于第三方施工等原因造成的复合材料管道外表面机械损伤引起的管材过早失效，实现管道安全应用并延长使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的油气输送管道纵截面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本实施例提供了一种油气输送管道，参见图1，该油气输送管道从内至外依次设置有：抗硫层1、阻隔层2、增强层3、界面过渡层4和耐磨外防护层5。其中，抗硫层1采用热塑性树脂经过改性而成，该热塑性树脂为聚偏二氟乙烯，这样，该抗硫层1具备强抗硫性和极低的气体渗透性。作为其他的实施方式，该热塑性树脂也可以是超高分子量聚乙烯，或者聚偏二氟乙烯和超高分子量聚乙烯的混合物。
阻隔层2为聚偏氯乙烯，这样，阻隔层2具有低透过性、阻隔性和耐化学药品性，可大幅度降低氧气、二氧化碳、水汽透过量，并具备双面热封性能。作为其他的实施方式，阻隔层2还可以采用乙烯-乙烯醇共聚物或者乙烯-乙烯醇共聚物与聚偏氯乙烯的混合物。
增强层3为玻璃纤维浸渍混合树脂后形成的复合材料层。浸渍该玻璃纤维的混合树脂体系包括：环氧树脂、聚醚酰亚胺、芳香胺固化剂和纳米二氧化硅，上述各物质在该混合树脂体系中的质量份数是：环氧树脂80～120份、聚醚酰亚胺10～25份、芳香胺固化剂20～35份和纳米二氧化硅1～5份，该环氧树脂是双官能团环氧树脂和三官能团环氧树脂组成的混合环氧树脂。作为其他的实施方式，增强层3还可以采用碳纤维或者凯夫拉纤维或者玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉纤维中的两种或者三种的混合物浸渍混合树脂后形成的复合材料层。
优选地，混合树脂是具有以下质量份的下列物质的混合物：环氧树脂100份、聚醚酰亚胺20份、芳香胺固化剂25份和纳米二氧化硅3份。或者，环氧树脂80份、聚醚酰亚胺10份、芳香胺固化剂20份和纳米二氧化硅1份。或者，环氧树脂120份、聚醚酰亚胺25份、芳香胺固化剂35份和纳米二氧化硅5份。或者，环氧树脂90份、聚醚酰亚胺15份、芳香胺固化剂35份和纳米二氧化硅4份。或者，环氧树脂120份、聚醚酰亚胺25份、芳香胺固化剂35份和纳米二氧化硅5份。
界面过渡层4采用热塑性树脂改性热固性树脂。界面过渡层4主要起到降低增强层3和耐磨外防护层5之间的界面空隙率，提高界面结合强度和管道结构整体性的作用。该界面过渡层4的树脂体系包括：环氧树脂、聚酰亚胺、芳香胺固化剂和纳米二氧化硅，上述各物质在该树脂体系中的质量份数是：环氧树脂80～120份、聚酰亚胺55～75份、芳香胺固化剂10～30份和纳米二氧化硅1～5份。
优选地，构成界面过渡层4的树脂体系是具有以下质量份的下列物质的混合物：环氧树脂100份、聚酰亚胺60份、芳香胺固化剂25份和纳米二氧化硅3份。或者，环氧树脂80份、聚酰亚胺55份、芳香胺固化剂10份和纳米二氧化硅1份。或者，环氧树脂120份、聚酰亚胺75份、芳香胺固化剂30份和纳米二氧化硅5份。或者，环氧树脂90份、聚酰亚胺60份、芳香胺固化剂15份和纳米二氧化硅2份。环氧树脂110份、聚酰亚胺70份、芳香胺固化剂25份和纳米二氧化硅4份。
耐磨外防护层5采用改性增强尼龙热塑性塑料。该耐磨外防护层5起到保护增强层3外表面免受外部环境物理损伤，可极大防止非金属材料因第三方施工等因素造成的管材外部破损导致的管材过早失效。
实施例二
本实施例提供了一种油气输送管道的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S1，采用挤出工艺挤出抗硫层1；
S2，采用多层复合技术制备阻隔层2，阻隔层2复合在抗硫层1内；
S3，调配增强层3所用的混合树脂配方，将玻璃纤维浸渍上混合树脂，将浸渍上混合树脂的玻璃纤维缠绕到阻隔层2的外面形成增强层3；
S4，调配界面过渡层4所用热固性树脂配方，将调配好的热固性树脂涂覆到增强层3外表面形成界面过渡层4；
S5，采用挤出工艺将耐磨外防护层5复合在界面过渡层4的外面。
采用这种制备方法制造的油气输送管道，结构与性能可设计性强，能够根据不同施工环境和使用条件设计相适用的结构；抗硫层1气体渗透率极低，耐腐蚀性高；阻隔层2具有低透过性、阻隔性和耐化学药品性，可大幅度降低氧气、二氧化碳、水汽透过量，并具备双面热封性能；增强层3可通过改变树脂基体配方和纤维浸渍工艺满足不同压力要求等工矿条件；界面过渡层4用以改善界面结合状态，提高增强层3与耐磨外防护层5之间的界面结合强度和管道结构整体性；管道结构中设计增加的耐磨外防护层5，保护了管材外表面免受外部环境物理损伤，可极大避免因第三方施工等因素所造成的非金属材料外部机械损伤引起的管材过早失效；该复合材料管道制造和施工方便。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种油气输送管道，其特征在于，所述管道从内至外依次设置有：抗硫层（1）、阻隔层（2）、增强层（3）、界面过渡层（4）和耐磨外防护层（5）。
2.根据权利要求1所述的油气输送管道，其特征在于，所述抗硫层（1）是采用热塑性树脂经过改性而成。
3.根据权利要求1所述的油气输送管道，其特征在于，所述阻隔层（2）为乙烯-乙烯醇共聚物或者聚偏氯乙烯。
4.根据权利要求1所述的油气输送管道，其特征在于，所述增强层（3）为玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉纤维中的至少一种浸渍混合树脂后的复合材料层。
5.根据权利要求4所述的油气输送管道，其特征在于，所述混合树脂包括以下质量份的下列物质：环氧树脂80～120份、聚醚酰亚胺10～25份、芳香胺固化剂20～35份和纳米二氧化硅1～5份。
6.根据权利要求1所述的油气输送管道，其特征在于，所述界面过渡层（4）采用热塑性树脂改性热固性树脂。
7.根据权利要求6所述的油气输送管道，其特征在于，所述热固性树脂包括以下质量份的下列物质：环氧树脂80～120份、聚酰亚胺55～75份、芳香胺固化剂10～30份和纳米二氧化硅1～5份。
8.根据权利要求1所述的油气输送管道，其特征在于，所述耐磨外防护层（5）采用改性增强尼龙热塑性塑料。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的油气输送管道的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1，采用挤出工艺挤出所述抗硫层（1）；
S2，采用多层复合技术制备所述阻隔层（2），所述阻隔层（2）复合在所述抗硫层（1）内；
S3，调配所述增强层（3）所用的混合树脂配方，将玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉纤维中的至少一种浸渍上所述混合树脂，将浸渍上所述混合树脂的玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉纤维中的至少一种缠绕到所述阻隔层（2）的外面形成所述增强层（3）；
S4，调配所述界面过渡层（4）所用热固性树脂配方，将调配好的热固性树脂涂覆到所述增强层（3）外表面形成所述界面过渡层（4）；
S5，采用挤出工艺将所述耐磨外防护层（5）复合在所述界面过渡层（4）的外面。
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