CN107940123A - 一种聚酮内衬管、聚酮内衬复合油管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及塑料管材技术领域，主要涉及一种聚酮内衬管、聚酮内衬复合油管及其制备方法。其中，所述聚酮内衬管包括97.8‑99.95重量份的聚酮材料、0.05‑0.2重量份的抗氧剂，优选的，还包括0‑2重量份的增塑剂。其中，所述聚酮内衬复合油管，包括聚酮内衬管、油管，聚酮内衬管内置于油管中，聚酮内衬管在油管的管口处沿油管径向翻边。此外，本发明还公开了一种聚酮内衬复合油管的制备方法，包括如下步骤：(1)将聚酮材料、抗氧剂及增塑剂熔融挤出，冷却，制得聚酮内衬管；(2)将聚酮内衬管牵引至油管内；(3)将聚酮内衬管两端加热软化后进行翻边、修整。本发明具有重大的经济和社会效益，具有非常巨大的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及塑料管材技术领域，主要涉及一种聚酮内衬管、聚酮内衬复合油管及其制备方法。
背景技术
随着油气田开发的深入，越来越多的高温、高含H2S、CO2、Cl-等油气井被开发，苛刻的腐蚀环境，使得油管的腐蚀问题越来越严重，腐蚀造成的危害越来越突出。
非金属内衬复合管由于其优良的防腐性能而得到日益广泛的应用。目前使用最为广泛的聚乙烯内衬复合管，其耐蚀性能良好，加工性能及内穿插性能良好，但使用温度通常不超过100℃。为进一步提高使用温度，可使用交联型聚乙烯(CN 10550849 A)或超高分子量聚乙烯(CN 106522852 A、CN 205244639 U)，但受其分子结构的限制，使用温度提高程度有限，仍难以满足井下内衬管的服役环境要求。因此，需要一种内衬管材料能够满足使用温度超过120℃，防腐蚀特性、机械性能、加工特性以及经济性优异的要求。
聚酮材料是由一氧化碳和烯烃(乙烯，丙烯)聚合而成的环保型高分子材料，在韩国晓星将聚酮材料商业化后，其价格也具有非常大的竞争优势。聚酮具有优异的耐温性能、机械性能，其耐机油、燃油的特性也已经被验证(CN 106661322 A)。但在油气资源开采的过程中，油管接触到的腐蚀介质更加复杂，包括原油、水、氧、H2S、CO2以及盐类等，其耐这些介质的特性未见报道。因此，聚酮内衬复合油管特性及其制备方法有待研究。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚酮内衬管、聚酮内衬复合油管及其制备方法。
具体地，本发明提供了一种聚酮内衬管，按照重量份数计，包括97.8-99.95重量份的聚酮材料、0.05-0.2重量份的抗氧剂。
前述的聚酮内衬管，按照重量份数计，所述聚酮内衬管还包括0-2重量份的增塑剂。
前述的聚酮内衬管，所述聚酮材料为M630A、M730R、M710U中的一种。
前述的聚酮内衬管，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，其中，受阻酚抗氧剂优选为抗氧剂1010、抗氧剂1790；亚磷酸酯类抗氧剂优选为抗氧剂168。
前述的聚酮内衬管，所述增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异辛酯中的一种。
本发明还提供了一种聚酮内衬复合油管，包括聚酮内衬管、油管，其中，聚酮内衬管内置于油管中，聚酮内衬管在油管的管口处沿油管径向翻边。
前述的聚酮内衬复合油管，所述聚酮内衬复合油管还包括油管接箍，其中，油管两端与油管接箍通过螺纹连接。
前述的聚酮内衬复合油管，所述油管接箍的内壁与油管管口相接触的部分设置有橡胶密封内衬。
前述的聚酮内衬复合油管，所述油管为钢管，油管接箍为钢质接箍。
前述的聚酮内衬复合油管，所述内衬管的厚度为3～4毫米，油管的厚度6毫米。
此外，本发明还提供了一种聚酮内衬复合油管的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚酮材料、抗氧剂及增塑剂熔融挤出，冷却，制得聚酮内衬管；
(2)将聚酮内衬管牵引至油管内；
(3)将聚酮内衬管两端加热软化后进行翻边、修整。
前述的聚酮内衬复合油管的制备方法，所述聚酮内衬管的挤出温度为：进料段温度180-200℃，压缩段温度210-220℃，均化段温度230-250℃，出料段温度220-240℃，模头温度200-220℃。
前述的聚酮内衬复合油管的制备方法，所述聚酮内衬管的外径大于油管的内径，所述聚酮内衬管的长度大于油管的长度。
前述的聚酮内衬复合油管的制备方法，所述聚酮内衬管牵引至油管内后放置24小时。
前述的聚酮内衬复合油管的制备方法，所述聚酮内衬管在加热软化前，还包括在90-110℃下放置2-3小时的步骤。
前述的聚酮内衬复合油管的制备方法，所述聚酮材料为M630A、M730R、M710U中的一种。
前述的聚酮内衬复合油管的制备方法，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，其中，受阻酚抗氧剂优选为抗氧剂1010、抗氧剂1790；亚磷酸酯类抗氧剂优选为抗氧剂168。
前述的聚酮内衬复合油管的制备方法，所述增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异辛酯中的一种。
前述的聚酮内衬复合油管的制备方法，按重量份数计，所述聚酮内衬管包括97.8-99.95重量份的聚酮材料、0.05-0.2重量份的抗氧剂，优选的，还包括0-2重量份的增塑剂。
经塔河油田TK425CH井试验，本发明的聚酮内衬复合油管的内衬材料完整性好，衬管下金属无局部腐蚀现象。
本发明的内衬管使用温度达140℃，高温环境下的耐腐蚀性能、机械性能等较聚乙烯内衬油管都有很大改进，而价格较聚乙烯内衬管仅增加30％，能够满足油气田高温、高含H2O、O2、H2S、CO2、Cl-流体输送的目的。有助于油气开采行业的发展，具有重大的经济和社会效益，具有非常巨大的市场前景。
附图说明
图1为聚酮内衬复合油管；
图2为含有油管接箍的聚酮内衬复合油管；
其中，1为聚酮内衬管；2为油管；3为内衬翻边；4为油管接箍；5为橡胶密封内衬。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
随着油气田开发的深入，越来越多的高温、高含H2S、CO2、Cl-等的油气井被开发，其随着含水的上升都面临严重的腐蚀问题，腐蚀造成的危害和影响也将越来越突出。通过在油管内衬耐高温非金属管，为油气田日趋严重的腐蚀环境提供一种耐蚀性优、经济性好的管材，从源头上控制腐蚀，保障油气田高效、安全开发具有积极的促进作用，同时为油气田新区块产能建设耐蚀管柱选择提供技术借鉴作用。
根据本发明的一方面，本发明提供了一种聚酮内衬管1，按照重量份数计，包括97.8-99.95重量份的聚酮材料、0.05-0.2重量份的抗氧剂，优选的，还包括0-2重量份的增塑剂。
其中，所述聚酮材料是由一氧化碳和烯烃(一般是乙烯和丙烯)共聚合获得，是一种结晶性工程塑料。具有高热变形温度、耐化学耐水解耐燃油、冲击强度、摩擦性质和阻燃性能优异和低渗透气体高阻隔性等优点。
本发明的聚酮内衬管1所使用的聚酮材料为M630A、M730R、M710U中的一种。这几种型号的聚酮材料除了聚酮材料的一般性能外，还具有优异的挤出成型特性，适用于油管内衬的加工。
本发明的聚酮内衬管1所使用的抗氧剂为受阻酚抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种。其中，受阻酚抗氧剂优选为抗氧剂1010、抗氧剂1790；亚磷酸酯类抗氧剂优选为抗氧剂168。当其在聚合物体系中仅少量存在时，就可高效地抑制自由基反应的进行，从而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命。
其中，增塑剂一般也称塑化剂。增塑剂是工业上被广泛使用的高分子材料助剂，在塑料加工中添加这种物质，可以使其柔韧性增强，容易加工，可合法用于工业用途。
本发明的聚酮内衬管1所使用的增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异辛酯中的一种。所选择增塑剂稳定性高，更适用于聚酮材料的高温挤出加工。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种聚酮内衬复合油管，如附图1所示，包括聚酮内衬管1、油管2，聚酮内衬管1内置于油管2中，聚酮内衬管1在油管2的管口处沿油管2径向翻边形成内衬翻边3。翻边后内衬与油管结合更加紧密、牢固，并通过翻边的端面与接箍橡胶实现密封，能够更好的实现对钢管的保护。
此外，如附图2所示，本发明的聚酮内衬复合油管还包括油管接箍4，其中，油管两端通过螺纹与油管接箍连接。
为了保证油管接箍4与油管2密封性，优选的，在油管接箍4的内壁与油管2管口相接触的部分设置有橡胶密封内衬5。
其中，聚酮内衬管1，按照重量份数计，包括97.8-99.95重量份的聚酮材料、0.05-0.2重量份的抗氧剂，优选的，还包括0-2重量份的增塑剂。
其中，所述聚酮材料是由一氧化碳和烯烃(一般是乙烯和丙烯)共聚合获得，是一种结晶性工程塑料。具有高热变形温度、耐化学耐水解耐燃油、冲击强度、摩擦性质和阻燃性能优异和低渗透气体高阻隔性等优点。
本发明的聚酮内衬管1所使用的聚酮材料为M630A、M730R、M710U中的一种。这几种型号的聚酮材料除了聚酮材料的一般性能外，还具有优异的挤出成型特性，适用于油管内衬的加工。
本发明的聚酮内衬管1所使用的抗氧剂为受阻酚抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种。其中，受阻酚抗氧剂优选为抗氧剂1010、抗氧剂1790；亚磷酸酯类抗氧剂优选为抗氧剂168。当其在聚合物体系中仅少量存在时，就可高效地抑制自由基反应的进行，从而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命。
其中，增塑剂一般也称塑化剂。增塑剂是工业上被广泛使用的高分子材料助剂，在塑料加工中添加这种物质，可以使其柔韧性增强，容易加工，可合法用于工业用途。
本发明的聚酮内衬管1所使用的增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异辛酯中的一种。所选择增塑剂稳定性高，更适用于聚酮材料的高温挤出加工。
其中，油管2为钢管，油管接箍4为钢质接箍。聚酮内衬管1的厚度为3～4毫米，油管2的厚度为6毫米。
根据本发明的又一方面，本发明提供了一种聚酮内衬复合油管的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚酮材料、抗氧剂及增塑剂熔融挤出，冷却，制得聚酮内衬管1。
将97.8-99.95重量份的聚酮材料、0.05-0.2重量份的抗氧剂及0-2重量份的增塑剂混合均匀，由单螺杆挤出机中熔融挤出成型，冷却。
其中，聚酮材料为M630A、M730R、M710U中的一种，抗氧剂为受阻酚抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，其中，受阻酚抗氧剂优选为抗氧剂1010、抗氧剂1790；亚磷酸酯类抗氧剂优选为抗氧剂168，增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异辛酯中的一种。
其中，挤出温度为：进料段温度180-200℃，压缩段温度210-220℃，均化段温度230-250℃，出料段温度220-240℃，模头温度200-220℃。
(2)将聚酮内衬管1牵引至油管2内。
其中，所述聚酮内衬管1的外径大于油管2的内径，所述聚酮内衬管1的长度大于油管2的长度。
将聚酮内衬管1牵引至油管2内后应放置24小时，使内衬与油管2过盈配合。
然后，再在90-110℃下放置2-3小时，使内衬材料在高温下更好的恢复，从而与钢管贴合更加紧密。
(3)将聚酮内衬管1两端加热软化后进行翻边、修整制成内衬翻边3。
在实际应用中，本发明的聚酮内衬复合油管的制备方法还包括在油管2两端的外表面制备螺纹的步骤，从而与油管接箍4紧密相连。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
实施例1
将9.78千克的聚酮M630A基体，0.02千克的抗氧剂1010，0.2千克的邻苯二甲酸二正辛酯加入到单螺杆挤出机中熔融挤出成型，进料段温度180℃，压缩段温度210℃，均化段温度230℃，出料段温度220℃，模头温度200℃。挤出后冷却，制得聚酮内衬管，长度为10.2米，外径为61.2毫米，厚度为3毫米。取内径为61毫米，长度为10米的钢管，将聚酮内衬管牵引至钢管内，放置24小时后，使内衬与钢管过盈配合。在90℃温度下放置3小时。将聚酮内衬管两端加热软化后使用翻边机进行翻边，翻边后对端部进行修整。
另外，将所制备的聚酮内衬管在以下条件下开展耐蚀性实验：温度140℃，总压10MPa，H2S分压0.77MPa，CO2分压1.98MPa，原油与水比例9:1，实验时间7天。腐蚀实验结果如表1所示。
实施例2
将11.994千克的聚酮M730R基体，0.006千克的抗氧剂168加入到单螺杆挤出机中熔融挤出成型，进料段温度200℃，压缩段温度220℃，均化段温度250℃，出料段温度240℃，模头温度220℃。挤出后冷却，制得聚酮内衬管，长度为10.2米，外径为61.2，厚度为4毫米。取内径为61毫米，长度为10米的钢管，将聚酮内衬管牵引至钢管内，放置24小时后，使内衬与钢管过盈配合。在110℃温度下放置2小时。将内衬管两端加热软化后使用翻边机进行翻边，翻边后对端部进行修整。
另外，将所制备的聚酮内衬管在以下条件下开展耐蚀性实验：温度140℃，总压10MPa，H2S分压0.77MPa，CO2分压1.98MPa，原油与水比例9:1，每升水中含有NaCl 108.58g，KCl 1.51g，CaCl2 203.89g，MgCl2 13.36g，Na2SO43.33g，NaHCO3 0.65g，Na2CO3 0.05g，NaBr0.05g，KI 0.001g，实验时间7天。腐蚀实验结果如表1所示。
实施例3
将9.89千克的聚酮M710U基体，0.01千克的抗氧剂1790，0.1千克的邻苯二甲酸二异癸酯加入到单螺杆挤出机中熔融挤出成型，进料段温度190℃，压缩段温度210℃，均化段温度240℃，出料段温度230℃，模头温度210℃。挤出后冷却，制得聚酮内衬管，长度为10.2米，外径为61.2毫米，厚度为3毫米。取内径为61毫米，长度为10米的钢管，将聚酮内衬管牵引至钢管内，放置24小时后，使内衬与钢管过盈配合。在100℃温度下放置2小时。将内衬管两端加热软化后使用翻边机进行翻边，翻边后对端部进行修整。
另外，将所制备的聚酮内衬管在以下条件下开展耐蚀性实验：温度140℃，总压10MPa，H2S分压0.77MPa，CO2分压1.98MPa，氧气分压0.5MPa，原油与水比例9:1，实验时间7天。腐蚀实验结果如表1所示。
实施例4
将14.745千克的聚酮M730R基体，0.03千克的抗氧剂168，0.225千克的邻苯二甲酸二异辛酯加入到单螺杆挤出机中熔融挤出成型，进料段温度190℃，压缩段温度220℃，均化段温度240℃，出料段温度220℃，模头温度200℃。挤出后冷却，制得聚酮内衬管，长度为10.2米，外径为70.3毫米，厚度为3.5毫米。取内径为70.1毫米，长度为10米的钢管，将聚酮内衬管牵引至钢管内，放置24小时后，使内衬与钢管过盈配合。在100℃温度下放置2小时。将内衬管两端加热软化后使用翻边机进行翻边，翻边后对端部进行修整。
另外，将所制备的聚酮内衬管在以下条件下开展耐蚀性实验：温度140℃，总压10MPa，H2S分压0.77MPa，CO2分压1.98MPa，氧气分压0.5MPa，原油与水比例9:1，每升水中含有NaCl 108.58g，KCl 1.51g，CaCl2 203.89g，MgCl2 13.36g，Na2SO4 3.33g，NaHCO3 0.65g，Na2CO3 0.05g，NaBr 0.05g，KI 0.001g，实验时间7天。腐蚀实验结果如表1所示。
对比例
按照实施例2的步骤及工艺参数制备聚乙烯内衬复合管，不同的是采用11.994千克的聚乙烯替代11.994千克的聚酮基体。
将聚乙烯内衬管在与实施例2相同的条件下开展耐蚀性实验。腐蚀实验结果如表1所示。
将四个实施例和对比例中制备的内衬管的耐温、力学以及耐蚀性能进行总结，结果如表1所示。
表1各实施例与对比例的内衬管性能总结
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例 | |
| 维卡软化温度/℃(B50) | 190 | 193 | 191 | 191 | 80 |
| 拉伸强度/MPa | 55 | 58 | 56 | 56 | 40 |
| 断裂伸长率/％ | 330 | 280 | 300 | 300 | 600 |
| 拉伸强度保持率/％ | -0.4 | -1.0 | -1.7 | -3.5 | 破坏 |
| 体积变化率/％ | +3.1 | +4.5 | +4.1 | +5.0 | 破坏 |
| 质量变化率/％ | +4.7 | +5.3 | +4.8 | +5.8 | 破坏 |
注：表中变化率数据“+”代表数值增加，“-”代表数值减小。
通过表1的性能测试结果可以看出，本发明的内衬管可耐140℃高温，其高温环境下的耐腐蚀性能、机械性能等较聚乙烯内衬油管都有很大改进，能够满足油气田高温、高含H2O、O2、H2S、CO2、Cl-流体输送的要求。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。
Claims (19)
1.一种聚酮内衬管，其特征在于，按照重量份数计，包括97.8-99.95重量份的聚酮材料、0.05-0.2重量份的抗氧剂。
2.根据权利要求1所述的聚酮内衬管，其特征在于，按照重量份数计，所述聚酮内衬管还包括0-2重量份的增塑剂。
3.根据权利要求1或2所述的聚酮内衬管，其特征在于，所述聚酮材料为M630A、M730R、M710U中的一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的聚酮内衬管，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，其中，受阻酚抗氧剂优选为抗氧剂1010、抗氧剂1790；亚磷酸酯类抗氧剂优选为抗氧剂168。
5.根据权利要求1-4任一项所述的聚酮内衬管，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异辛酯中的一种。
6.一种聚酮内衬复合油管，其特征在于，包括聚酮内衬管、油管，其中，聚酮内衬管内置于油管中，聚酮内衬管在油管的管口处沿油管径向翻边。
7.根据权利要求6所述的聚酮内衬复合油管，其特征在于，所述聚酮内衬复合油管还包括油管接箍，其中，油管两端与油管通过螺纹接箍连接。
8.根据权利要求7所述的聚酮内衬复合油管，其特征在于，所述油管接箍的内壁与油管管口相接触的部分设置有橡胶密封内衬。
9.根据权利要求6-8任一项所述的聚酮内衬复合油管，其特征在于，所述油管为钢管，油管接箍为钢质接箍。
10.根据权利要求6-9任一项所述的聚酮内衬复合油管，其特征在于，所述内衬管的厚度为3～4毫米，油管的厚度6毫米。
11.一种聚酮内衬复合油管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将聚酮材料、抗氧剂及增塑剂熔融挤出，冷却，制得聚酮内衬管；
(2)将聚酮内衬管牵引至油管内；
(3)将聚酮内衬管两端加热软化后进行翻边、修整。
12.根据权利要求11所述的聚酮内衬复合油管的制备方法，其特征在于，所述聚酮内衬管的挤出温度为：进料段温度180-200℃，压缩段温度210-220℃，均化段温度230-250℃，出料段温度220-240℃，模头温度200-220℃。
13.根据权利要求11或12所述的聚酮内衬复合油管的制备方法，其特征在于，所述聚酮内衬管的外径大于油管的内径，所述聚酮内衬管的长度大于油管的长度。
14.根据权利要求11-13任一项所述的聚酮内衬复合油管的制备方法，其特征在于，所述聚酮内衬管牵引至油管内后放置24小时。
15.根据权利要求11-14任一项所述的聚酮内衬复合油管的制备方法，其特征在于，所述聚酮内衬管在加热软化前，还包括在90-110℃下放置2-3小时的步骤。
16.根据权利要求11-15任一项所述的聚酮内衬复合油管的制备方法，其特征在于，所述聚酮材料为M630A、M730R、M710U中的一种。
17.根据权利要求11-16任一项所述的聚酮内衬复合油管的制备方法，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，其中，受阻酚抗氧剂优选为抗氧剂1010、抗氧剂1790；亚磷酸酯类抗氧剂优选为抗氧剂168。
18.根据权利要求11-17任一项所述的聚酮内衬复合油管的制备方法，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异辛酯中的一种。
19.根据权利要求11-18任一项所述的聚酮内衬复合油管的制备方法，其特征在于，按重量份数计，所述聚酮内衬管包括97.8-99.95重量份的聚酮材料、0.05-0.2重量份的抗氧剂，优选的，还包括0-2重量份的增塑剂。
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