CN108585750A - 一种高强耐热稳定型管道内衬材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强耐热稳定型管道内衬材料的制备方法，属于管材技术领域。本发明通过高岭土制备无机填充纤维，通过聚氯乙烯与多孔无机纤维混合球磨并形成共混体，通过聚氯乙烯纤维穿插在无机材料内部，形成三维网状的交织结构，通过该结构形成有效分散体系，使其与树脂材料复合过程中，有效形成界面材料，提高无机物与树脂材料之间的界面结合性能，提高材料的综合力学性能；本发明采用三维交织的结构，通过复合材料的加入，无机材料和树脂材料之间界面结合作用使PVC树脂分子链的相对运动变得困难，在温度升高而使PVC开始软化时，地聚物粒子起到骨架稳定作用，使复合材料的变形阻力增加，热变形温度随之提高，有效改善材料的耐高温性能。

Description

一种高强耐热稳定型管道内衬材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强耐热稳定型管道内衬材料的制备方法，属于管材技术领域。
背景技术
目前，我国原油开采已经进入中后期阶段，机械采油法己经逐步替代自喷采油法。
根据调查发现，我国机采原油产量占石油开采总量的80%以上;在这些抽油机中，有杆式抽油机占90%以上，其他无杆式抽油机只占10%。由此可以看出，有杆抽油机在我国各油田的开釆作业过程中有着至关重要的作用。有杆抽油系统主要由三部分组成:一是地面驱动设备即抽油机，俗称磕头机;二是井下抽油泵，通常是柱塞泵，安装于油管的下端;三是抽油杆，连通抽油机和抽油泵。抽油机的动力通过抽油杆传递至井下抽油泵，从而实现原油的举升。
有杆抽油是国内外石油行业采用的、占主导地位的石油举升方式。有杆抽油在原油开采中面临的技术瓶颈包括:
杆管偏磨。杆管偏磨是由于油管柱和抽油杆不同轴，在发生相对位移时引起的油管柱和抽油杆(主要为接箍)之间的摩擦磨损。目前，油田开采多处于中后期阶段，油井产出液含水量较大。根据研宄表明，当原油含水量大于74.02%时，采出液换相，从油包水型转化为水包油型，杆管表面失去了原油的保护和润滑作用，造成抽油杆和抽油管之间的摩擦加剧。抽油杆、管两者之间的摩擦磨损加大了抽油泵的功耗，缩短了杆管的寿命和油井的检泵周期，严重时还会造成油管磨穿、抽油杆磨断等生产事故。
井筒结蜡。原油的流动性对温度极其敏感。在井液从地层举升到地面的过程中，由于地层温度的不断降低，井液从井筒向地层散热速率增加，井液温度越来越低。当井液温度低于原油组分析蜡温度时，石蜡在油管和抽油杆上凝结、积累，严重时造成抽油杆卡死、断脱和油井停产等状况，给油田企业带来巨大损失。
腐蚀。由于油井中CO2和H2S的存在，以及采出液中逐渐升高的含水量和其他三次采油措施注入地层的腐蚀性介质，陆上油田油井的腐蚀越来越严重。油管柱和抽油杆的腐蚀会加剧其磨损，严重缩短检栗周期，追加了原油的生产成本。
在有杆抽油系统中，由于杆管偏磨的原因，导致抽油管和抽油杆(接箍)发生了严重的磨损，进一步诱发生产事故，因此提高杆管的耐磨性至关重要。同时，在石油的举升的过程中，由于地层温度的不断降低，使得原油发生结蜡，造成严重的生产事故。油管内衬高分子材料可以有效的提高杆管寿命或者减少原油结蜡，同时高分子塑料有很好的防结垢、防腐蚀的能力。目前在油田实际生产过程中普遍采用纯光管(未加任何隔热保温措施)采油管柱进行生产，这种采油方式存在原油自身温度大量损失的问题。在油管防腐处理上，通常采用在油管内表层涂上防腐涂料的解决措施，由于油管内的锈污不易 清除干净且涂层较薄，因此存在防腐层易脱落、使用寿命短等问题。对解决抽油机井杆管偏磨，普遍采用玻璃内衬、防偏磨井口等技术，这些技术存在玻璃内衬 破碎、防偏磨井口操作使用工作量大，防偏磨效果较差等问题。因此开发一种兼具优异的摩擦学性能和隔性能的复合材料以用作抽油管的内衬材料可以同时解决有杆抽油井的至关重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有管道内衬材料耐高温性能差，力学性能差的问题，提供了一种高强耐热稳定型管道内衬材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，分别称量45～50份高岭土、10～15份氧化铝、6～8份无水乙醇、3～5份氧化镧和10～15份棕榈纤维置于球磨罐中，球磨，过筛，得过筛粉末；
（2）收集过筛粉末添加至坩埚中，将坩埚置于管式气氛炉中，通氮气排除空气，升温加热，保温熔融并收集熔融液，将熔融液拉丝处理并退火处理，随炉冷却至室温，收集改性纤维；
（3）按重量份数计，分别称量45～50份聚氯乙烯、6～8份改性纤维、2～3份硬脂酸锌、1～2份抗冲改性剂ACR401置于高速搅拌机中，在45～50℃下搅拌混合25～30min后，升温加热，保温搅拌25～30min后，停止加热并继续搅拌，在25～35℃下出料，收集混合料；
（4）按重量份数计，分别称量45～50份混合料、25～30份偏高岭土、10～15份水玻璃和25～30份质量分数1％氢氧化钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液置于45～50℃下搅拌至含水率为10～15％，得复合基体料；
（5）将复合基体料置于双辊塑炼机中，混炼5～10min，收集混炼片材并压制成型，即可制备得高强耐热稳定型管道内衬材料。
步骤（2）所述的氮气通入速率为45～50mL/L。
步骤（2）所述的退火处理温度为450～600℃。
步骤（3）所述的升温加热为按3℃/min升温至100～110℃。
步骤（5）所述的压制成型为在150～180℃、10～20MPa下压制成型。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明技术方案通过高岭土制备具有多孔结构的无机填充纤维，通过聚氯乙烯与多孔无机纤维混合球磨并形成共混体，通过聚氯乙烯纤维穿插在无机材料内部，形成三维网状的交织结构，通过该结构形成有效分散体系，使其与树脂材料复合过程中，有效形成界面材料，提高无机物与树脂材料之间的界面结合性能，进一步改善材料的结合强度，提高材料的综合力学性能；
（2）本发明技术方案采用三维交织的结构，通过复合材料的加入，无机材料和树脂材料之间界面结合作用使PVC树脂分子链的相对运动变得困难，在温度升高而使PVC开始软化时，地聚物粒子起到骨架稳定作用，使复合材料的变形阻力增加，热变形温度随之提高，有效改善材料的耐高温性能。
具体实施方式
按重量份数计，分别称量45～50份高岭土、10～15份氧化铝、6～8份无水乙醇、3～5份氧化镧和10～15份棕榈纤维置于球磨罐中，在250～300r/min下球磨3～5h后，过200目筛，得过筛粉末并收集过筛粉末添加至坩埚中，将坩埚置于管式气氛炉中，通氮气排除空气，并在45～50mL/L氮气通入速率下，按5℃/min升温至1500～1600℃，保温熔融并收集熔融液，将熔融液拉丝处理并置于450～600℃下马弗炉中退火处理2～3h，随炉冷却至室温，收集改性纤维；按重量份数计，分别称量45～50份聚氯乙烯、6～8份改性纤维、2～3份硬脂酸锌、1～2份抗冲改性剂ACR401置于高速搅拌机中，在45～50℃下搅拌混合25～30min后，再按3℃/min升温至100～110℃，保温搅拌25～30min后，停止加热并继续搅拌，在25～35℃下出料，收集混合料并按重量份数计，分别称量45～50份混合料、25～30份偏高岭土、10～15份固含量50％水玻璃和25～30份质量分数1％氢氧化钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液置于45～50℃下搅拌至含水率为10～15％，得复合基体料，将复合基体料置于双辊塑炼机中，混炼5～10min，收集混炼片材并置于150～180℃、10～20MPa下压制成型，即可制备得高强耐热稳定型管道内衬材料。
实例1
按重量份数计，分别称量45份高岭土、10份氧化铝、6份无水乙醇、3份氧化镧和10份棕榈纤维置于球磨罐中，在250r/min下球磨3h后，过200目筛，得过筛粉末并收集过筛粉末添加至坩埚中，将坩埚置于管式气氛炉中，通氮气排除空气，并在45mL/L氮气通入速率下，按5℃/min升温至1500℃，保温熔融并收集熔融液，将熔融液拉丝处理并置于450℃下马弗炉中退火处理2h，随炉冷却至室温，收集改性纤维；按重量份数计，分别称量45份聚氯乙烯、6份改性纤维、2份硬脂酸锌、1份抗冲改性剂ACR401置于高速搅拌机中，在45℃下搅拌混合25min后，再按3℃/min升温至100℃，保温搅拌25min后，停止加热并继续搅拌，在25℃下出料，收集混合料并按重量份数计，分别称量45份混合料、25份偏高岭土、10份固含量50％水玻璃和25份质量分数1％氢氧化钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液置于45℃下搅拌至含水率为10％，得复合基体料，将复合基体料置于双辊塑炼机中，混炼5min，收集混炼片材并置于150℃、10MPa下压制成型，即可制备得高强耐热稳定型管道内衬材料。
实例2
按重量份数计，分别称量47份高岭土、13份氧化铝、7份无水乙醇、4份氧化镧和13份棕榈纤维置于球磨罐中，在275r/min下球磨4h后，过200目筛，得过筛粉末并收集过筛粉末添加至坩埚中，将坩埚置于管式气氛炉中，通氮气排除空气，并在47mL/L氮气通入速率下，按5℃/min升温至1550℃，保温熔融并收集熔融液，将熔融液拉丝处理并置于520℃下马弗炉中退火处理2h，随炉冷却至室温，收集改性纤维；按重量份数计，分别称量47份聚氯乙烯、7份改性纤维、2份硬脂酸锌、1份抗冲改性剂ACR401置于高速搅拌机中，在47℃下搅拌混合27min后，再按3℃/min升温至105℃，保温搅拌27min后，停止加热并继续搅拌，在30℃下出料，收集混合料并按重量份数计，分别称量47份混合料、27份偏高岭土、13份固含量50％水玻璃和27份质量分数1％氢氧化钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液置于47℃下搅拌至含水率为13％，得复合基体料，将复合基体料置于双辊塑炼机中，混炼7min，收集混炼片材并置于165℃、15MPa下压制成型，即可制备得高强耐热稳定型管道内衬材料。
实例3
按重量份数计，分别称量50份高岭土、15份氧化铝、8份无水乙醇、5份氧化镧和15份棕榈纤维置于球磨罐中，在300r/min下球磨5h后，过200目筛，得过筛粉末并收集过筛粉末添加至坩埚中，将坩埚置于管式气氛炉中，通氮气排除空气，并在50mL/L氮气通入速率下，按5℃/min升温至1600℃，保温熔融并收集熔融液，将熔融液拉丝处理并置于600℃下马弗炉中退火处理3h，随炉冷却至室温，收集改性纤维；按重量份数计，分别称量50份聚氯乙烯、8份改性纤维、3份硬脂酸锌、2份抗冲改性剂ACR401置于高速搅拌机中，在50℃下搅拌混合30min后，再按3℃/min升温至110℃，保温搅拌30min后，停止加热并继续搅拌，在35℃下出料，收集混合料并按重量份数计，分别称量50份混合料、30份偏高岭土、15份固含量50％水玻璃和30份质量分数1％氢氧化钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液置于50℃下搅拌至含水率为15％，得复合基体料，将复合基体料置于双辊塑炼机中，混炼10min，收集混炼片材并置于180℃、20MPa下压制成型，即可制备得高强耐热稳定型管道内衬材料。
将本发明制备的高强耐热稳定型管道内衬材料及上海某公司生产的管道内衬材料进行检测，具体检测结果如下：
（1）拉伸性能测试：
试样的拉伸应力-应变行为在万能材料试验机上进行测试，其测试严格按照GB/T
1040-2006系列标准执行，试样的拉伸速度10mm/min(UHMWPE)或者20mm/min(PP)，试验在室温下进行。
表1高强耐热稳定型管道内衬材料性能表征
由表1可知，本发明制备的高强耐热稳定型管道内衬材料，拉伸强度高，断裂伸长率大，力学性能优异并且耐高温性能好，本发明具有很好的市场前景和应用前景。

Claims (5)

1.一种高强耐热稳定型管道内衬材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量45～50份高岭土、10～15份氧化铝、6～8份无水乙醇、3～5份氧化镧和10～15份棕榈纤维置于球磨罐中，球磨，过筛，得过筛粉末；
（2）收集过筛粉末添加至坩埚中，将坩埚置于管式气氛炉中，通氮气排除空气，升温加热，保温熔融并收集熔融液，将熔融液拉丝处理并退火处理，随炉冷却至室温，收集改性纤维；
（3）按重量份数计，分别称量45～50份聚氯乙烯、6～8份改性纤维、2～3份硬脂酸锌、1～2份抗冲改性剂ACR401置于高速搅拌机中，在45～50℃下搅拌混合25～30min后，升温加热，保温搅拌25～30min后，停止加热并继续搅拌，在25～35℃下出料，收集混合料；
（4）按重量份数计，分别称量45～50份混合料、25～30份偏高岭土、10～15份水玻璃和25～30份质量分数1％氢氧化钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液置于45～50℃下搅拌至含水率为10～15％，得复合基体料；
（5）将复合基体料置于双辊塑炼机中，混炼5～10min，收集混炼片材并压制成型，即可制备得高强耐热稳定型管道内衬材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强耐热稳定型管道内衬材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的氮气通入速率为45～50mL/L。
3.根据权利要求1所述的一种高强耐热稳定型管道内衬材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的退火处理温度为450～600℃。
4.根据权利要求1所述的一种高强耐热稳定型管道内衬材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的升温加热为按3℃/min升温至100～110℃。
5.根据权利要求1所述的一种高强耐热稳定型管道内衬材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的压制成型为在150～180℃、10～20MPa下压制成型。
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