CN109280271A - 一种油管内衬用隔热耐磨聚丙烯复合材料管道及其制法 - Google Patents

一种油管内衬用隔热耐磨聚丙烯复合材料管道及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油管内衬用隔热耐磨聚丙烯复合材料管道及其制法，按照重量份计由以下组份组成：聚丙烯100份，改性空心玻璃微珠1‑30份，四[β‑(3，5‑二叔丁基‑4‑羟基苯基)丙酸0.1‑1份，季戊四醇脂0.1‑1份，亚磷酸三(2，4‑二叔丁基苯基)酯0.05‑2份，丁苯橡胶0‑10份；将上述原料置于高速搅拌器中，在室温高速搅拌5‑8分钟，将混合物料通过双螺杆挤出机挤出造粒后，再通过单螺杆挤出机挤出成型。本发明能提高PP复合材料在水润滑条件下的摩擦性能，降低PP复合材料的导热系数，便于加工。

Description

一种油管内衬用隔热耐磨聚丙烯复合材料管道及其制法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种聚丙烯复合材料管道及其制法。
背景技术
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主要包括：杆管偏磨、腐蚀、结垢和结蜡。对于四种瓶颈问题分别采用措施：譬如，通过防偏磨接箍和内衬油管解决杆管偏磨问题；通过加入缓蚀剂和阻垢剂分别解决腐蚀和结垢蜡卡；通过井液加热、保温或加注清防蜡剂解决蜡卡问题。这种“头痛医头、脚痛医脚”的解决方法尽管能够解决技术问题，但是严重地增加了原油开采的成本。
目前使用聚乙烯材料进行油管内衬，提高油管的耐磨、耐腐蚀性能，以延长油井的检泵周期，已被广泛应用。CN201621142629.0公开了一种具有防腐功能的超高分子聚乙烯油管内衬管，该超高分子聚乙烯管体内部设有防腐层，防腐层的内侧圆心位于防腐层外侧圆心的上方，其有效解决超高分子聚乙烯管体下部的防腐蚀层消耗严重的问题，但该技术主要用于输油管道，无法适用于原油举升抽油管。
CN201621142346.6公开了一种耐冲击的超高分子聚乙烯油管内衬管，所述超高分子聚乙烯管基体内侧壁上固定设有若干个凸起；所述超高分子聚乙烯管基体外侧复合有PE中间层，PE中间层外侧复合有保护层。该专利所用内衬材料为超高分子聚乙烯，但导热性能较差。
CN201521071621.5公开了一种高密封性的超高分子聚乙烯油管内衬管，所述超高分子聚乙烯管基体的外壁上设有若干环状加强筋，增大内衬管外壁与油管内壁的摩擦，进而增大内衬管与油管之间的密封程度，防止内衬管滑落。但该衬管的韧性较差。
但一些油田原油含蜡量高，粘度高，流动性差，在原油从井底流经井筒到地面的过程中，随着井筒内原油与地层之间不断发生热交换，原油温度不断降低导致原油蜡析出并在油管内沉积，易阻塞油管，采用电热杆加热技术进行降粘、解堵，耗费大量的电能。因此，需要研发一种能够同时解决上述四种问题的复合材料管道，从而大幅度降低采油成本，提高企业的经济效益。
发明内容
本发明针对现有技术中聚丙烯材料不耐水摩擦的问题，提供一种在聚丙烯中填充空心玻璃微珠，提高PP复合材料在水润滑条件下的摩擦性能，降低PP复合材料的导热系数，便于加工并且综合性能好的聚丙烯复合管，更加有利于其在有杆抽油系统中抽油管的内衬。
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种油管内衬用隔热耐磨聚丙烯复合材料管道，按照重量份计由以下组份组成：聚丙烯100份，改性空心玻璃微珠1-30份，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸0.1-1份，季戊四醇脂0.1-1份，亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯0.05-2份，丁苯橡胶0-10份；将上述原料置于高速搅拌器中，在室温高速搅拌5-8分钟，将混合物料通过双螺杆挤出机挤出造粒后，再通过单螺杆挤出机挤出成型。
优选地，所述改性空心玻璃微珠采用如下方式进行改性：将空心玻璃微珠质量0.8％的KH-560硅烷偶联剂在丙酮中均匀分散，丙酮体积为空心玻璃微珠的2倍，再将空心玻璃微珠加入丙酮溶液中，充分搅拌至丙酮完全蒸发，80℃烘干得到改性空心玻璃微珠。
优选地，按照重量份计由以下组份组成：聚丙烯100份，改性空心玻璃微珠5-15份，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸0.1-0.5份，季戊四醇脂0.1-0.5份，亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯0.05-0.5份，丁苯橡胶1-6份。
优选地，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸、季戊四醇脂0.1-0.5份和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯的比例为3:2:1。
优选地，选用K8303聚丙烯，使用前经120℃干燥10小时后自然冷却至室温。
本发明还公开了上述复合材料管道的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚丙烯经120℃干燥10小时后自然冷却至室温；
(2)对空心玻璃微珠进行改性处理，具体过程为：将空心玻璃微珠质量0.8％的KH-560硅烷偶联剂在丙酮中均匀分散，丙酮体积为空心玻璃微珠的2倍，再将空心玻璃微珠加入丙酮溶液中，充分搅拌至丙酮完全蒸发，80℃烘干得到改性空心玻璃微珠。
(3)将上述原料置于高速搅拌器中，在室温高速搅拌5-8分钟，将混合物料通过双螺杆挤出机挤出造粒后，再通过单螺杆挤出机挤出成型复合管道；其中聚丙烯组合物料挤出所用的双螺杆泵机筒的温度为：进料段温度130℃；混合段温度200℃；挤出段温度195℃；所用单螺杆泵挤出机的螺杆段温度：进料段温度为168℃，混合段温度分别为185℃-186℃，均化段温度为192℃；机头温度为183-185℃。
优选地，步骤(3)中采用铜管定径，铜管定径冷却后切割得到规定尺寸的聚丙烯管道。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种油管内衬用隔热耐磨聚丙烯复合材料管道及其制法，是将一种兼具导热系数低和耐磨性能好的塑料管内衬到油管柱内壁，得到钢塑复合油管，可以同时满足在有杆抽油条件下油管柱保温、防偏磨、防结垢和耐腐蚀等要求，既可以节约油井开采大量的电能，又可以以延长油井的检泵周期，达到节能降耗的目的，为低油价下原油开采提供了一种有益的低成本开采技术。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
首先对空心玻璃微珠进行改性处理，具体过程为：将空心玻璃微珠质量0.8％的KH-560硅烷偶联剂在丙酮中均匀分散，丙酮体积为空心玻璃微珠的2倍，再将空心玻璃微珠加入丙酮溶液中，充分搅拌至丙酮完全蒸发，80℃烘干得到改性空心玻璃微珠。
然后取100份K8303聚丙烯，使用前经120℃干燥10小时后自然冷却至室温，另取8份改性空心玻璃微珠，0.4份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸，0.4份季戊四醇脂和0.1份亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯置于高速搅拌器中，在室温高速搅拌5分钟，将混合物料通过双螺杆挤出机挤出造粒后，通过单螺杆挤出机挤出成型复合管道，采用铜管定径，其中聚丙烯组合物料挤出所用的双螺杆泵机筒的温度为：进料段温度130℃；混合段温度200℃；挤出段温度195℃。所用单螺杆泵挤出机的螺杆段温度：进料段温度为168℃，混合段温度分别为185℃-186℃，均化段温度为192℃；机头温度为183-185℃；铜管定径冷却后切割得到规定尺寸的聚丙烯管道。经取样检测管道的各项性能参数如表1所示。
本实施例通过硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行偶联处理，从而增强空心玻璃微珠与聚丙烯之间的相互结合，提高增强效果；通过填充导热系数低、硬度大和膨胀系数小的空心玻璃微珠，而限制了原料高分子链的运动，因此起到物理交联的作用，提高了改性物料的保温性能、耐摩擦性能和机械强度等性能。
实施例2
取100份K8303聚丙烯，使用前经120℃干燥10小时后自然冷却至室温，另取10份改性空心玻璃微珠(改性步骤同实施例1)，0.3份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸，0.2份季戊四醇脂和0.1份亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯置于高速搅拌器中，在室温高速搅拌5分钟，将混合物料通过双螺杆挤出机挤出造粒后，通过单螺杆挤出机挤出成型复合管道，采用铜管定径，其中聚丙烯组合物料挤出所用的双螺杆泵机筒的温度为：进料段温度130℃；混合段温度200℃；挤出段温度195℃。所用单螺杆泵挤出机的螺杆段温度：进料段温度为168℃，混合段温度分别为185℃-186℃，均化段温度为192℃；机头温度为183-185℃；铜管定径冷却后切割得到规定尺寸的聚丙烯管道。经取样检测管道的各项性能参数如表1所示。
实施例3
取100份K8303聚丙烯，使用前经120℃干燥10小时后自然冷却至室温，另取10份改性空心玻璃微珠(改性步骤同实施例1)，5份丁苯橡胶，0.3份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸，0.2份季戊四醇脂和0.1份亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯置于高速搅拌器中，在室温高速搅拌5
分钟，将混合物料通过双螺杆挤出机挤出造粒后，通过单螺杆挤出机挤出成型复合管道，采用铜管定径，其中聚丙烯组合物料挤出所用的双螺杆泵机筒的温度为：进料段温度130℃；混合段温度200℃；挤出段温度195℃。所用单螺杆泵挤出机的螺杆段温度：进料段温度为168℃，混合段温度分别为185℃-186℃，均化段温度为192℃；机头温度为183-185℃；铜管定径冷却后切割得到规定尺寸的聚丙烯管道。为了保证聚丙烯复合管在内衬时有很好的回弹性能，本实施例通过添加丁苯橡胶提高复合管的韧性。经取样检测管道的各项性能参数如表1所示。
对比例1
取100份K8303聚丙烯，使用前经120℃干燥10小时后自然冷却至室温，通过单螺杆挤出机挤出成型复合管道，采用铜管定径，其中聚丙烯组合物料挤出所用单螺杆泵挤出机的螺杆段温度：进料段温度为168℃，混合段温度分别为185℃-186℃，均化段温度为192℃；机头温度为183-185℃；铜管定径冷却后切割得到规定尺寸的聚丙烯管道。经取样检测管道的各项性能参数如表1所示。
对比例2
取100份K8303聚丙烯，使用前经120℃干燥10小时后自然冷却至室温，另取10份未偶联处理的空心玻璃微珠，0.3份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸，0.2份季戊四醇脂和0.1份亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯置于高速搅拌器中，在室温高速搅拌5分钟，将混合物料通过双螺杆挤出机挤出造粒后，通过单螺杆挤出机挤出成型复合管道，采用铜管定径，其中聚丙烯组合物料挤出所用的双螺杆泵机筒的温度为：进料段温度130℃；混合段温度200℃；挤出段温度195℃。所用单螺杆泵挤出机的螺杆段温度：进料段温度为168℃，混合段温度分别为185℃-186℃，均化段温度为192℃；机头温度为183-185℃；铜管定径冷却后切割得到规定尺寸的聚丙烯管道。经取样检测管道的各项性能参数如表1所示。
表1
指标 实施例1 实施例2 实施例3 参比例1 参比例2 备注
管道直径(mm) 64 64 64 64 64 公差0.2mm
屈服强度(MPa) 16.8 20.0 17.0 20.0 16.0
拉伸强度(MPa) 20.3 21.0 21.0 20.0 17.5
屈服伸长率(％) 4.9 4.9 5.1 5.5 5.0
断裂伸长率(％) 380 385 410 390 370
拉伸模量(MPa) 1208 1340 1080 1000 1050
高速环块摩擦系数 0.10 0.090 0.081 0.14 0.11 水润滑
高速环块磨损质量(mg) 6.3 7.1 4.9 37.0 10.3 水润滑
砂浆磨损率 16.3 15.1 11.5 20.2 18.1 80℃，24h
导热系数 0.135 0.128 0.131 0.214 0.165 室温
表1结果显示，本发明中通过对聚丙烯填充改性后，通过单螺杆泵可以挤出加工外径为50-100mm、壁厚2.5-4mm的管道，并且管道的保温性能佳，耐热腐蚀性、机械强度好，并且具备良好的耐摩擦磨损性能。

Claims (7)

1.一种油管内衬用隔热耐磨聚丙烯复合材料管道，其特征在于，按照重量份计由以下组份组成：聚丙烯100份，改性空心玻璃微珠1-30份，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸0.1-1份，季戊四醇脂0.1-1份，亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯0.05-2份，丁苯橡胶0-10份；将上述原料置于高速搅拌器中，在室温高速搅拌5-8分钟，将混合物料通过双螺杆挤出机挤出造粒后，再通过单螺杆挤出机挤出成型。
2.根据权利要求1所述的一种油管内衬用隔热耐磨聚丙烯复合材料管道，其特征在于，所述改性空心玻璃微珠采用如下方式进行改性：将空心玻璃微珠质量0.8％的KH-560硅烷偶联剂在丙酮中均匀分散，丙酮体积为空心玻璃微珠的2倍，再将空心玻璃微珠加入丙酮溶液中，充分搅拌至丙酮完全蒸发，80℃烘干得到改性空心玻璃微珠。
3.根据权利要求1-2所述的一种油管内衬用隔热耐磨聚丙烯复合材料管道，其特征在于，按照重量份计由以下组份组成：聚丙烯100份，改性空心玻璃微珠5-15份，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸0.1-0.5份，季戊四醇脂0.1-0.5份，亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯0.05-0.5份，丁苯橡胶1-6份。
4.根据权利要求1-2述的一种油管内衬用隔热耐磨聚丙烯复合材料管道，其特征在于，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸、季戊四醇脂0.1-0.5份和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯的比例为3:2:1。
5.根据权利要求1所述的一种油管内衬用隔热耐磨聚丙烯复合材料管道，其特征在于，选用K8303聚丙烯，使用前经120℃干燥10小时后自然冷却至室温。
6.权利要求1-5任一项所述的一种油管内衬用隔热耐磨聚丙烯复合材料管道的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将聚丙烯经120℃干燥10小时后自然冷却至室温；
(2)对空心玻璃微珠进行改性处理，具体过程为：将空心玻璃微珠质量0.8％的KH-560硅烷偶联剂在丙酮中均匀分散，丙酮体积为空心玻璃微珠的2倍，再将空心玻璃微珠加入丙酮溶液中，充分搅拌至丙酮完全蒸发，80℃烘干得到改性空心玻璃微珠。
(3)将上述原料置于高速搅拌器中，在室温高速搅拌5-8分钟，将混合物料通过双螺杆挤出机挤出造粒后，再通过单螺杆挤出机挤出成型复合管道；其中聚丙烯组合物料挤出所用的双螺杆泵机筒的温度为：进料段温度130℃；混合段温度200℃；挤出段温度195℃；所用单螺杆泵挤出机的螺杆段温度：进料段温度为168℃，混合段温度分别为185℃-186℃，均化段温度为192℃；机头温度为183-185℃。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中采用铜管定径，铜管定径冷却后切割得到规定尺寸的聚丙烯管道。
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