CN110805758B - 一种upe复合软管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油钻采用水龙带技术领域，尤其涉及一种UPE复合软管及其制备方法。所述UPE复合软管，沿管径方向，由内到外依次包括：UPE内衬层；复合在所述UPE内衬层上的内胶层，所述内胶层包括氢化丁腈层或丁腈橡胶层；复合在所述内胶层上的第一中胶层，所述第一中胶层的材质包括天然丁苯橡胶；复合在所述第一中胶层上的增强层；复合在所述增强层上的外胶层；复合在所述外胶层上的UPE外保护层。本发明提供的复合软管中搭配了特定材料的层组，各层组协同作用，使得到的UPE复合软管综合性能较优，具体的，UPE复合软管的力学性能和耐磨性能均较优。

Description

一种UPE复合软管及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油钻采用水龙带技术领域，尤其涉及一种UPE复合软管及其制备方法。
背景技术
随着现代化社会的发展，石油在工业生产中占据着重要的地位，被誉为现代工业的血液。在石油旋转钻采中，通常需要使用钻采软管或者钻井设备水龙带柔性连接件将大容量流体泥浆输送到钻头上，而由于泥浆的主要成分为油、水、有机粘土和油溶性等化学处理剂，这就对钻采软管或水龙带的性能如耐磨、耐化学腐蚀等提出严格要求，其质量的好差也直接影响钻井安全及效率。
现有的钻井软管或者水龙带难以平衡各种性能，得到的软管和水龙带在提高一种性能的同时，总会影响到其他性能，进而使得到的软管和水龙带的综合性能较差，因此这不仅限制了钻井软管在复杂地质情况或场所中的应用，而且无形中增加了软管或者水龙带的更换频率和生产成本。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种UPE复合软管及其制备方法，本发明提供的UPE复合软管的力学性能和耐磨性能均较优。
本发明提供了一种UPE复合软管，沿管径方向，由内到外依次包括：
UPE内衬层；
复合在所述UPE内衬层上的内胶层，所述内胶层包括氢化丁腈层或丁腈橡胶层；
复合在所述内胶层上的第一中胶层，所述第一中胶层的材质包括天然丁苯橡胶；
复合在所述第一中胶层上的增强层；
复合在所述增强层上的外胶层；
复合在所述外胶层上的UPE外保护层。
优选的，所述增强层沿管径方向由内到外依次包括：
复合在所述第一中胶层上的帘子布；
复合在所述帘子布上的第二中胶层；
复合在所述第二中胶层上的钢丝缠绕层；
复合在所述钢丝缠绕层上的第三中胶层。
优选的，所述UPE复合软管还包括阻燃复合层；
所述阻燃复合层沿管径方向由内到外依次包括：
复合在所述第三中胶层上的第四中胶层；
复合在所述第四中胶层上的阻燃层；
复合在所述阻燃层上的第五中胶层。
优选的，所述第二中胶层的材质包括天然丁苯橡胶；
所述第三中胶层的材质包括天然丁苯橡胶。
优选的，所述第四中胶层的材质包括天然丁苯橡胶；
所述第五中胶层的材质包括天然丁苯橡胶；
所述阻燃层的材质包括陶瓷纤维；
所述阻燃层的厚度为0.2～0.3mm。
优选的，所述UPE内衬层包括1～6层的UPE膜；所述UPE内衬层中，单层的UPE膜的厚度为0.15mm；
所述内胶层的厚度为3～4mm；
所述第一中胶层的厚度为0.6mm；
所述外胶层的厚度为3.5mm；
所述UPE外保护层包括两层UPE膜；所述UPE外保护层中，单层的UPE膜的厚度为0.15mm。
本发明还提供了一种上文所述UPE复合软管的制备方法，包括以下步骤：
A)将第一UPE膜缠绕在芯杆上，经硫化热熔制得UPE内衬层；
B)在所述UPE内衬层外表面涂布粘合剂，覆上内胶层；
C)在所述内胶层上依次铺设第一中胶层、增强层、第二中胶层、外胶层和第二UPE膜，得到的复合层经硫化处理，得到UPE复合软管。
优选的，在所述内胶层上依次铺设第一中胶层、增强层、第二中胶层，具体的步骤包括：
a)在所述内胶层上铺设第一中胶层；
b)在所述第一中胶层上缠绕帘子布，涂布粘合剂，再铺设第二中胶层；
c)在所述第二中胶层上缠绕钢丝，得到钢丝缠绕层，再铺设第三中胶层，得到的复合层进行硫化后，在所述第三中胶层上涂布粘合剂，铺设第二中胶层；
步骤c)中，所述硫化的温度为155～165℃，所述硫化的时间为40～60min。
优选的，步骤c)中，在所述第三中胶层上涂布粘合剂后，还包括：
依次铺设第四中胶层、阻燃层和第五中胶层。
优选的，步骤A)中，所述硫化的温度为155～165℃，所述硫化的时间为30～40min；
步骤C)中，所述硫化处理具体包括：
在0.5～0.6MPa下，将得到的复合层升温至150～170℃，保温1h后，降温。
本发明提供了一种UPE复合软管，沿管径方向，由内到外依次包括：UPE内衬层；复合在所述UPE内衬层上的内胶层，所述内胶层包括氢化丁腈层或丁腈橡胶层；复合在所述内胶层上的第一中胶层，所述第一中胶层的材质包括天然丁苯橡胶；复合在所述第一中胶层上的增强层；复合在所述增强层上的外胶层；复合在所述外胶层上的UPE外保护层。本发明提供的复合软管中搭配了特定材料的层组，各层组协同作用，使得到的UPE复合软管综合性能较优，具体的，UPE复合软管的力学性能和耐磨性能均较优。
实验结果表明，本发明制备得到的UPE复合软管的撕裂强度不低于65.9N/mm2，扯断伸长率不低于354％，力学性能远远优于国家标准。本发明实施例中的UPE复合软管的泵送量不低于43000m3，远优于不锈钢管和橡胶软管，因而，耐磨性能较优。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明提供了一种UPE复合软管，其特征在于，沿管径方向，由内到外依次包括：
UPE内衬层；
复合在所述UPE内衬层上的内胶层，所述内胶层包括氢化丁腈层或丁腈橡胶层；
复合在所述内胶层上的第一中胶层，所述第一中胶层的材质包括天然丁苯橡胶；
复合在所述第一中胶层上的增强层；
复合在所述增强层上的外胶层；
复合在所述外胶层上的UPE外保护层。
本发明提供的UPE复合软管包括UPE内衬层。本发明中，所述UPE内衬层为UPE膜。在本发明的某些实施例中，所述UPE内衬层包括1～6层的UPE膜。在本发明的某些实施例中，单层的UPE膜的厚度为0.15mm。
本发明提供的UPE复合软管还包括内胶层。内胶层复合在所述UPE内衬层上。本发明中，所述内胶层为氢化丁腈层或丁腈橡胶层。
在本发明的某些实施例中，所述氢化丁腈层的组分包括氢化丁腈橡胶、丙烯酸钠盐离子键聚合体、氧化锌、硫磺、硫化促进剂、补强剂、软化剂、增粘树脂和防老剂。在本发明的某些实施例中，所述氢化丁腈层按重量份数计包括：80～85份氢化丁腈橡胶、15～20份丙烯酸钠盐离子键聚合体、3～8份氧化锌、0.2～0.8份硫磺、6～8份硫化促进剂、68～72份补强剂、15～20份软化剂、3～8份增粘树脂和1～5份防老剂。
在本发明的某些实施例中，所述氢化丁腈橡胶的重量份数为82份。在本发明的某些实施例中，所述丙烯酸钠盐离子键聚合体的重量份数为18份。在本发明的某些实施例中，所述丙烯酸钠盐离子键聚合体可以为杜邦公司生产的Surlyn 1802。在本发明的某些实施例中，所述氧化锌的重量份数为5份。在本发明的某些实施例中，所述硫磺的重量份数为0.5份。在本发明的某些实施例中，所述硫化促进剂包括硫化促进剂MBS和硫化促进剂TMTD。在本发明的某些实施例中，所述硫化促进剂MBS和硫化促进剂TMTD的质量比为5～6：1～2。在本发明的某些实施例中，所述硫化促进剂的重量份数为7份，包括5.5重量份的硫化促进剂MBS和1.5重量份的硫化促进剂TMTD。在本发明的某些实施例中，所述补强剂的重量份数为70份。在本发明的某些实施例中，所述补强剂包括炭黑N550和炭黑N774。在本发明的某些实施例中，所述炭黑N550和炭黑N774的质量比3：2。在本发明的某些实施例中，所述软化剂的重量份数为18份。在本发明的某些实施例中，所述软化剂为偏苯三酸三辛酯。在本发明的某些实施例中，所述增粘树脂的重量份数为5份。在本发明的某些实施例中，所述增粘树脂为酚醛树脂或古马隆树脂。在本发明的某些实施例中，所述防老剂的重量份数为3份。在本发明的某些实施例中，所述防老剂包括防老剂4020和防老剂MB。在本发明的某些实施例中，所述防老剂4020和防老剂MB的质量比为7：3。
在本发明的某些实施例中，所述氢化丁腈层的组分还包括1,1-二叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷。1,1-二叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷的作用为交联剂。在本发明的某些实施例中，所述1,1-二叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷的重量份数为0.5～1份。在某些实施例中，所述1,1-二叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷的重量份数为0.6份。
本发明还提供了一种上文所述氢化丁腈层的制备方法，包括：
a1)将氢化丁腈橡胶和丙烯酸钠盐离子键聚合体在80～100℃下合炼2～3min；
a2)将合炼后的混合物、氧化锌、部分硫化促进剂、补强剂、软化剂、增粘树脂和防老剂混炼均匀，然后在110℃以下进行排胶；
a3)将排胶后的混合物、硫磺和剩余的硫化促进剂在86～88℃下薄通开炼2～5min，得到氢化丁腈层。
本发明提供的氢化丁腈层的制备方法中，各原料的组分和配比同上，在此不再赘述。本发明对上述采用的各原料的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。
在本发明的某些实施例中，步骤a2)中的硫化促进剂为硫化促进剂MBS。在本发明的某些实施例中，步骤a3)中的硫化促进剂为硫化促进剂TMTD。本发明对所述MBS和TMTD的配比并无特殊的限制。
在本发明的某些实施例中，步骤a3)为：将排胶后的混合物、硫磺、剩余的硫化促进剂和1,1-二叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷在86～88℃下薄通开炼2～5min，得到氢化丁腈层。
在本发明的某些实施例中，步骤a2)和步骤a3)在密炼机中进行。在本发明的某些实施例中，步骤a3)在开炼机中进行。
在本发明的某些实施例中，所述丁腈橡胶层的组分包括丁腈胶、补强剂、软化剂、防老剂、粘合剂、促进剂、防焦剂和硫化剂。在本发明的某些实施例中，所述丁腈橡胶层按重量份数计包括10～80份丁腈胶、95～105份补强剂、15～20份软化剂、1～3份防老剂、3～7份粘合剂、0.3～0.8份促进剂、0.1～0.5份防焦剂和1～1.5份硫化剂。
在本发明的某些实施例中，所述丁腈胶的重量份数为60份。在本发明的某些实施例中，所述补强剂的重量份数为100份。在本发明的某些实施例中，所述补强剂包括炭黑和白炭黑。在本发明的某些实施例中，所述炭黑与白炭黑的质量比为9：1。在本发明的某些实施例中，所述软化剂的重量份数为17份。在本发明的某些实施例中，所述软化剂包括邻苯二甲酸二辛酯、古马隆、氧化锌和硬脂酸。在本发明的某些实施例中，所述邻苯二甲酸二辛酯、古马隆、氧化锌和硬脂酸的质量比为10：3：3：1。在本发明的某些实施例中，所述防老剂的重量份数为2份。在本发明的某些实施例中，所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉。在本发明的某些实施例中，所述粘合剂的重量份数为5份。在本发明的某些实施例中，所述粘合剂为粘合剂RC。在本发明的某些实施例中，所述促进剂的重量份数为0.5份。在本发明的某些实施例中，所述促进剂为N-环己基-2-笨并噻唑次磺酰胺。在本发明的某些实施例中，所述防焦剂的重量份数为0.3份。在本发明的某些实施例中，所述防焦剂为CPT。在本发明的某些实施例中，所述硫化剂的重量份数为1.3份。在本发明的某些实施例中，所述硫化剂包括硫磺和硫化剂DCP。在本发明的某些实施例中，所述硫磺和硫化剂DCP的质量比为1：0.3。
本发明还提供了一种上文所述丁腈橡胶层的制备方法，包括：
b1)将丁腈胶、补强剂、软化剂、防老剂、粘合剂和防焦剂在80～100℃下混炼均匀，然后在110℃以下进行排胶；
b2)将排胶后的混合物、硫化剂和促进剂在86～88℃下开炼2～5min，得到丁腈橡胶层。
本发明提供的氢化丁腈层的制备方法中，各原料的组分和配比同上，在此不再赘述。本发明对上述采用的各原料的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。
在本发明的某些实施例中，步骤b1)在密炼机中进行。在本发明的某些实施例中，步骤b2)在开炼机中进行。
在本发明的某些实施例中，所述内胶层的厚度为3～4mm。
在本发明的某些实施例中，所述内胶层复合在所述UPE内衬层上的复合方式为粘合。具体的，可以通过粘合剂将内胶层粘结在所述UPE内衬层上。在本发明的某些实施例中，所述粘合剂为开姆洛克250。
本发明提供的UPE复合软管还包括第一中胶层。所述第一中胶层复合在所述内胶层上。本发明中，所述第一中胶层的材质包括天然丁苯橡胶。在本发明的某些实施例中，所述第一中胶层为天然丁苯橡胶层。
在本发明的某些实施例中，所述第一中胶层的厚度为0.4～0.8mm。在某些实施例中，所述第一中胶层的厚度为0.6mm。
在本发明的某些实施例中，所述第一中胶层复合在所述内胶层上的复合方式为粘合。
本发明提供的UPE复合软管还包括增强层。所述增强层复合在所述第一中胶层上。
在本发明的某些实施例中，所述增强层沿管径方向由内到外依次包括：
复合在所述第一中胶层上的帘子布；
复合在所述帘子布上的第二中胶层；
复合在所述第二中胶层上的钢丝缠绕层；
复合在所述钢丝缠绕层上的第三中胶层。
本发明提供的增强层包括帘子布。所述帘子布复合在所述第一中胶层上。在本发明的某些实施例中，所述帘子布复合在所述第一中胶层上的复合方式为：将帘子布缠绕到第一中胶层上。
在本发明的某些实施例中，所述帘子布的层数为两层。在本发明的某些实施例中，所述单层帘子布的厚度为0.8～1.2mm。在某些实施例中，所述单层帘子布的厚度为1.0mm。在本发明的某些实施例中，所述单层帘子布的规格为2000D*3。
本发明提供的增强层还包括第二中胶层。所述第二中胶层复合在所述帘子布上。本发明中，所述第二中胶层的材质包括天然丁苯橡胶。在本发明的某些实施例中，所述第二中胶层为天然丁苯橡胶层。
在本发明的某些实施例中，所述第二中胶层复合在所述帘子布上的复合方式为粘合。具体的，可以通过粘合剂将第二中胶层粘结在所述帘子布上。在本发明的某些实施例中，所述粘合剂为开姆洛克250。
在本发明的某些实施例中，所述第二中胶层的厚度为0.4～0.8mm。在某些实施例中，所述第二中胶层的厚度为0.6mm。
本发明提供的增强层还包括钢丝缠绕层。所述钢丝缠绕层复合在所述第二中胶层上。在本发明的某些实施例中，所述钢丝缠绕层的层数为4～7层。在本发明的某些实施例中，所述钢丝缠绕层的厚度为16.5～18mm。在某些实施例中，所述钢丝缠绕层的厚度为17mm。
在本发明的某些实施例中，所述钢丝缠绕层由钢丝缠绕在所述第二中胶层上得到。本发明对所述钢丝的缠绕方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的缠绕方法即可。
本发明提供的增强层还包括第三中胶层。所述第三中胶层复合在所述钢丝缠绕层上。本发明中，所述第三中胶层的材质包括天然丁苯橡胶。在本发明的某些实施例中，所述第三中胶层为天然丁苯橡胶层。
在本发明的某些实施例中，所述第三中胶层的厚度为0.4～0.8mm。在某些实施例中，所述第三中胶层的厚度为0.6mm。
在本发明的某些实施例中，将帘子布缠绕到第一中胶层上，在帘子布上涂布粘合剂，接着铺设第二中胶层，再在所述第二中胶层上缠绕钢丝，得到钢丝缠绕层，然后，在所述钢丝缠绕层上铺设第三中胶层，得到的复合层进行硫化后，实现各层的粘合，得到增强层。
本发明进一步采用特定的增强层，使得软管具有更高的力学强度，软管可以实现的工作压力较高(高达15000PSI)，爆破压力较高(高达33750PSI)，不仅能够适用不同的地质环境或领域，如盾构机、喷砂机、混凝土、隧道开凿、输送高腐蚀性流体，钻采领域、修井领域，而且对28％的盐酸或者金刚砂等不同介质都有较好的输送效果。
本发明提供的UPE复合软管还包括外胶层。所述外胶层复合在所述增强层上。本发明中，所述外胶层的材质包括UPE和/或丁腈橡胶。
在本发明的某些实施例中，所述外胶层的厚度为3～4mm。在某些实施例中，所述外胶层的厚度为3.5mm。
在本发明的某些实施例中，所述UPE复合软管还包括阻燃复合层。在本发明的某些实施例中，所述阻燃复合层沿管径方向由内到外依次包括：
复合在所述第三中胶层上的第四中胶层；
复合在所述第四中胶层上的阻燃层；
复合在所述阻燃层上的第五中胶层。
本发明提供的阻燃复合层包括第四中胶层。所述第四中胶层复合在所述第三中胶层上。本发明中，所述第四中胶层的材质包括天然丁苯橡胶。在本发明的某些实施例中，所述第四中胶层为天然丁苯橡胶层。
在本发明的某些实施例中，所述第四中胶层的厚度为0.4～0.8mm。在某些实施例中，所述第四中胶层的厚度为0.6mm。
在本发明的某些实施例中，所述第四中胶层复合在所述第三中胶层上的复合方式为粘合。具体的，可以通过粘合剂将第四中胶层粘结在所述第三中胶层上。在本发明的某些实施例中，所述粘合剂为开姆洛克250。
本发明提供的阻燃复合层还包括阻燃层。所述阻燃层复合在所述第四中胶层上。在本发明的某些实施例中，所述阻燃层的材质包括陶瓷纤维。在本发明的某些实施例中，所述阻燃层为陶瓷纤维层。
在本发明的某些实施例中，所述阻燃层的厚度为0.2～0.3mm。
本发明提供的阻燃复合层还包括第五中胶层。所述第五中胶层复合在所述阻燃层上。本发明中，所述第五中胶层的材质包括天然丁苯橡胶。在本发明的某些实施例中，所述第五中胶层为天然丁苯橡胶层。
在本发明的某些实施例中，所述第五中胶层的厚度为0.4～0.8mm。在某些实施例中，所述第五中胶层的厚度为0.6mm。
在本发明的某些实施例中，所述外胶层复合在所述第五中胶层上。
本发明提供的UPE复合软管还包括UPE外保护层。所述UPE外保护层复合在所述外胶层上。
本发明中，所述UPE外保护层为UPE膜。在本发明的某些实施例中，所述UPE外保护层包括2层UPE膜。在本发明的某些实施例中，单层的UPE膜的厚度为0.15mm。
在本发明的某些实施例中，所述UPE复合软管还包括不锈钢层。所述不锈钢层复合在所述UPE外保护层上。
本发明中的UPE外保护层有利于保证UPE复合软管的良好性能和使用寿命。
本发明提供的复合软管中搭配了特定材料的层组，各层组协同作用，使得到的UPE复合软管综合性能较优，具体的，抗拉强度、耐化学腐蚀性能和耐磨性能均较优。
本发明还提供了一种上文所述UPE复合软管的制备方法，包括以下步骤：
A)将第一UPE膜缠绕在芯杆上，经硫化热熔制得UPE内衬层；
B)在所述UPE内衬层外表面涂布粘合剂，覆上内胶层；
C)在所述内胶层上依次铺设第一中胶层、增强层、第二中胶层、外胶层和第二UPE膜，得到的复合层经硫化处理、脱芯杆，得到UPE复合软管。
本发明先将第一UPE膜缠绕在芯杆上，经硫化热熔制得UPE内衬层。
本发明对所述芯杆的来源和种类并无特殊的限制，可以为一般市售。在本发明的某些实施例中，所述缠绕的层数为1～6层。
在本发明的某些实施例中，所述硫化的温度为155～165℃。在本发明的某些实施例中，所述硫化的时间为30～40min。硫化的作用：橡胶大分子在加热下与硫化剂发生反应，线性结构交联成网状结构，经过硫化后的橡胶，改变了原有强度低、弹性小、冷硬热粘、易老化等缺陷，橡胶耐磨性、耐热性、抗溶胀性等加工性能明显改善。
得到UPE内衬层后，在所述UPE内衬层外表面涂布粘合剂，覆上内胶层。
在本发明的某些实施例中，所述内胶层的组分同上，在此不再赘述。
在本发明的某些实施例中，所述粘合剂为开姆洛克250。
覆上内胶层后，在所述内胶层上依次铺设第一中胶层、增强层、第二中胶层、外胶层和第二UPE膜，得到的复合层经硫化处理，得到UPE复合软管。
在本发明的某些实施例中，在所述内胶层上依次铺设第一中胶层、增强层、第二中胶层，具体的步骤包括：
a)在所述内胶层上铺设第一中胶层；
b)在所述第一中胶层上缠绕帘子布，涂布粘合剂，再铺设第二中胶层；
c)在所述第二中胶层上缠绕钢丝，得到钢丝缠绕层，再铺设第三中胶层，得到的复合层进行硫化后，在所述第三中胶层上涂布粘合剂，铺设第二中胶层。
在本发明的某些实施例中，步骤b)中，所述缠绕的层数为两层。本发明对所述帘子布的缠绕方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的缠绕方法即可。
在本发明的某些实施例中，步骤c)中，所述缠绕的层数为4～7层。本发明对所述钢丝的缠绕方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的缠绕方法即可。
在本发明的某些实施例中，步骤c)中，所述硫化的温度为155～165℃，所述硫化的时间为40～60min。
在本发明的某些实施例中，进行硫化处理的复合层上缠绕水布。本发明对所述水布的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。缠绕水布的作用：缠绕水布给予管体一定的压力，防止橡胶管体在受热过程中过度膨胀。
在本发明的某些实施例中，所述第三中胶层上涂布的粘合剂为开姆洛克250。
在本发明的某些实施例中，在所述第三中胶层上涂布粘合剂后，还包括：
依次铺设第四中胶层、阻燃层和第五中胶层，然后，再铺设外胶层和第二UPE膜。
铺设完成后，得到的复合层经硫化处理，得到UPE复合软管。
在本发明的某些实施例中，所述硫化处理具体包括：
在0.5～0.6MPa下，将得到的复合层升温至150～170℃，保温1h后，降温。
在本发明的某些实施例中，所述升温的时间为2～3h。在本发明的某些实施例中，所述降温的时间为3～6h。在本发明的某些实施例中，所述降温后的温度为室温。
在本发明的某些实施例中，铺设第二UPE膜后，还包括在所述第二UPE膜上铠装不锈钢层。
本发明提供的UPE复合软管的制备方法中，各层组的组分和厚度同上，在此不再赘述。
本发明对上文采用的原料及原料层的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。
本发明提供了一种UPE复合软管，沿管径方向，由内到外依次包括：UPE内衬层；复合在所述UPE内衬层上的内胶层，所述内胶层包括氢化丁腈层或丁腈橡胶层；复合在所述内胶层上的第一中胶层，所述第一中胶层的材质包括天然丁苯橡胶；复合在所述第一中胶层上的增强层；复合在所述增强层上的外胶层；复合在所述外胶层上的UPE外保护层。本发明提供的复合软管中搭配了特定材料的层组，各层组协同作用，使得到的UPE复合软管综合性能较优，具体的，抗拉强度、耐化学腐蚀性能和耐磨性能均较优。
相比于传统的石油钻采用软管，本发明提供的UPE复合软管具有更好的耐高温、耐油、耐腐蚀、耐磨、自润滑和冲击吸收性能，在输送石油流体的过程中，摩擦阻力更小，不易沾附石蜡、沥青等粘稠物，更易于清洗。
本发明提供的UPE复合软管可以在浓度＜80％的浓盐酸、浓度＜75％的硫酸、浓度＜20％的硝酸中保持稳定的化学性能。所述UPE复合软管具有良好的自润滑性。
本发明提供的UPE复合软管的使用温度为80～100℃，UPE复合软管的使用寿命可达数十年。
本发明提供的UPE复合软管应用于新疆地区实际工况6000米以下，50米油层页岩油田的开采、修井过程中，缩短了修井时间，避免频繁更换钻头，显著提高了钻采效率。
实验结果表明，本发明制备得到的UPE复合软管的撕裂强度不低于65.9N/mm2，扯断伸长率不低于354％，力学性能远远优于国家标准。本发明实施例中的UPE复合软管的泵送量不低于43000m3，远优于不锈钢管和橡胶软管，因而，耐磨性能较优。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种UPE复合软管及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例所用的原料均为一般市售。
实施例1
氢化丁腈层按重量份数计包括：82份氢化丁腈橡胶、18份丙烯酸钠盐离子键聚合体Surlyn 1802、5份氧化锌、0.5份硫磺、5.5份硫化促进剂MBS、1.5份硫化促进剂TMTD、70份补强剂(炭黑N550和炭黑N774，炭黑N550和炭黑N774的质量比3：2)、18份软化剂偏苯三酸三辛酯、5份增粘树脂酚醛树脂和3份防老剂(防老剂4020和防老剂MB，防老剂4020和防老剂MB的质量比为7：3)。
氢化丁腈层的制备方法：
a1)将氢化丁腈橡胶和丙烯酸钠盐离子键聚合体Surlyn 1802在90℃下合炼3min；
a2)将合炼后的混合物、氧化锌、硫化促进剂MBS、补强剂、软化剂、增粘树脂和防老剂混炼均匀，然后在100℃下进行排胶；
a3)将排胶后的混合物、硫磺、硫化促进剂TMTD和1,1-二叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷在87℃下薄通开炼3min，得到氢化丁腈层。
实施例2
(1)在芯杆上缠绕一层UPE膜，在160℃下热熔30min，制得厚度为0.15mm的UPE内衬层；
(2)在UPE内衬层外表面涂上一层粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，然后铺设3mm厚实施例1制得的氢化丁腈层；
(3)在所述氢化丁腈层上铺设第一天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)，之后缠绕2层帘子布(单层帘子布的厚度为1.0mm)，涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，接着铺设第二天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(4)在第二天然丁苯橡胶层上缠绕4层钢丝，得到钢丝缠绕层(厚度17mm)，再铺设第三天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(5)在步骤(4)得到的复合层上缠绕水布，然后在160℃硫化处理40min；
(6)硫化完成后解开水布，在所述第三天然丁苯橡胶层外表面涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，依次铺设第四天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)、外胶层(丁腈橡胶层，厚度3.5mm)和两层UPE膜(单层膜的厚度0.15mm)；
(7)在铺设完UPE膜的管体上缠绕水布进行硫化处理，硫化过程为在0.5Mpa压力下，由室温连续升温2个小时至150℃，保温1h，然后梯度降温3h至室温，硫化完成后，得到UPE复合软管。
实施例3
(1)在芯杆上缠绕一层UPE膜，在160℃下热熔30min，制得厚度为0.15mm的UPE内衬层；
(2)在UPE内衬层外表面涂上一层粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，然后铺设3mm厚实施例1制得的氢化丁腈层；
(3)在所述氢化丁腈层上铺设第一天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)，之后缠绕2层帘子布(单层帘子布的厚度为1.0mm)，涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，接着铺设第二天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(4)在第二天然丁苯橡胶层上缠绕4层钢丝，得到钢丝缠绕层(厚度17mm)，再铺设第三天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(5)在步骤(4)得到的复合层上缠绕水布，然后在160℃硫化处理40min；
(6)硫化完成后解开水布，在所述第三天然丁苯橡胶层外表面涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，依次铺设第四天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)和厚度为0.2mm的陶瓷纤维层；
(7)在所述陶瓷纤维层上依次铺设第五天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)、外胶层(丁腈橡胶层，厚度3.5mm)和两层UPE膜(单层膜的厚度0.15mm)；
(8)在铺设完UPE膜的管体上缠绕水布进行硫化处理，硫化过程为在0.5Mpa压力下，由室温连续升温2个小时至150℃，保温1h，然后梯度降温3h至室温，硫化完成后，得到UPE复合软管。
实施例4
按照实施例3的制备方法进行到步骤(7)，完成步骤(7)中铺设UPE膜后，在所述UPE膜上铠装不锈钢层，得到UPE复合软管。
实施例5
(1)在芯杆上缠绕3层UPE膜，在160℃下热熔30min，制得厚度为0.45mm的UPE内衬层；
(2)在UPE内衬层外表面涂上一层粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，然后铺设3.5mm厚实施例1制得的氢化丁腈层；
(3)在所述氢化丁腈层上铺设第一天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)，之后缠绕2层帘子布(单层帘子布的厚度为1.0mm)，涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，接着铺设第二天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(4)在第二天然丁苯橡胶层上缠绕6层钢丝，得到钢丝缠绕层(厚度17mm)，再铺设第三天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(5)在步骤(4)得到的复合层上缠绕水布，然后在160℃硫化处理50min；
(6)硫化完成后解开水布，在所述第三天然丁苯橡胶层外表面涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，依次铺设第四天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)、外胶层(丁腈橡胶层，厚度3.5mm)和两层UPE膜(单层膜的厚度0.15mm)；
(7)在铺设完UPE膜的管体上缠绕水布进行硫化处理，硫化过程为在0.55Mpa压力下，由室温连续升温2.5个小时至160℃，保温1h，然后梯度降温4.5h至室温，硫化完成后，得到UPE复合软管。
实施例6
(1)在芯杆上缠绕3层UPE膜，在160℃下热熔30min，制得厚度为0.45mm的UPE内衬层；
(2)在UPE内衬层外表面涂上一层粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，然后铺设3.5mm厚实施例1制得的氢化丁腈层；
(3)在所述氢化丁腈层上铺设第一天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)，之后缠绕2层帘子布(单层帘子布的厚度为1.0mm)，涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，接着铺设第二天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(4)在第二天然丁苯橡胶层上缠绕6层钢丝，得到钢丝缠绕层(厚度17mm)，再铺设第三天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(5)在步骤(4)得到的复合层上缠绕水布，然后在160℃硫化处理50min；
(6)硫化完成后解开水布，在所述第三天然丁苯橡胶层外表面涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，依次铺设第四天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)和厚度为0.25mm的陶瓷纤维层；
(7)在所述陶瓷纤维层上依次铺设第五天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)、外胶层(丁腈橡胶层，厚度3.5mm)和两层UPE膜(单层膜的厚度0.15mm)；
(8)在铺设完UPE膜的管体上缠绕水布进行硫化处理，硫化过程为在0.55Mpa压力下，由室温连续升温2.5个小时至160℃，保温1h，然后梯度降温4.5h至室温，硫化完成后，得到UPE复合软管。
实施例7
按照实施例6的制备方法进行到步骤(7)，完成步骤(7)中铺设UPE膜后，在所述UPE膜上铠装不锈钢层，得到UPE复合软管。
实施例8
(1)在芯杆上缠绕6层UPE膜，在160℃下热熔30min，制得厚度为0.9mm的UPE内衬层；
(2)在UPE内衬层外表面涂上一层粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，然后铺设4mm厚实施例1制得的氢化丁腈层；
(3)在所述氢化丁腈层上铺设第一天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)，之后缠绕2层帘子布(单层帘子布的厚度为1.0mm)，涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，接着铺设第二天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(4)在第二天然丁苯橡胶层上缠绕7层钢丝，得到钢丝缠绕层(厚度17mm)，再铺设第三天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(5)在步骤(4)得到的复合层上缠绕水布，然后在160℃硫化处理60min；
(6)硫化完成后解开水布，在所述第三天然丁苯橡胶层外表面涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，依次铺设第四天然丁苯橡胶层、外胶层(丁腈橡胶层，厚度3.5mm)和两层UPE膜(单层膜的厚度0.15mm)；
(7)在铺设完UPE膜的管体上缠绕水布进行硫化处理，硫化过程为在0.6Mpa压力下，由室温连续升温3个小时至170℃，保温1h，然后梯度降温6h至室温，硫化完成后，得到UPE复合软管。
实施例9
(1)在芯杆上缠绕6层UPE膜，在160℃下热熔30min，制得厚度为0.9mm的UPE内衬层；
(2)在UPE内衬层外表面涂上一层粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，然后铺设4mm厚实施例1制得的氢化丁腈层；
(3)在所述氢化丁腈层上铺设第一天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)，之后缠绕2层帘子布(单层帘子布的厚度为1.0mm)，涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，接着铺设第二天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(4)在第二天然丁苯橡胶层上缠绕7层钢丝，得到钢丝缠绕层(厚度17mm)，再铺设第三天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(5)在步骤(4)得到的复合层上缠绕水布，然后在160℃硫化处理60min；
(6)硫化完成后解开水布，在所述第三天然丁苯橡胶层外表面涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，依次铺设第四天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)和厚度为0.25mm的陶瓷纤维层；
(7)在所述陶瓷纤维层上依次铺设第五天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)、外胶层(丁腈橡胶层，厚度3.5mm)和两层UPE膜(单层膜的厚度0.15mm)；
(8)在铺设完UPE膜的管体上缠绕水布进行硫化处理，硫化过程为在0.6Mpa压力下，由室温连续升温3个小时至170℃，保温1h，然后梯度降温6h至室温，硫化完成后，得到UPE复合软管。
实施例10
按照实施例9的制备方法进行到步骤(7)，完成步骤(7)中铺设UPE膜后，在所述UPE膜上铠装不锈钢层，得到UPE复合软管。
实施例11
丁腈橡胶层按重量份数计包括60份丁腈胶、100份补强剂(炭黑与白炭黑的质量比为9：1)、17份软化剂(邻苯二甲酸二辛酯、古马隆、氧化锌和硬脂酸的质量比为10：3：3：1)、2份2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉、5份粘合剂RC、0.3～0.8份促进剂、0.3份防焦剂CPT和1.3份硫化剂(硫磺和硫化剂DCP的质量比为1：0.3)。
丁腈橡胶层的制备方法：
b1)将丁腈胶、补强剂、软化剂、防老剂、粘合剂和防焦剂在90℃下混炼均匀，然后在100℃下进行排胶；
b2)将排胶后的混合物、硫化剂和促进剂在87℃下开炼3min，得到丁腈橡胶层。
实施例12
(1)在芯杆上缠绕一层UPE膜，在160℃下热熔30min，制得厚度为0.15mm的UPE内衬层；
(2)在UPE内衬层外表面涂上一层粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，然后铺设3mm厚实施例2制得的丁腈橡胶层；
(3)在所述氢化丁腈层上铺设第一天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)，之后缠绕2层帘子布(单层帘子布的厚度为1.0mm)，涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，接着铺设第二天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(4)在第二天然丁苯橡胶层上缠绕4层钢丝，得到钢丝缠绕层(厚度17mm)，再铺设第三天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(5)在步骤(4)得到的复合层上缠绕水布，然后在160℃硫化处理40min；
(6)硫化完成后解开水布，在所述第三天然丁苯橡胶层外表面涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，依次铺设第四天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)、外胶层(丁腈橡胶层，厚度3.5mm)和两层UPE膜(单层膜的厚度0.15mm)；
(7)在铺设完UPE膜的管体上缠绕水布进行硫化处理，硫化过程为在0.5Mpa压力下，由室温连续升温2个小时至150℃，保温1h，然后梯度降温3h至室温，硫化完成后，得到UPE复合软管。
实施例13
(1)在芯杆上缠绕一层UPE膜，在160℃下热熔30min，制得厚度为0.15mm的UPE内衬层；
(2)在UPE内衬层外表面涂上一层粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，然后铺设3mm厚实施例2制得的丁腈橡胶层；
(3)在所述氢化丁腈层上铺设第一天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)，之后缠绕2层帘子布(单层帘子布的厚度为1.0mm)，涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，接着铺设第二天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(4)在第二天然丁苯橡胶层上缠绕4层钢丝，得到钢丝缠绕层(厚度17mm)，再铺设第三天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)；
(5)在步骤(4)得到的复合层上缠绕水布，然后在160℃硫化处理40min；
(6)硫化完成后解开水布，在所述第三天然丁苯橡胶层外表面涂粘合剂(型号：chemllok，开姆洛克250)，依次铺设第四天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)和厚度为0.2mm的陶瓷纤维层；
(7)在所述陶瓷纤维层上依次铺设第五天然丁苯橡胶层(厚度0.6mm)、外胶层(丁腈橡胶层，厚度3.5mm)和两层UPE膜(单层膜的厚度0.15mm)；
(8)在铺设完UPE膜的管体上缠绕水布进行硫化处理，硫化过程为在0.5Mpa压力下，由室温连续升温2个小时至150℃，保温1h，然后梯度降温3h至室温，硫化完成后，得到UPE复合软管。
实施例14
按照实施例13的制备方法进行到步骤(7)，完成步骤(7)中铺设UPE膜后，在所述UPE膜上铠装不锈钢层，得到UPE复合软管。
实施例15
根据标准(DIN EN ISO)527-3/5/100检测实施例2～10、12～14制备得到的UPE复合软管的力学性能，如表1所示。
表1实施例2～10、12～14制备得到的UPE复合软管的力学性能
撕裂强度(N/mm<sup>2</sup>) 扯断伸长率％
标准值 ＞30 ＞240
实施例2 66.5 357
实施例3 68.4 362
实施例4 65.9 354
实施例5 66.7 358
实施例6 66.8 364
实施例7 66.8 365
实施例8 66.7 357
实施例9 66.8 358
实施例10 66.3 359
实施例12 66.7 367
实施例13 66.8 362
实施例14 66.7 360
从表1可以看出，本发明制备得到的UPE复合软管的撕裂强度不低于65.9N/mm2，扯断伸长率不低于354％，力学性能远远优于国家标准。
实施例16
采用相同管径的橡胶软管、不锈钢管及实施例2～10、12～14制备得到的UPE复合软管，输送砂石粒径为15～25mm，以实际工作寿命为依据，检测各种管的耐磨性能，如表2所示。
表2相同管径的橡胶软管、不锈钢管及实施例2～10、12～14制备得到的UPE
复合软管的耐磨性能
Figure BDA0002267777400000191
Figure BDA0002267777400000201
从表2可以看出，本发明实施例中的UPE复合软管的泵送量不低于43000m3，远优于不锈钢管和橡胶软管，因而，耐磨性能较优。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种UPE复合软管，其特征在于，沿管径方向，由内到外依次包括：
UPE内衬层；
复合在所述UPE内衬层上的内胶层，所述内胶层包括氢化丁腈层或丁腈橡胶层；
复合在所述内胶层上的第一中胶层，所述第一中胶层的材质包括天然丁苯橡胶；
复合在所述第一中胶层上的增强层；
复合在所述增强层上的外胶层，所述外胶层的材质包括UPE和/或丁腈橡胶；
复合在所述外胶层上的UPE外保护层；
所述增强层沿管径方向由内到外依次包括：
复合在所述第一中胶层上的帘子布；
复合在所述帘子布上的第二中胶层，所述第二中胶层的材质包括天然丁苯橡胶；
复合在所述第二中胶层上的钢丝缠绕层，所述钢丝缠绕层由钢丝缠绕在所述第二中胶层上得到；
复合在所述钢丝缠绕层上的第三中胶层，所述第三中胶层的材质包括天然丁苯橡胶。
2.根据权利要求1所述的UPE复合软管，其特征在于，所述UPE复合软管还包括阻燃复合层；
所述阻燃复合层沿管径方向由内到外依次包括：
复合在所述第三中胶层上的第四中胶层；
复合在所述第四中胶层上的阻燃层；
复合在所述阻燃层上的第五中胶层。
3.根据权利要求2所述的UPE复合软管，其特征在于，所述第四中胶层的材质包括天然丁苯橡胶；
所述第五中胶层的材质包括天然丁苯橡胶；
所述阻燃层的材质包括陶瓷纤维；
所述阻燃层的厚度为0.2～0.3mm。
4.根据权利要求1所述的UPE复合软管，其特征在于，所述UPE内衬层包括1～6层的UPE膜；所述UPE内衬层中，单层的UPE膜的厚度为0.15mm；
所述内胶层的厚度为3～4mm；
所述第一中胶层的厚度为0.6mm；
所述外胶层的厚度为3.5mm；
所述UPE外保护层包括两层UPE膜；所述UPE外保护层中，单层的UPE膜的厚度为0.15mm。
5.权利要求1所述UPE复合软管的制备方法，包括以下步骤：
A)将第一UPE膜缠绕在芯杆上，经硫化热熔制得UPE内衬层；
B)在所述UPE内衬层外表面涂布粘合剂，覆上内胶层；
C)在所述内胶层上依次铺设第一中胶层、增强层、外胶层和第二UPE膜，得到的复合层经硫化处理，得到UPE复合软管。
6.根据权利要求5所述的UPE复合软管的制备方法，其特征在于，在所述内胶层上依次铺设第一中胶层、增强层，具体的步骤包括：
a)在所述内胶层上铺设第一中胶层；
b)在所述第一中胶层上缠绕帘子布，涂布粘合剂，再铺设第二中胶层；
c)在所述第二中胶层上缠绕钢丝，得到钢丝缠绕层，再铺设第三中胶层，得到的复合层进行硫化；
步骤c)中，所述硫化的温度为155～165℃，所述硫化的时间为40～60min。
7.根据权利要求6所述的UPE复合软管的制备方法，其特征在于，步骤c)中，在所述第三中胶层上涂布粘合剂后，还包括：
依次铺设第四中胶层、阻燃层和第五中胶层。
8.根据权利要求5所述的UPE复合软管的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述硫化的温度为155～165℃，所述硫化的时间为30～40min；
步骤C)中，所述硫化处理具体包括：
在0.5～0.6MPa下，将得到的复合层升温至150～170℃，保温1h后，降温。
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