CN113072861A - 一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及油田防腐管道技术领域，公开了一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道及其制备方法，所述复合管道是在金属管道内壁布设纳米陶瓷内衬层；纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂40‑50份，纳米陶瓷25‑35份，纳米镍4‑5份，纳米石墨鳞片10‑15份，纳米氧化硼4‑5份，超细活性氧化锌4‑5份；纳米陶瓷内衬层的制作步骤是：将各成分按其质量份分别称重并置于混合釜内，在室温下进行充分搅拌2‑3分钟，静置5‑10分钟后喷涂或挤涂于管道内壁，从而在管道内壁形成均匀的纳米陶瓷内衬层。本发明防腐性能超强；耐温达350℃；抗压30MPa以上；适应性广；在线防腐操作便捷；使用年限长；防腐成本低；环保性好。

Description

一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道及其制备方法
技术领域
本发明涉及油田防腐管道技术领域，具体涉及一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道及其制备方法。
背景技术
在油田开发生产过程中，原油管道及注水管道的内壁腐蚀一直是备受关注的技术难题。为解决这一技术难题，业界摸索出很多与之相关的技术措施，其中占据主导地位的技术措施是在管道内部加装超高分子量聚乙烯内衬管。例如公告号为CN103600503B的发明专利“超高分子量聚乙烯复合油管生产方法”，就是记载如何将超高分子量聚乙烯内衬管与钢管进行复合。超高分子量聚乙烯内衬管在油田管道防腐方面确实发挥了很好的作用，但在应用过程中也出现一些不容忽视的缺陷，例如：不耐高温（约65℃）；不适应大管径；施工复杂，弯头不能通过；在输送介质含轻质烃较多的原油时易被溶解；使用成本高（约600元/㎡）。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道及其制备方法，其技术方案如下：
一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，所述复合管道是在金属管道内壁布设纳米陶瓷内衬层；所述纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂40-50份，纳米陶瓷25-35份，纳米镍4-5份，纳米石墨鳞片10-15份，纳米氧化硼4-5份，超细活性氧化锌4-5份；所述纳米陶瓷内衬层的制作步骤是：将各成分按其质量份分别称重并置于混合釜内，在室温下进行充分搅拌2-3分钟，静置5-10分钟后喷涂或挤涂于管道内壁，从而在管道内壁形成均匀的纳米陶瓷内衬层。
所述纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂40份，纳米陶瓷35份，纳米镍5份，纳米石墨鳞片10份，纳米氧化硼5份，超细活性氧化锌5份。
所述纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂45份，纳米陶瓷30份，纳米镍5份，纳米石墨鳞片10份，纳米氧化硼5份，超细活性氧化锌5份。
所述纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂45份，纳米陶瓷25份，纳米镍5份，纳米石墨鳞片15份，纳米氧化硼5份，超细活性氧化锌5份。
所述纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂50份，纳米陶瓷28份，纳米镍4份，纳米石墨鳞片10份，纳米氧化硼4份，超细活性氧化锌4份。
所述纳米陶瓷的粒径为30-70nm。
所述纳米石墨鳞片的厚度小于30nm。
所述超细活性氧化锌粒径小于50nm。
所述喷涂或挤涂于管道内壁的纳米陶瓷内衬层厚度标准为：旧管道内防腐时平均厚度达到4mm；新管道内防腐时平均厚度达到1mm。
一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道，该复合管道由上述一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法进行制备而获得。
与现有技术相比，本发明主要具有如下有益技术效果：
1.防腐性能超强。纳米陶瓷内衬层以环氧树脂为基料，纳米陶瓷、纳米镍、纳米石墨鳞片、纳米氧化硼及超细活性氧化锌为填料，进行强强联合，实现内衬层多形式防腐，造就超强防腐性能。一则隔离防腐。因环氧分子为极性结构，使环氧树脂具有很强的附着性；加上不同填料的密切配合，在管道内壁形成均匀的覆盖防护层，管道内腔的介质被彻底隔离而不能与管道内壁接触，从根本上防止管道内壁腐蚀。二则抗渗防腐。纳米石墨鳞片是晶体结构，形状规整，堆叠致密，使涂料的迷宫效应异常显著，形成超长的抗渗透路径。三则电位防腐。纳米石墨鳞片导静电，可有效平衡电位，防止电化学腐蚀。四则抗菌防腐。纳米陶瓷及超细活性氧化锌能有效抗菌抑菌，防止硫酸盐还原菌、霉菌等生长蔓延导致管道内壁腐蚀。
2.耐高温能力突出。环氧树脂、纳米陶瓷、纳米镍、纳米石墨鳞片、纳米氧化硼及超细活性氧化锌均具有优良的耐热性能，而且纳米陶瓷和纳米石墨鳞片导热性好，可有效平衡热量，抗热振效果好。该复合管道可输送温度250℃以上的各种腐蚀性介质，即使介质温度达到350℃时内衬层亦能保持完好状态。
3.承压能力强。环氧树脂具有优良的黏结性能，纳米陶瓷、纳米镍、纳米石墨鳞片、纳米氧化硼及超细活性氧化锌均具有很高的比表面积，这几种成分组合在一起，已不是简单的作用相加，而是形成强大的整体合力，协同增效，内衬层呈现光滑而牢靠的界面，摩阻显著降低，完全能够抵抗30MPa以上的压力且介质沿程压力损失小。
4.适应性广。广泛用于输油管道、输气管道、注水管道、掺水管道、注聚管道和其他有特殊要求需内防腐的管径Φ50-525mm的钢质新管道或旧管道。
5.在线防腐操作便捷。内衬层无需提前预制，原位在线防腐，实现现场施工；管体和焊口一体防腐，不留死角；可通过标准弯头且达到涂抹均匀；长距离施工，一次在线防腐长度可达到1000-3000m。
6.防腐质量可靠。内衬层整体性能好；常温下自固化，与基体结合力强；硬度高，抗擦伤，抗热冲击；不腐蚀，不结垢，不影响流量；保证20年以上正常使用。
7.防腐成本低。防腐综合成本在300元/㎡以下，相对于用超高分子量聚乙烯内衬管防腐的综合成本而言，费用节省50%以上。
8.环保性好。内衬层零挥发，不含重金属，不污染环境。
附图说明
图1为本发明纳米陶瓷内衬复合管道截面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
参见图1。一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，复合管道是在金属管道内壁布设纳米陶瓷内衬层；纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂40份，纳米陶瓷35份，纳米镍5份，纳米石墨鳞片10份，纳米氧化硼5份，超细活性氧化锌5份；纳米陶瓷内衬层的制作步骤是：将各成分按其质量份分别称重并置于混合釜内，在室温下进行充分搅拌2-3分钟，静置5-10分钟后喷涂或挤涂于管道内壁，从而在管道内壁形成均匀的纳米陶瓷内衬层。喷涂或挤涂于管道内壁的纳米陶瓷内衬层厚度标准为：旧管道内防腐时平均厚度达到4mm；新管道内防腐时平均厚度达到1mm。按照这个纳米陶瓷内衬层厚度标准实施，就足以保证管道在输送各类腐蚀介质时均不被腐蚀。
实施例2
参见图1。一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，复合管道是在金属管道内壁布设纳米陶瓷内衬层；纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂45份，纳米陶瓷30份，纳米镍5份，纳米石墨鳞片10份，纳米氧化硼5份，超细活性氧化锌5份；纳米陶瓷内衬层的制作步骤是：将各成分按其质量份分别称重并置于混合釜内，在室温下进行充分搅拌2-3分钟，静置5-10分钟后喷涂或挤涂于管道内壁，从而在管道内壁形成均匀的纳米陶瓷内衬层。喷涂或挤涂于管道内壁的纳米陶瓷内衬层厚度标准为：旧管道内防腐时平均厚度达到4mm；新管道内防腐时平均厚度达到1mm。按照这个纳米陶瓷内衬层厚度标准实施，就足以保证管道在输送各类腐蚀介质时均不被腐蚀。
实施例3
参见图1。一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，复合管道是在金属管道内壁布设纳米陶瓷内衬层；纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂45份，纳米陶瓷25份，纳米镍5份，纳米石墨鳞片15份，纳米氧化硼5份，超细活性氧化锌5份；纳米陶瓷内衬层的制作步骤是：将各成分按其质量份分别称重并置于混合釜内，在室温下进行充分搅拌2-3分钟，静置5-10分钟后喷涂或挤涂于管道内壁，从而在管道内壁形成均匀的纳米陶瓷内衬层。喷涂或挤涂于管道内壁的纳米陶瓷内衬层厚度标准为：旧管道内防腐时平均厚度达到4mm；新管道内防腐时平均厚度达到1mm。按照这个纳米陶瓷内衬层厚度标准实施，就足以保证管道在输送各类腐蚀介质时均不被腐蚀。
实施例4
参见图1。一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，复合管道是在金属管道内壁布设纳米陶瓷内衬层；纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂50份，纳米陶瓷28份，纳米镍4份，纳米石墨鳞片10份，纳米氧化硼4份，超细活性氧化锌4份；纳米陶瓷内衬层的制作步骤是：将各成分按其质量份分别称重并置于混合釜内，在室温下进行充分搅拌2-3分钟，静置5-10分钟后喷涂或挤涂于管道内壁，从而在管道内壁形成均匀的纳米陶瓷内衬层。喷涂或挤涂于管道内壁的纳米陶瓷内衬层厚度标准为：旧管道内防腐时平均厚度达到4mm；新管道内防腐时平均厚度达到1mm。按照这个纳米陶瓷内衬层厚度标准实施，就足以保证管道在输送各类腐蚀介质时均不被腐蚀。
实施例1-4中，纳米陶瓷的粒径范围为30-70nm。之所以将纳米陶瓷的粒径范围设计为30-70nm，主要基于以下两个方面的考虑：一是容易合成。采用溶胶凝胶法即可合成粒径30-70nm陶瓷粉体，且粒度分布均匀。二是综合性能好。以粒径30-70nm陶瓷粉体为添加原料制备的油田管道纳米陶瓷内衬层，耐温可达300℃以上，耐磨性是油田管道钢材基体的5倍以上。耐磨性几乎和材料所有性能都有关系，实际上是纳米陶瓷内衬层的强度、硬度、附着力等综合效应的体现。
实施例1-4中，纳米石墨鳞片的厚度小于30nm。这样设计的目的是尽可能使纳米石墨鳞片的堆叠造就超强的致密性，为纳米陶瓷内衬层的抗渗防腐奠定坚实基础。
实施例1-4中，超细活性氧化锌粒径小于50nm，以争取尽可能大的比表面积，显示出更高的化学活性，以充分发挥其抗菌抑菌等独特性能。
实施例5
参见图1。一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道，该复合管道由实施例1-4所述的油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法进行制备而获得。
为检验本发明纳米陶瓷内衬复合管道的基本性能，委托中国石化采油助剂与机电产品质量监督检验中心对该复合管道的纳米陶瓷内衬层进行了耐高温高压试验，依据的技术标准是SY/T0442-2010，检验结果为：NaCl溶液，加压30MPa，加热250℃，保持16h，内衬层无起泡，撬剥法进行附着力试验，附着力无变化；评价为合格。具体的检验报告参见证明文件1及证明文件2。
为进一步验证本发明的技术效果，发明人对该复合管道的纳米陶瓷内衬层也进行了多次耐高温高压试验，加温至80℃、100℃、120℃、140℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，加压至2MPa、8MPa、12MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa，24小时后观察管道的防腐、耐高温、承压能力，结果发现管道内壁纳米陶瓷内衬层完好无脱落，无腐蚀，充分说明其能够耐热不低于350℃、承压不低于35MPa，效果非常突出。另据现场观察，该耐温耐压数据远未达到纳米陶瓷内衬层的耐受极限，潜力仍然很大。

Claims (10)

1.一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，其特征在于，所述复合管道是在金属管道内壁布设纳米陶瓷内衬层；所述纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂40-50份，纳米陶瓷25-35份，纳米镍4-5份，纳米石墨鳞片10-15份，纳米氧化硼4-5份，超细活性氧化锌4-5份；所述纳米陶瓷内衬层的制作步骤是：将各成分按其质量份分别称重并置于混合釜内，在室温下进行充分搅拌2-3分钟，静置5-10分钟后喷涂或挤涂于管道内壁，从而在管道内壁形成均匀的纳米陶瓷内衬层。
2.根据权利要求1所述的一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，其特征在于，所述纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂40份，纳米陶瓷35份，纳米镍5份，纳米石墨鳞片10份，纳米氧化硼5份，超细活性氧化锌5份。
3.根据权利要求1所述的一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，其特征在于，所述纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂45份，纳米陶瓷30份，纳米镍5份，纳米石墨鳞片10份，纳米氧化硼5份，超细活性氧化锌5份。
4.根据权利要求1所述的一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，其特征在于，所述纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂45份，纳米陶瓷25份，纳米镍5份，纳米石墨鳞片15份，纳米氧化硼5份，超细活性氧化锌5份。
5.根据权利要求1所述的一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，其特征在于，所述纳米陶瓷内衬层由以下成分及其质量份组成：环氧树脂50份，纳米陶瓷28份，纳米镍4份，纳米石墨鳞片10份，纳米氧化硼4份，超细活性氧化锌4份。
6.根据权利要求1所述的一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，其特征在于，所述纳米陶瓷的粒径为30-70nm。
7.根据权利要求1所述的一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，其特征在于，所述纳米石墨鳞片的厚度小于30nm。
8.根据权利要求1所述的一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，其特征在于，所述超细活性氧化锌粒径小于50nm。
9.根据权利要求1所述的一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法，其特征在于，所述喷涂或挤涂于管道内壁的纳米陶瓷内衬层厚度标准为：旧管道内防腐时平均厚度达到4mm；新管道内防腐时平均厚度达到1mm。
10.一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道，其特征在于，该复合管道由权利要求1-9任一所述的一种油田防腐耐高温纳米陶瓷内衬复合管道的制备方法进行制备而获得。
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