CN116218069A - 一种高分子材料组合物及其制备和使用方法 - Google Patents

一种高分子材料组合物及其制备和使用方法 Download PDF

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Abstract

一种高分子材料组合物及其制备和使用方法，制备所述的组合物的原料按重量配比包含：高分子聚合物80‑110份，含二维纳米片的润滑剂1‑10份，抗氧剂0.1‑0.4份，无机填料3‑15份，偶联剂0.5‑2份。利用本发明的高分子材料组合物及其制备和使用方法，能够使制备得到的高分子材料组合物在包覆用于油田采油的抽油杆后，使抽油杆具有良好的耐磨耐腐蚀性能。

Description

一种高分子材料组合物及其制备和使用方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种高分子材料组合物及其制备和使用方法。
背景技术
油田采油工程技术中，抽油杆是抽油井顶部光杆以及抽油井下部抽油泵之间的连接组件，负责将地面动力装置的力传递至地下抽油泵，通过抽油杆的上下往复运动，将抽油井底部地层的油水气混合液输送至地面。随着油井泵深不断增大，抽油杆与油管之间必然存在着摩擦，也就不可避免的出现了抽油杆及油管的磨损、抽油杆老化、斜井偏磨、腐蚀等问题日益严重。
传统抽油杆材质一般为碳钢，在作业过程中，抽油杆会整体浸没于井液中，并且会同井壁发生摩擦，因此，井液中的腐蚀性物质对抽油杆杆体的腐蚀以及抽油杆同井壁之间的磨损是抽油杆破坏的主要原因，腐蚀和偏磨均会造成抽油杆的使用寿命降低，甚至出现突然断杆等作业事故。抽油杆的腐蚀形式包括：
(1)溶解二氧化碳腐蚀：二氧化碳主要是局部腐蚀，在含有二氧化碳的环境中，钢铁表面与地层物质反应生成的腐蚀产物膜FeCO3、CaCO3等的不均一性以及破损，造成局部的二氧化碳腐蚀，甚至导致严重穿孔。
(2)氧腐蚀：氧腐蚀是由于阴极上氧去极化反应的进行，促使作为阳极的金属不断被腐蚀。溶解氧对金属的腐蚀，主要是靠氧通过溶液向金属表面的传递来实现的，腐蚀产物是铁的氧化物FeO、Fe2O3、Fe3O4，及其氧化物的水化物Fe(OH)3等。
(3)硫化氢腐蚀：油气中含有的硫化氢和抽油杆的铁能够反应生成硫化铁，硫化铁在抽油杆表面积垢后作为阴极，抽油杆作为阳极，形成微电池，使抽油杆表面出现蚀斑。硫化氢与抽油杆基材发生作用，释放出氢原子，渗入钢的结晶边界，形成氢分子或与碳化合产生气泡，使抽油杆出现氢脆。
杆体的磨损形式是机械磨损，而腐蚀的存在，由于增加了杆体表面的粗糙度，也降低了杆体表面的硬度及致密程度，会明显加速磨损破坏的程度。因此，亟需一种具有良好的耐磨耐腐蚀性能的抽油杆的包覆组合物。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种高分子材料组合物，以能够在包覆用于油田采油的抽油杆后，使抽油杆具有良好的耐磨耐腐蚀性能。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种高分子材料组合物，制备所述的组合物的原料按重量配比包含：高分子聚合物80-110份，含二维纳米片的润滑剂1-10份，抗氧剂0-0.4份，无机填料0-15份，偶联剂0-2份。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种高分子材料组合物，其中：
所述的高分子聚合物选自聚乙烯、工程塑料中的一种或多种；
所述的工程塑料选自POK、PSF和PEEK中的一种或多种。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种高分子材料组合物，其中：
所述的聚乙烯为高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯，所述的高密度聚乙烯的MFR(砝码：21.6kg，温度190℃)为2-10g/10min，密度≥0.940g/cm3；所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量范围100-250万，密度≥0.930g/cm3，拉伸强度≥20MPa，冲击强度≥50KJ/cm2；两者的比例为1-7:2-4。
所述的工程塑料的密度为1.2-1.4g/cm3，维卡软化温度为≥200℃，拉伸强度≥35MPa，冲击强度≥25KJ/cm2。
所述高分子材料组合物维卡软化温度≥200℃，拉伸强度≥40MPa，冲击强度≥40KJ/cm2。
超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)是具有良好耐磨、抗冲击、自润滑、耐腐蚀性的高分子聚合物，其耐磨损性居塑料之首，比尼龙66、聚四氟乙烯高5倍，比高密度聚乙烯、硬聚氯乙烯高10倍，为碳钢、不锈钢的7-10倍，铜的27倍，因此，PE-UHMW管材是高耐磨的理想选材。此外，PE-UHMW还具有优异的自润滑性，不粘附、不结垢，具有极低的摩擦系数(0.07-0.11)；PE-UHMW的高耐冲击性能特别是低温冲击性能极佳，即使在-70℃条件下仍保持相当高的冲击强度。PE-UHMW有极好的耐环境应力开裂性；有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐疲劳性和耐候性；在一定温度和浓度范围内耐各种腐蚀性介质及有机介质的作用。但PE-UHMW难以加工，为此，本发明的组合物在保证PE-UHMW材料优越性能基础上，特别改善其加工性能添加了高密度聚乙烯和润滑剂，还可添加无机填料进一步增强其强度。
高分子聚合物为高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯时，组合物的应用温度不能高于95℃，为在更高温度使用环境下应用本发明，本发明可选地，所述高分子聚合物包括工程塑料。工程塑料的应用温度可在200℃以内。可选地，所述工程塑料包括POK、PEEK、PSF合金。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种高分子材料组合物，其中：
所述的含二维纳米片的润滑剂包括聚乙烯蜡、聚四氟乙烯蜡和/或聚丙烯，比例为0-2:0-4，以及二硫化钼和/或石墨烯，比例为0-5:0-3；
所述的抗氧剂选自受阻酚类或亚磷酸酯类抗氧剂1010、168、1076、225中的一种或多种；
所述的无机填料包括碳纳米管纺丝纤维，管径为20-80nm，纤维长度为2-13cm，以及选自纳米二氧化硅和/或短玻璃纤维，比例为1:2-5；
所述的偶联剂选自硅烷偶联剂KH570、KH560、A151、A171中的一种或多种。
本发明的第二个目的是提供一种如上所述的组合物的制备方法，以能够更好地制备如上所述的高分子材料组合物，制得高分子材料组合物能够在包覆用于油田采油的抽油杆后，使抽油杆具有良好的耐磨耐腐蚀性能。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种如上所述的组合物的制备方法，所述的制备方法是称取配方量的各原料组分，升温搅拌混匀后冷却至室温，然后加入挤出机中造粒。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种如上所述的组合物的制备方法，其中：
当所述的高分子聚合物为高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯时，升温搅拌的温度为30-100℃，挤出机中造粒的温度为90-280℃；
当所述的高分子聚合物为工程塑料时，升温搅拌的温度为20-150℃，挤出机中造粒的温度为125-390℃。
本发明的第三个目的是提供一种利用如上所述的组合物包覆抽油杆的方法，以能够将如上所述的组合物在包覆用于油田采油的抽油杆后，使抽油杆具有良好的耐磨耐腐蚀性能。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种利用如上所述的组合物包覆抽油杆的方法，所述的方法是将所述的组合物加入挤出机中，并将抽油杆杆体插入挤出机中，随抽油杆杆体移动，熔融的所述的组合物包覆在抽油杆杆体上。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种利用如上所述的组合物包覆抽油杆的方法，其中：
当所述的高分子聚合物为高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯时，挤出机温度设置范围为90-250℃；
当所述的高分子聚合物为工程塑料时，挤出机温度设置范围为125-390℃。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种利用如上所述的组合物包覆抽油杆的方法，其中：
所述的组合物加入挤出机前进行烘干处理，所述的抽油杆杆体插入挤出机前进行除油除锈处理，以使抽油杆本体表面达到包覆要求；
所述的抽油杆杆体表面包覆的所述的组合物的厚度为0.5-6.0mm(优选1.0-5.0mm，更优选2.0-4.0mm)。
对抽油杆整体包覆完成之后，将抽油杆杆头部位包覆层剥离，再将杆体包覆了高分子材料组合物的抽油杆的杆头部位通过注塑机，将高分子材料组合物加入注塑机前进行烘干处理，再注塑到杆头上，完成抽油杆杆头的包覆。抽油杆杆头包覆表面厚度为0.5-4.0mm，较好为1.0-4.0mm，最佳为厚度2.0-3.0mm。杆头注塑部分要同杆体包覆部分存在搭接，且注塑部位于外侧。搭接长度为5-100mm，较好为10-80mm，最佳为30-50mm。
其中所述杆体和杆头部位包覆的对应组合物成分的份数比例为1:1或1:1.5。
本发明的有益效果在于，利用本发明的高分子材料组合物及其制备和使用方法，能够使制备得到的高分子材料组合物在包覆用于油田采油的抽油杆后，使抽油杆具有良好的耐磨耐腐蚀性能。
本发明的抽油杆包覆高分子材料组合物具有良好的耐磨，尤其是纳米片加入、耐油、耐酸碱、耐温性能，及优良的刚韧平衡的综合力学性能，尤其是碳纳米管纤维加入之后，能彻底隔绝井液同抽油杆金属杆体的接触，对抽油杆起到防腐防偏磨的作用。
附图说明
图1为砂浆磨损试验机的结构及原理图。
具体实施方式
本发明如下实施例提供了一种高分子材料组合物，用于抽油杆的油杆包覆。包覆抽油杆杆体的高分子材料应具有良好的耐磨、耐油、耐酸碱、耐温性能，及优良的刚韧平衡的综合力学性能，能彻底隔绝井液同抽油杆金属杆体的接触，对抽油杆起到防腐防偏磨的作用。高分子材料可选自聚乙烯(包括超高分子量聚乙烯)，当井下工况环境为不高于95℃时，较好为超高分子量聚乙烯，最佳为改性超高分子量聚乙烯；当工况环境高于95℃时，较好为工程塑料。实际应用中，所述的高分子材料组合物还可以根据需要添加润滑剂、抗氧剂、无机填料等。
高分子聚合物为超高分子量聚乙烯组合物时，基本性能满足下面要求：
Figure BDA0004102159040000051
Figure BDA0004102159040000061
改性超高分子量聚乙烯具有优异的防腐蚀、耐磨、耐结蜡性能，使抽油杆体具有了防腐、防蜡、防垢作用。
高分子聚合物为工程塑料时典型性能为(用作抽油杆杆体时)：
Figure BDA0004102159040000062
Figure BDA0004102159040000071
高分子聚合物为工程塑料时典型性能为(用作抽油杆杆头时)：
Figure BDA0004102159040000072
本发明如下实施例还提供了一种高分子材料组合物的制备方法，包括如下步骤：烘干、称重、共混、造粒(根据情况确定该步骤是否需要，如果下游设备适合粉料则不需要造粒，如果下游设备适合粒料则需要造粒)。
本发明还提供了一种利用高分子材料组合物全包覆抽油杆的方法，包括：将配制的高分子材料组合物加入挤出机中，抽油杆杆体插入挤出机中，随杆体移动，熔融的高分子材料组合物包覆在抽油杆的杆体上。可选地，抽油杆杆体表面包覆层厚度为0.5-6.0mm，优选为1.0-5.0mm，更优选为2.0-3.0mm。挤出机温度设置范围：包覆聚乙烯(包括超高分子量聚乙烯)时90-280℃；包覆工程塑料时125-390℃。
可选地，在对抽油杆杆体进行包覆处理之前，还可以先对抽油杆金属本体进行除油除锈处理，使抽油杆本体表面达到包覆要求。
可选地，使用前对工程塑料组合物进行烘干处理，工艺条件为工程塑料组合物120-160℃条件下连续烘干2-6h。
抽油杆本体穿过挤塑机，将高分子材料组合物熔融挤出后包覆在抽油杆的杆体表面，厚度为0.5-6.0mm，较好为1.0-5.0mm，最佳为厚度2.0-3.0mm。厚度太薄起不到防腐、耐磨作用；太厚则成本高，重量大，不经济。
进一步地，对抽油杆整体包覆完成之后，还可以将抽油杆杆头部位包覆层剥离，再将杆体包覆了高分子材料组合物的抽油杆的杆头部位通过注塑机，将高分子材料组合物烘干之后加入到注塑机中，注塑到杆头上，完成抽油杆杆头的包覆。抽油杆杆头包覆表面厚度为0.5-4.0mm，较好为1.0-4.0mm，最佳为厚度2.0-3.0mm。厚度太薄起不到防腐、耐磨、耐拉拔和耐扭转力的作用；太厚则成本高，重量大，不经济。杆头注塑部分要同杆体包覆部分存在搭接，且注塑部位于外侧。搭接长度为5-100mm，较好为10-80mm，最佳为30-50mm，搭接长度太短容易使油杆头包覆材料和油杆包覆材料结合不紧密，使油井液渗入，起不到防腐、耐磨作用；搭接长度太长则成本高，重量大，不经济。抽油杆杆头和抽油杆杆体具有连接过渡的肩部部位，抽油杆杆头的一端注塑后还具有扳手方部位，注塑后的抽油杆的杆体向扳手方过渡的肩部能承受吊卡施加的大于五吨的重量的情况下，不变形、不破裂。注塑后油杆头的扳手方部位能承受连接接箍同杆体(杆头)时扳手施加的力，不变形、不破损。
本发明实施例提供了一种高分子材料全包覆防腐防偏磨抽油杆的方法如下：首先，对抽油杆金属本体进行除油除锈处理，使抽油杆本体表面达到包覆要求。其次，对抽油杆杆体进行包覆处理，将配制好的高分子材料组合物加入挤出机中，将经处理过的杆体插入挤出机中，随杆体移动，熔融的高分子材料组合物包覆在杆体上，挤出包覆杆体后，将抽油杆杆头部位包覆的高分子材料剥离，露出抽油杆杆头，冷却后，进行下一步包覆抽油杆杆头工序。将包覆杆头工程塑料加入干燥机中，120-160℃干燥，将抽油杆杆头放入注塑机的模具中，包覆杆头工程塑料经过干燥处理后，加入到注塑机料筒中，启动注塑机将工程塑料注入到模腔中，在抽油杆杆头表面形成包覆层，且注塑部位于外侧。注塑机温度设置范围为：100-390℃。
实施例1：
通过挤塑机将改性超高分子量聚乙烯热包覆于杆体表面，改性聚酮组合物注塑于杆头表面，杆体和杆头包覆壁厚均为3.0mm。
杆体包覆改性超高分子量聚乙烯配方：超高分子量聚乙烯(分子量170万)65重量份，HDPE(MFR(砝码：21.6kg，温度190℃)：2.0g/10min，密度0.955g/cm3)35重量份，抗氧剂2250.4重量份，聚乙烯蜡2重量份，聚丙烯(均聚PP，MFR(砝码：2.16kg，温度230℃)：6.0g/10min)5重量份，硅烷偶联剂(KH570)1重量份。
改性超高分子量聚乙烯性能为：
Figure BDA0004102159040000091
Figure BDA0004102159040000101
按以上配方配比，采用高速搅拌机搅拌，升温至100℃，低速搅拌冷却至室温，挤出机造粒，造粒温度95-260℃。
通过注塑机将聚酮注塑于杆头。
杆头包覆工程塑料配方：聚酮100重量份，纳米二氧化硅15重量份，偶联剂(KH570)2重量份，聚四氟乙烯蜡2重量份。
按以上配方，高速搅拌机混合升温至100℃以上，双螺杆挤出机造粒，造粒温度150-300℃。
改性聚酮性能为：
Figure BDA0004102159040000102
Figure BDA0004102159040000111
抽油杆包覆制备工艺：
首先，对抽油杆金属本体进行除油除锈处理，使抽油杆体表面达到包覆要求。其次，对抽油杆杆体进行包覆处理，将配制好的改性超高分子量聚乙烯加入挤出机中，挤出机的温度设置范围为95-260℃；将经处理过的抽油杆插入挤出机中，随抽油杆移动，熔融的高分子材料包覆在抽油杆上。挤出包覆的抽油杆后，将抽油杆杆头处的高分子材料剥离，露出抽油杆杆头，冷却后，进行下一步包覆抽油杆杆头工序。将包覆抽油杆杆头的改性聚酮加入干燥机中，105℃条件下连续烘干3h；将已剥离的抽油杆杆头放入注塑机的模具中，包覆抽油杆杆头改性聚酮经过干燥处理后，加入到注塑机料筒中，启动注塑机将改性聚酮注入到模腔中，在抽油杆杆头表面形成包覆层，且注塑部位于外侧。注塑机温度设置范围为：125-300℃。
杆头注塑部要同杆体包覆部存在搭接，搭接长度30mm，且注塑部位于外侧。
注塑油杆头后制成的抽油杆，抽油杆整体性能：杆体向扳手方过渡的肩部能承受吊卡施加的大于五吨的重量的情况下，不变形、不破裂，注塑后的扳手方部位能承受连接接箍同杆体(杆头)时扳手施加的力，不变形、不破损。
实施例2：
通过挤塑机将改性超高分子量聚乙烯热包覆于杆体表面，改性聚酮组合物注塑于杆头表面，杆体和杆头包覆壁厚均为3.0mm。
杆体包覆改性超高分子量聚乙烯配方：超高分子量聚乙烯(分子量150万)70重量份，HDPE(MFR：4.0，密度0.950)30重量份，抗氧剂2250.3重量份，聚乙烯蜡2重量份，聚丙烯(均聚PP，MFR(砝码：2.16kg，温度230℃)：6.0g/10min)3重量份，硅烷偶联剂(KH570)1重量份，纳米二氧化硅10重量份。
改性超高分子量聚乙烯制备工艺：
按以上配方配比，采用高速搅拌机搅拌，升温至100℃，低速搅拌冷却至室温，挤出机造粒，造粒温度110-260℃。
改性超高分子量聚乙烯性能为：
Figure BDA0004102159040000121
/>
Figure BDA0004102159040000131
特殊性能：对后期加工设备的适配性广泛。
杆头包覆工程塑料配方和工艺及抽油杆包覆制备工艺同实施例1。
效果：良好的加工性能，满足抽油杆井温低于95℃条件下长期使用。
实施例3：
通过挤塑机将改性超高分子量聚乙烯热包覆于杆体表面，改性聚酮组合物注塑于杆头表面，杆体和杆头包覆壁厚均为2.0mm。
杆体包覆改性超高分子量聚乙烯配方：超高分子量聚乙烯(分子量200万)80重量份，HDPE(MFR：6.0，密度0.955)20重量份，抗氧剂2250.3重量份，聚乙烯蜡2重量份，聚丙烯(均聚PP，MFR(砝码：2.16kg，温度230℃)：6.0g/10min)5重量份。
改性超高分子量聚乙烯制备工艺：
按以上配方配比，采用高速搅拌机搅拌，升温至60℃，低速搅拌，冷却，将混合好的粉料直接用于挤出包覆抽油杆。
改性超高分子量聚乙烯性能：
Figure BDA0004102159040000132
/>
Figure BDA0004102159040000141
特殊性能：后加工稳定性好，操作简便。
杆头包覆工程塑料配方和工艺及抽油杆包覆制备工艺同实施例1。
效果：良好的加工性能，制品表面光滑平整，可满足抽油杆井温低于95℃条件下长期使用。
实施例4：
通过挤塑机将改性超高分子量聚乙烯热包覆于杆体表面，改性聚酮组合物注塑于杆头表面，杆体和杆头包覆壁厚均为2.5mm。
杆体包覆改性超高分子量聚乙烯配方：超高分子量聚乙烯(分子量230万)80重量份，HDPE(MFR：6.0，密度0.955)20重量份，抗氧剂2250.3重量份，聚乙烯蜡2重量份。.
改性超高分子量聚乙烯制备工艺：
按以上配方配比，采用高速搅拌机搅拌，升温至60℃，低速搅拌冷却至室温，将混合好的粉料直接用于挤出包覆抽油杆。
改性超高分子量聚乙烯性能：
Figure BDA0004102159040000151
/>
Figure BDA0004102159040000161
特殊性能：耐磨性优良，砂浆磨损量0.03。
杆头包覆工程塑料配方和工艺及抽油杆包覆制备工艺同实施例1。
效果：满足抽油杆井温低于95℃条件下长期使用，应用于偏磨严重的油井时，延长使用周期。
实施例5：
通过挤塑机将改性超高分子量聚乙烯热包覆于杆体表面，改性聚酮组合物注塑于杆头表面，杆体和杆头包覆壁厚均为3.0mm。
杆体包覆改性超高分子量聚乙烯配方：超高分子量聚乙烯(分子量150万)70重量份，HDPE(MFR：2.0，密度0.955)30重量份，抗氧剂2250.3重量份，聚乙烯蜡2重量份，聚丙烯(均聚PP，MFR(砝码：2.16kg，温度230℃)：6.0g/10min)5重量份。
改性超高分子量聚乙烯制备工艺：
按以上配方配比，采用高速搅拌机搅拌，升温至60℃，低速搅拌冷却至室温，将混合好的粉料直接用于挤出包覆抽油杆。
改性超高分子量聚乙烯性能：
Figure BDA0004102159040000162
/>
Figure BDA0004102159040000171
/>
Figure BDA0004102159040000181
特殊性能：优异的加工性能。
杆头包覆工程塑料配方和工艺及抽油杆包覆制备工艺同实施例1。
效果：满足抽油杆井温低于95℃条件下长期使用，适用于偏磨不严重的井况。
实施例6：
通过挤塑机将改性PSF组合物热包覆于杆体表面，改性PSF组合物注塑于杆头表面，杆体和杆头包覆壁厚均为3.0mm。
杆体和杆头包覆工程塑料配方均为：PSF100重量份，偶联剂(硅烷偶联剂KH570)1重量份，纳米二氧化硅10重量份，聚乙烯蜡2重量份。
改性PSF组合物制备工艺：
将硅烷偶联剂用工业乙醇按体积比1:3比例稀释，将稀释后的混合液和二氧化硅充分混合浸润后，升温至110℃，脱水；按以上配方配比加入PSF，高速搅拌机混合升温至100℃以上，双螺杆挤出机造粒，造粒温度190-320℃。
改性PSF组合物性能：
Figure BDA0004102159040000182
/>
Figure BDA0004102159040000191
抽油杆包覆制备工艺同实施例1，仅烘干工艺条件变为：125℃条件下连续烘干3h。
注塑机温度设置范围：125-300℃。
杆头注塑部要同杆体包覆部存在搭接，搭接长度50mm，且注塑部位于外侧。
注塑油杆头后制成的抽油杆，杆体向扳手方过渡的肩部能承受吊卡施加的大于五吨的重量的情况下，不变形、不破裂，注塑后的扳手方部位能承受连接接箍同杆体(杆头)时扳手施加的力，不变形、不破损。
特殊性能：优异的耐温性能。
效果：可在井深2000-4000米，井温150℃条件下长期使用。
实施例7：
通过挤塑机将改性PEEK组合物热包覆于杆体表面，改性PEEK组合物注塑于杆头表面，杆体和杆头包覆壁厚均为2.0mm。
杆体和杆头包覆工程塑料配方均为：PEEK100重量份，偶联剂(硅烷偶联剂KH570)2重量份，纳米二氧化硅15重量份，聚乙烯蜡2重量份。
改性PEEK组合物制备工艺：
将硅烷偶联剂用工业乙醇按体积比1:3比例稀释，将稀释后的混合液和纳米二氧化硅充分混合浸润后，升温至140℃，脱水；按以上配方配比加入PEEK，高速搅拌机混合升温至100℃以上，双螺杆挤出机造粒，造粒温度300-390℃。
改性PEEK组合物性能：
Figure BDA0004102159040000201
/>
Figure BDA0004102159040000211
抽油杆包覆制备工艺同实施例1，仅烘干工艺条件变为：150℃条件下连续烘干4h。包覆抽油杆时挤出机的温度设置范围为280-390℃，注塑机温度设置范围：260-380℃。
杆头注塑部要同杆体包覆部存在搭接，搭接长度40mm，且注塑部位于外侧。
注塑油杆头后制成的抽油杆，杆体向扳手方过渡的肩部能承受吊卡施加的大于五吨的重量的情况下，不变形、不破裂，注塑后的扳手方部位能承受连接接箍同杆体(杆头)时扳手施加的力，不变形、不破损。
特殊性能：极优异的耐温性能。
效果：可在井深4000米以上，井温180℃条件下，长期使用。
实施例8
高分子组合物中高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯比例为1:4，再加入润滑剂1-2.7份，抗氧剂自受阻酚类1010为0.1-0.32份，无机填料包括碳纳米管纺丝纤维，管径为60-70nm，纤维长度为8-11cm，以及选自纳米二氧化硅1-3份，比例为1:4，偶联剂硅烷偶联剂KH570为0.5-1.5份。杆体和杆头包覆的组合物成分对应比例为1:1.3。对于实施例1-7的试验性能序号2-7为最佳提升的选择范围，提高幅度范围为2％-5％。
对比例1：
通过挤塑机将改性尼龙组合物热包覆于杆体表面，改性尼龙组合物注塑于杆头表面，杆体和杆头包覆壁厚均为2.0mm。
杆体和杆头包覆改性尼龙配方：尼龙66，100重量份，马来酸酐接枝聚乙烯增韧剂20重量份，抗水解剂(聚碳化二亚胺)5重量份，抗氧剂225，0.5重量份。
改性尼龙制备工艺：原料共混后，125℃条件下热风干燥2.5h，100-250℃条件下双螺杆挤出机造粒，所得粒料125℃条件下热风干燥2.5h，备用。
改性尼龙性能：
Figure BDA0004102159040000221
/>
Figure BDA0004102159040000231
抽油杆包覆制备工艺同实施例1。
杆头注塑部要同杆体包覆部存在搭接，搭接长度30mm，且注塑部位于外侧。
性能：耐酸及耐低温性能差。
效果：在井下酸性环境下短期内破碎，不具备在高温、含水、含酸等环境的应用能力。
本发明的抽油杆分别采用高分子材料或工程塑料包覆抽油杆杆体和工程塑料包覆杆头的防腐工艺制备，彻底解决了抽油杆整体的防腐问题，特别是抽油杆头部分的腐蚀、磨损的问题，同时改变了包覆层的包覆方式和包覆材料，提高了包覆层的硬度、韧性和与杆体结合力，将金属抽油杆同井液完全隔离。优选的杆体包覆改性超高分子量聚乙烯材料，赋予了产品优良的防腐及防偏磨性能；工程塑料的防腐性能完好的保护了杆头不受井液的腐蚀；同时工程塑料的优异的强度、韧性、硬度，保证了在吊卡、扳手等作用时不变形、不破坏，保证了下井作业的顺利进行；同时，超高分子量聚乙烯优异的耐磨性和自润滑性能，保证了在抽油杆同井壁的对磨过程中不至于被破坏、磨穿，可以长时间保证包覆层的完整性，从而保证了对杆体的长时期保护，避免了作业施工上、卸扣、打吊卡载荷对包覆层的破坏。本发明与现有抽油杆杆头防腐工艺相比大大的降低了成本、能耗，提高了抽油杆的使用寿命。
附录：砂浆磨损量试验方法
1试验装置
砂浆磨损试验机(结构及原理见图1，包括砂浆11、试样12、温控装置13)、油浴锅、温度计、干燥器。
2试验条件
2.1试验介质
砂浆。试验用砂为标准30号棕刚玉，沙:水＝3:1(质量比)，试验温度252C、95±2C。
2.2转速
转速为900r/min。
3磨损试验周期
24h。
4试验步骤
4.1样品老化浸泡
4.1.1油浴锅内加入0#柴油，打开油浴锅并用温度计校准温度至95℃±0.5℃。
4.1.2切取包覆层400mm，整体浸泡于油浴锅内，水平放置，除底部外其余位置不与油浴锅壁接触，底部接触位置做好区分标记。
4.1.3试样浸泡时间6d。
4.2试样
切取老化后试样，尺寸为38mm×10mm×样品厚度，试样数量为4片。
4.3磨损试验
4.3.1试验前，清水清洗试片，放入干燥器内干燥，恒量后称量磨前试片质量，精确至0.1mg。
4.3.2装夹试片，测量露出夹具长度，应为22mm±0.2mm。
4.3.3在试验容器中，放入按配好的沙浆，试件埋入沙浆深度50mm，给试验容器升温(老化后沙浆磨损量测试温度25℃±2℃)，待温度稳定后启动驱动装置，如图所示，并记录试验时间。
4.3.4磨擦24h后停止转动，取下试样再次用清水清洗干净，干燥至恒量，称量、记录磨后试片质量，精确至0.1mg。
4.3.5计算砂浆磨损量，如下式所示。
Figure BDA0004102159040000251
式中：
g——磨损量，单位为毫米(mm)；
G1——磨前试片质量，单位为克(g)；
G2——磨后试片质量，单位为克(g)；
ρ——试片密度，单位为克每立方厘米(g/cm3)；
S——试片露出面积，单位为平方毫米(mm2)。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种高分子材料组合物，其特征在于，制备所述的组合物的原料按重量配比包含：高分子聚合物80-110份，润滑剂1-10份，抗氧剂0.1-0.4份，无机填料3-15份，偶联剂0.5-2份。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述润滑剂为含二维纳米片的润滑剂。
3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：
所述的高分子聚合物选自聚乙烯、工程塑料中的一种或多种；
所述的工程塑料选自POK、PSF和PEEK中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于：
所述的聚乙烯为高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯，所述的高密度聚乙烯的MFR为2-10g/10min，密度≥0.940g/cm3；所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量范围100-250万，密度≥0.930g/cm3，拉伸强度≥20MPa，冲击强度≥50KJ/cm2；两者的比例为1-7:2-4。
所述的工程塑料的密度为1.2-1.4g/cm3，维卡软化温度为≥200℃，拉伸强度≥35MPa，冲击强度≥25KJ/cm2；
所述高分子材料组合物维卡软化温度≥200℃，拉伸强度≥40MPa，冲击强度≥40KJ/cm2。
5.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于：
所述的润滑剂选自聚乙烯蜡、聚四氟乙烯蜡和/或聚丙烯，比例为0-2:0-4，以及二硫化钼和/或石墨烯，比例为0-5:0-3；
所述的抗氧剂选自受阻酚类或亚磷酸酯类抗氧剂1010、168、1076、225中的一种或多种；
所述的无机填料包括碳纳米管纺丝纤维，管径为20-80nm，纤维长度为2-13cm，以及选自纳米二氧化硅和/或短玻璃纤维，比例为1:2-5；
所述的偶联剂选自硅烷偶联剂KH570、KH560、A151、A171中的一种或多种。
6.一种根据权利要求1-5之一所述的组合物的制备方法，其特征在于：所述的制备方法是称取配方量的各原料组分，升温搅拌混匀后冷却至室温，然后加入挤出机中造粒。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
当所述的高分子聚合物为高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯时，升温搅拌的温度为30-100℃，挤出机中造粒的温度为90-280℃；
当所述的高分子聚合物为工程塑料时，升温搅拌的温度为20-150℃，挤出机中造粒的温度为125-390℃。
8.一种利用权利要求1-5之一所述的组合物包覆抽油杆的方法，其特征在于：所述的方法是将所述的组合物加入挤出机中，并将抽油杆杆体插入挤出机中，随抽油杆杆体移动，熔融的所述的组合物包覆在抽油杆杆体上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
当所述的高分子聚合物为高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯时，挤出机温度设置范围为90-250℃；
当所述的高分子聚合物为工程塑料时，挤出机温度设置范围为125-390℃。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其特征在于：对抽油杆整体包覆完成之后，将抽油杆杆头部位包覆层剥离，再将杆体包覆了高分子材料组合物的抽油杆的杆头部位通过注塑机，将高分子材料组合物加入注塑机前进行烘干处理，再注塑到杆头上，完成抽油杆杆头的包覆，杆体和杆头包覆的对应组合物成分的份数比例为1:1或1:1.5。
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