CN116480292B - 一种酸化压裂软管及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于酸化压裂管柱技术领域，具体涉及一种酸化压裂软管及制备方法。酸化压裂软管，从内向外依次包括内衬层、内胶层、第一缓冲层、增强层、第二缓冲层和外胶层；其中，内衬层为至少一层的超高分子量聚乙烯膜，所述增强层包括中胶层和钢丝层，所述中胶层和钢丝层间隔设置多层，内胶层和外胶层为合成橡胶，所述第一缓冲层、中胶层和第二缓冲层均为挂胶帘子布。本发明采用超高分子量聚乙烯膜作为内衬层，通过硫化的高温过程可以与内胶层、外胶层融为一体，内衬层作为软管内壁，能大幅度提高产品的耐磨、耐酸碱等性能，提高产品寿命。
Description
技术领域
本发明属于酸化压裂管柱技术领域，具体涉及一种酸化压裂软管及制备方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
在石油需求猛增的当下迫使油田技术要做出新的改变。压裂酸化主要用于堵塞范围较深或者低渗透区的油气井。注酸压力高于油(气)层破裂压力的压裂酸化，人们习惯称之为酸压。是国内外油田灰岩油藏广泛采用的一项增产增注措施。现已开始成为重要的完井手段。在油田开采过程当中，酸化压裂对于油田的产量增长有着显著作用。在我国目前的石油开采过程中已得到广泛应用。
酸化压裂管柱作为酸化压裂工艺中主要的承载构件，在酸化压裂工艺中承担着极为重要的作用。输送介质为酸基压裂液，目前采用的酸化压裂管柱为钢管，如中国发明专利-CN203685152U，公开了一种油气井压裂酸化工艺管柱，使用钢管作为压裂管线，但由于自身材料的限制，钢管和金属管接头存在重量大、不灵活、搬运及拆卸麻烦等缺陷，且钢管活动弯头的使用寿命仅为约500小时，更换成本高。而且在压裂作业过程中，高压下输送大量液体介质会使管路产生震动，进而导致整个钢管管路的震动疲劳。因硬管的局限性，压裂钢管接头连接处众多，且每200小时就需要探伤检查，对压裂工程效率造成了负面影响，因此，钢管具有成本高，不能弯曲，不易装配，寿命短的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种酸化压裂软管，用软管代替钢管，能够大幅度降低成本，且耐酸、超耐磨，耐超高压，重量轻，使用寿命长，比钢管更方便装配。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种酸化压裂软管，从内向外依次包括内衬层、内胶层、第一缓冲层、增强层、第二缓冲层和外胶层；其中，内衬层为至少一层的超高分子量聚乙烯膜，所述增强层包括中胶层和钢丝层，所述中胶层和钢丝层间隔设置多层，内胶层和外胶层为合成橡胶，所述第一缓冲层、中胶层和第二缓冲层均为挂胶帘子布。
优选地，所述增强层具有多层钢丝层，多层钢丝层分为钢丝内层和钢丝外层，在一个软管中，所述钢丝内层钢丝的直径和强度分别低于所述钢丝外层钢丝的直径和强度，所述钢丝内层钢丝的伸长率高于所述钢丝外层钢丝的伸长率。
优选地，所述钢丝内层钢丝的强度为1630-2150MPa、伸长率为不小于5％；所述钢丝外层钢丝的强度为2150-2750MPa、伸长率为不小于1.6％。
优选地，所述钢丝内层具有2-6层，所述钢丝外层具有4-10层。
优选地，相邻两层钢丝层的缠绕方向相反，且多层所述钢丝层的缠绕角度数值由内到外依次增大。
优选地，所述内胶层配方按重量份数计算，包括天然橡胶30份、丁苯橡胶20份、顺丁橡胶50份、炭黑234：20-30份、炭黑330：30-40份、活化剂氧化锌4-6份、活化剂硬脂酸1-2份、防老剂4-8份、石墨5-10份、云母粉5-10份、粘合剂CL-20：3-5份、增粘剂3-6份、硫化剂1.5-3份、促进剂2-3份。
优选地，所述防老剂为2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体和N-异丙基-N'-苯基对苯二胺中的一种或两种以上的组合；所述硫化剂为硫黄；所述促进剂为N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、2-硫化二苯并噻唑和4，4′-二硫代二吗啉中的一种或两种以上的组合。
优选地，所述外胶层配方按重量份数计算，包括氯丁橡胶80份、PVC：20份、氧化锌3-6份、氧化镁3-6份、硬脂酸0.5-2份、防老剂2-3份、炭黑330:30-40份、炭黑550:20-30份、硫磺0.5-1.5份、促进剂NA-22：0.3-1.5份、促进剂DM：0.5-1.5份、邻苯二甲酸二辛脂15-30份、防焦剂0.3-1.5份、稳定剂1-3份。
优选地，所述防焦剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺；稳定剂为钙锌稳定剂。
本发明还提供了一种如上所述的酸化压裂软管的制备方法，包括：采用螺旋缠绕的方式包覆超高分子量聚乙烯膜，然后进行热熔形成内衬层；依次缠绕内胶层、第一缓冲层、增强层、第二缓冲层和外胶层。
上述本发明的实施例的有益效果如下：
1、本发明提供的酸化压裂软管，用软管代替钢管，能够大幅度降低成本，且耐酸、超耐磨，耐超高压，重量轻，使用寿命长，比钢管更方便装配。本发明提供的酸化压裂软管，采用超高分子量聚乙烯膜作为内衬层和外覆层，通过硫化的高温过程可以与内胶层、外胶层融为一体，内衬层作为软管内壁，能大幅度提高产品的耐磨、耐酸碱等性能，提高产品寿命；外覆层作为软管外壁，能保护管体，能进一步提高软管的使用寿命。
2、本发明提供的酸化压裂软管，设置有多层中胶层和钢丝层，中胶层和钢丝层间隔设置多层，即每两层中胶层之间设置有一层钢丝层，钢丝层采用高强度钢丝和钢丝绳，中胶层为合成橡胶起粘合作用，将钢丝层粘合为一个整体，提高了软管的强度，使软管具有较好的抗压性能。
3、本发明的酸化压裂软管通过第一缓冲层、中间缓冲层和第一缓冲层的设置，在生产时，可以用较大的张力进行缠绕包覆，能够缩小不同钢丝(绳)之间的张力差，提高单根钢丝(绳)的强度利用率，产品的爆破压力更高。而且不会出现局部包覆不全的情况，提高了产品稳定性。在切割时，钢丝(绳)在每一层帘布的包裹作用下，仍为一个整体，不会炸头，不影响装配。在使用时，很好地隔离脉冲震动，缓冲压力对增强层的冲击，不易被磨穿，大幅提高产品寿命。
4、本发明的钢丝内层采用低强度、高伸长率的钢丝，钢丝外层采用高强度、低伸长率的钢丝，管体受压时膨胀，钢丝内层的钢丝在受压时伸长，压力从第一层依次向外传递，将压力逐层传递到外层，提高钢丝外层钢丝的强度利用率，充分发挥每一层钢丝的作用，防止钢丝外层的钢丝还未承压而钢丝内层的钢丝已经断裂的问题。
5、本发明将云母粉引入酸化压裂软管内胶配方中，由于云母粉有优异的阻隔作用，可大幅提高内胶的耐酸性能。云母粉、石墨的应用，使耐磨性、耐酸腐蚀性能远超传统橡胶材料，胶管整体寿命大幅提高。通过内胶层的配方设计，内胶层与内衬层的粘合不需要预硫化，内衬层热熔后最终可直接通过一次硫化就能使内胶层与内衬层粘合良好，提高生产效率，降低能耗。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的酸化压裂软管的示意图。
图2为本发明缠绕内侧层的示意图。
示意图仅作示意使用；
其中，1、内衬层；2、内胶层；3、第一缓冲层；4、中胶层；5、钢丝层；6、第二缓冲层；7、外胶层；8、外覆层；9、缠膜机；10、热熔机；11、风冷机；12、牵引机；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种酸化压裂软管，从内向外依次包括内衬层1、内胶层2、第一缓冲层3、增强层、第二缓冲层6和外胶层7；其中，内衬层1为至少一层的超高分子量聚乙烯膜，所述增强层包括中胶层4和钢丝层5，所述中胶层4和钢丝层5间隔设置多层，内胶层2和外胶层7为合成橡胶，所述第一缓冲层3、中胶层4和第二缓冲层6均为挂胶帘子布。
具体的，内衬层1和外覆层8均由超高分子量聚乙烯膜缠绕而成，其中，内衬层1由1-16层的超高分子量聚乙烯膜螺旋缠绕而成，具体的缠绕层数可以根据需要进行设置，超高分子量聚乙烯的分子量约500万-900万，在各项技术参数中都比普通聚乙烯具有更好的性能，它具有优异的耐磨性和抗冲击性、出色的抗化学腐蚀性、耐应力开裂性、低滑动摩擦系数以及在长时间使用下性能稳定等特点；超高分子量聚乙烯膜作为胶管内壁，能大幅度提高产品的耐磨、耐酸碱等性能，提高产品寿命，另外，通过硫化的高温过程可以使超高分子量聚乙烯膜与内胶层2融为一体。
所述外覆层8为一层超高分子量聚乙烯膜螺旋缠绕而成，搭接宽度在膜宽度的1/2以上，外覆层8作为保护层，在软管外面外覆超高分子量聚乙烯膜以保护管体，提高了软管的使用寿命。
所述第一缓冲层3、中胶层4和第二缓冲层6采用挂胶帘子布，其中，所述第一缓冲层3由2-8层挂胶帘子布缠绕而成，起到缓冲钢丝层5对内胶层2的破坏的作用；第二缓冲层6由2-6层帘子布缠绕而成，起到保护钢丝层5的作用。帘子布为由粗而强力高的帘线作经线，细而强力低的作纬线经机织而成的布，通过四辊压延机压上天然丁苯胶料之后做成的一种纤维布层。
常规的软管由内到外包括内胶层2、增强层和外胶层7，其中增强层具有多层钢丝或钢丝绳，多层钢丝采用生胶作为粘合层，将钢丝粘结为一个整体，该结构存在如下问题：
①在生产时，中胶层没有骨架结构，强度较低，生产时中胶层为生胶(未硫化的橡胶，橡胶硫化剂PDM)，在缠绕时，受力后极易被拉伸，变窄变薄。因此，只能用很小的张力进行包覆，而包覆张力小时无法对其下层的钢丝起到捆扎包裹作用，无法缓解不同钢丝之间的张力差，无法充分发挥出每一根钢丝的作用。同时，造成钢丝层之间胶料宽度或厚度不够，钢丝直接接触，极大影响使用寿命。而且，中胶层包覆的松，在缠外面一层钢丝时，容易将下面的中胶或内胶赶起，形成褶皱或局部包覆不全。
②在切割时，中胶层无法提供足够的包裹力，在切割时端面钢丝由于砂轮的摩擦生热和破坏，极易炸头(炸头指的是端面钢丝散开，而不是一个整体，端面外径尺寸远大于胶管本身的尺寸)，导致无法装配。
③在使用时，软管受到高压脉冲作用，中胶层很容易被磨穿，进而钢丝直接接触，互相摩擦，导致磨断，管体爆管泄漏，缩短使用寿命，并且存在较大的安全隐患。
上述这些问题都会影响产品的质量和使用寿命，并且有安全隐患。本发明通过第一缓冲层、中间缓冲层和第二缓冲层的设置，相比于现有技术具有如下优点：
①在生产时，由于增加内含帘子布9的挂胶帘子布，因此在生产时可以用较大的张力进行缠绕包覆，能够缩小不同钢丝(绳)之间的张力差，提高单根钢丝(绳)的强度利用率，且包覆的产品结构更紧凑，每根钢丝都能更大程度地发挥其作用，产品的爆破压力更高，使用寿命更长。而且受力时不易变形，因此在包覆时不会因为变形导致宽度和厚度变化，不会出现局部包覆不全的情况，提高了产品稳定性；同时，使用较大的张力成型时不至于勒伤内管；另外，由于包覆张力较大，结构更紧凑，因此在缠外面一层钢丝(绳)时，胶层不会轻易被赶起来。
②在切割时，钢丝(绳)在每一层帘布的包裹作用下，仍为一个整体，不会炸头，不影响装配。
③在使用时，由于有帘布作为骨架，钢丝(绳)不直接接触内胶层2，避免在使用过程中勒透内胶层2，大大提高了产品质量稳定性；在钢丝层中间，可以很好地隔离脉冲振动，缓冲压力对增强层4的冲击，且有纤维作为骨架，不易被磨穿，可以大幅提高产品寿命。
进一步的：
所述增强层具有多层钢丝层，多层钢丝层分为钢丝内层和钢丝外层，在一个软管中，所述钢丝内层钢丝的直径和强度分别低于所述钢丝外层钢丝的直径和强度，所述钢丝内层钢丝的伸长率高于所述钢丝外层钢丝的伸长率。具体地，所述钢丝内层钢丝的强度为1630-2150MPa、伸长率为不小于5％；所述钢丝外层钢丝的强度为2150-2750MPa、伸长率为不小于1.6％。所述钢丝内层具有2-6层，所述钢丝外层具有4-10层。钢丝内层和钢丝外层的具体层数可以根据压力需要进行设置。例如：6层的软管1-2层为钢丝内层，其余为钢丝外层；10层的软管1-4层为钢丝内层，其余为钢丝外层。
传统方式为提高胶管的爆破压力，只是在提高钢丝强度和钢丝直径上进行研究。本发明中，钢丝采用粗细搭配、高低强度搭配、高低伸长率搭配的方式。具体的，本发明的钢丝内层采用低强度、高伸长率的胎圈钢丝，钢丝表面镀低锡青铜或高锡青铜，断裂伸长率高；钢丝外层采用高强度镀铜钢丝，强度高、伸长率低。管体受压时膨胀，钢丝内层的钢丝在受压时伸长，压力从第一层依次向外传递，将压力逐层传递到外层，提高钢丝外层钢丝的强度利用率，充分发挥每一层钢丝的作用，防止钢丝外层的钢丝还未承压而钢丝内层的钢丝已经断裂的问题。
进一步的：
传统的软管全部按照平衡角度54.73度进行缠绕无法发挥每层钢丝的抗压性能。因为当内层钢丝缠绕角度为54.73度时，受压已达到平衡角度，不会再继续膨胀将压力往外传递到外面的钢丝，因此很快就达到了内层钢丝的压力极限而爆破，而外层的钢丝并没有发挥作用，因此爆破压力较低。而本发明中多层所述钢丝层的缠绕角度数值由内到外依次增大，通过采用不同缠绕角度的搭配，既能实现胶管受压时不同层数的钢丝轴向扭转力的平衡，又能实现轴向伸长与缩短力的平衡，不同的缠绕角度配合钢丝内外层的设置，极大地提高了软管的爆破压力。
进一步的：
酸化压裂软管内衬层首先与输送介质接触，当使用到一定程度后，内衬层磨透，内胶层与输送介质接触。由于软管输送介质的特殊性，内胶应具备高耐磨、耐酸腐蚀、且与内衬层粘合良好，避免脱层，压变好，防止扣压后脱头。而且，以往的方式为半硫化(或预硫化)，并涂覆粘合剂。以往的方式中，由于配方性能达不到，只能采用半硫化的方式，让橡胶与内衬层熔合，但是半硫化以后，配方中硫化体系已参与反应，剩余的硫化体系量不足以和外面的中胶粘合，因此需要再涂覆粘合剂。此种操作方式增加了缠布-半硫化-解布-涂粘合剂-晾干等多个操作步骤，需要更多时间以及专用设备和操作空间才能完成，且耗费蒸汽能源。
基于此，本发明的内胶层采用二烯类橡胶，包含天然橡胶，丁苯橡胶，氯丁橡胶，顺丁橡胶，丁腈橡胶等中的一种或几种并用，通过大量试验，进行配方设计优化，加入特殊粘合剂，可通过最终的硫化过程与内衬的超高分子量聚乙烯膜融为一体。并且在此基础上加入包括但不限于云母粉、石墨等特殊材料，可用一种或多种并用，用于提高内胶的耐磨性能和耐酸腐蚀。
云母粉可以降低摩擦系数，减少橡胶磨损，从而提高橡胶材料的使用寿命。还能提高制品的尺寸稳定性，耐应力开裂性，增强制品的韧性，防老化、抗龟裂，赋予制品优良的耐酸碱性、阻燃及抗腐蚀特性，提高制品的耐热性能，降低收缩率等。
石墨是碳的一种同素异形体，为灰黑色、不透明固体，具有较小的热膨胀率，良好的自润滑性能、耐高低温性能、抗热震性能(温度骤变时体积变化率小，不易产生裂纹)、耐辐射性能，稳定的化学性质(除氧化剂外，不受任何酸、碱及有机溶剂的侵蚀)。对橡胶材料的耐高温性能、耐磨性能、耐酸碱和强度性能等都有显著的作用。
所述内胶层配方按重量份数计算，包括天然橡胶30份、丁苯橡胶20份、顺丁橡胶50份、炭黑234：20-30份、炭黑330：30-40份、活化剂氧化锌4-6份、活化剂硬脂酸1-2份、防老剂4-8份、石墨5-10份、云母粉5-10份、粘合剂CL-20(一种改性非自固化酚醛树脂)：3-5份、增粘剂RX-80(石油增粘树脂)：3-6份、硫化剂1.5-3份、促进剂2-3份。其中，所述防老剂为RD(化学名：2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体)和4010NA(化学名：N-异丙基-N'-苯基对苯二胺)中的一种或两种以上的组合；所述硫化剂为硫黄；所述促进剂为CZ(化学名：N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺)、NS(化学名：N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺)、DM(化学名：2-硫化二苯并噻唑)、DTDM(化学名：4，4′-二硫代二吗啉)中的一种或两种以上的组合。
本发明将云母粉引入酸化压裂软管内胶配方中，由于云母粉有优异的阻隔作用，可大幅提高内胶的耐酸性能。云母粉、石墨的应用，使耐磨性、耐酸腐蚀性能远超传统橡胶材料，胶管整体寿命大幅提高。通过配方设计，内胶与内衬层的粘合不需要预硫化，内衬层热熔后最终可直接通过一次硫化就能使内胶层与内衬层粘合良好，提高生产效率，降低能耗。
进一步的：
酸化压裂软管的外胶，由于使用条件较为苛刻，暴露在各种恶劣的自然环境中，受到长时间紫外线、光照、海水、油、酸性介质等的侵蚀。因此要求耐老化、耐酸碱、阻燃、耐磨等特点。基于此，本发明提出氯丁橡胶(CR)和PVC并用，并且应用于酸化压裂软管的外胶，通过配方的设计和优化，赋予外胶更优异的耐老化、耐磨、耐酸、耐油等综合性能。考虑氯丁橡胶和PVC两种材料并用，赋予外胶更好的耐磨、耐老化、耐酸和阻燃性能，且比传统的氯丁橡胶具有更好的加工性能，挤出时胶料不易焦烧，损耗小。单用氯丁橡胶在橡胶混炼时加工工艺差，挤出时容易焦烧，且耐磨不够好，成本高。
所述外胶层配方按重量份数计算，包括氯丁橡胶80份、PVC(聚氯乙烯)：20份、氧化锌3-6份、氧化镁3-6份、硬脂酸0.5-2份、防老剂2-3份、炭黑330:30-40份、炭黑550:20-30份、硫磺0.5-1.5份、促进剂NA-22(化学名：1,2-亚乙基硫脲)：0.3-1.5份、促进剂DM(化学名：2-硫化二苯并噻唑)：0.5-1.5份、邻苯二甲酸二辛脂15-30份、防焦剂0.3-1.5份、稳定剂1-3份。其中，防老剂为ODA(化学名：4,4'-二辛基二苯胺)或与其他防老剂并用；防焦剂为CTP(化学名：N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺)；稳定剂为钙锌稳定剂。
所述酸化压裂软管的制备方法：
制备挂胶帘子布：根据不同生产规格选取适当厚度的帘子布，帘布挂胶配方性能要求：流动性能好、与帘布和钢丝绳粘合力好、强度高、耐疲劳性能好等特点，通过压延机将胶料压到帘子布上，帘子布双面都挂胶，挂好后，下面附一层塑料薄膜，然后收卷成一卷，塑料薄膜的作用是对其收卷后进行隔离，防止成卷后互相粘连，影响使用。根据生产规格，将挂胶帘子布分切成所需要的宽度，并连同塑料薄膜一起收卷到缠绕工装上，收卷好后备用。
S1、预处理：在钢制芯棒上均匀涂抹上一层脱模剂，以便在硫化结束后易将芯棒脱出。
S2、缠绕内衬层：用缠膜机将0.05～0.20mm厚的UHMWPE膜缠绕在芯棒上，搭接宽度的1/2～3/4，可以根据需求缠绕1～20层。通过缠绕、热熔、风冷成型。
内衬超高分子量聚乙烯膜，采用缠膜机9和热熔机10生产，如图2所示可以同时缠16层，通过热熔机热熔为一个整体，融合效果良好，配合内胶层的高粘合性，因此不需要预硫化，还可与挤出机联动生产，大大提高了生产效率。且壁厚均匀稳定，不存在偏心的情况。
如图2所示，缠膜机9配有4个大盘，每个大盘上有4个安装PE膜的支架，可将成卷的PE膜安装在大盘上，同时安装四卷，大盘转动时，牵引同时启动，将PE膜缠绕管体上。配备两个高温热熔机10，当在芯棒上缠完膜后，进入高温热熔机，热熔机将PE膜熔化为一个整体。风冷机11用于给PE膜降温。牵引机12牵引采用伺服控制，与大盘联动，由控制柜输入每层PE膜的螺距。缠完膜后进行内胶料挤出，一次完成缠内衬层和内胶层的挤出工作。
S3、缠绕内胶层：在缠完UHMWPE膜的芯棒上挤出合成橡胶或者天然橡胶内胶层，厚度3～6mm，合成橡胶可以是丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、橡塑合金、氯化聚乙烯等；
S4、缠绕第一缓冲层：将挂胶帘子布缠绕包覆到内胶层外，调整好缠绕角度和张力，使挂胶帘子布均匀地包覆，不翘边，不闪缝，搭接宽度为1-3mm，形成第一缓冲层。通过在内胶管胚外缠绕0.3～0.5mm厚的网格布或者0.7～1.0mm的帘子布，保护内胶层，避免在钢丝缠绕时勒坏内胶，提高了产品的质量稳定性。
S4、缠绕增强层：调整好钢丝绳螺距和钢丝绳之间的缝隙、缠绕角度、张力，缠绕第一层钢丝绳，获得第一层钢丝层。在第一层钢丝层外，依次缠绕包覆挂胶帘子布和钢丝绳，使相邻的钢丝层之间有中间缓冲层。根据压力要求缠绕4～10层钢丝或者钢丝绳，中胶缓冲层厚度0.4～1.2mm，钢丝或钢丝绳直径根据胶管规格选择φ0.6～2.4mm。通过中胶缓冲层5可以使多层钢丝更好的粘合，保证增强层4的整体性。
S5、缠绕第二缓冲层：在增强层外缠绕帘子布保护层，可以让增强层和外胶层更好的粘合在一起，避免因为特殊原因造成的外胶层和增强层分离，保障管体的整体性。而且，在增强层和外胶层之间加了一层第二缓冲层：帘布层，帘布层缠绕可以加大张力，让增强层更紧密，可以提高管体的爆破压力，也增加了外胶层和增强层的粘合性，防止在切割管头时钢丝炸开，提高了生产安全性。
S6、缠绕外胶层：在第二缓冲层外缠绕3-5mm厚的外胶层，外胶层采用耐天候、耐磨、耐臭氧老化、耐火、耐油的合成橡胶层，也可以在外胶层外再覆一层或多层UHMWPE膜，提高管体的耐臭氧和耐磨性能。
S7、硫化：用专用包布机将一层或者多层水布均匀地包覆在管体上，防止橡胶管体在硫化温度下过度膨胀。在温度为150～155℃、压力为0.47～0.5Mpa的硫化罐中硫化，硫化时间：保温140～160min，然后降至室温后解水布。
S8、成型：将芯棒脱出，得到内衬UHMWPE的海洋钻采及页岩油开采用超高压力软管。
以下实施例均为通过有限元建模计算出的爆破压力能达到最高值的方案，本结构设计包括以下方案但不限于以下方案，不同规格和压力等级的产品，均可通过本方法计算得出。
实施例1
以2寸25000psi软管的制备为例(爆破压力为工作压力的2.25倍)：
在洁净的钢制芯棒上，采用螺旋缠绕的方式包覆超高分子量聚乙烯膜，厚度0.15mm，层数根据需要缠12层；厚度约为1.8-2.0mm；
采用橡胶挤出机，将内胶包覆在膜外面，内胶厚度为3mm；
内胶层外缠绕第一缓冲层，厚度为0.8mm，左旋右旋各缠绕一层，共缠2层；
在第一缓冲层外缠绕中胶层，厚度为0.7mm，缠绕1层；
在中胶层外缠钢丝层，采用缠绕机联动进行生产，共缠绕8层钢丝，钢丝1-2层采用直径1.830的胎圈钢丝，表面镀青铜，钢丝强度1770MPa；断裂总延展率不小于5％；3-8层钢丝采用直径为2.0的高强度镀铜钢丝，钢丝强度2150MPa。其中，一三五七层缠绕方向与二四六八层方向相反，分别为左旋和右旋；每层钢丝上面与钢丝缠绕同一方向包覆一层中胶层，中胶层厚度为0.7mm。
8层钢丝的缠绕层数据见下表：
在最后一层中胶层外缠绕第二缓冲层，层数为3层，帘布缓冲层厚度0.8mm；缓冲层外采用挤出机挤出的方式，包覆外胶层，外胶层厚度为3.5mm；
在外胶层外螺旋缠绕一层超高分子量聚乙烯膜，搭接宽度1/2以上，聚乙烯膜厚度为0.15mm，作为保护层；
最后缠绕3层水布，水布搭接1/2；
进入硫化罐进行硫化，硫化温度为150-160℃、压力0.45-0.55MPa、硫化时间120-160min；
经过硫化后，经解水布，脱芯，得到成品软管。
本实例1制备出的软管，爆破压力可达57000PSI以上，实测值与设计计算值基本吻合。
对照试验1：与实施例1的区别仅在于所有钢丝层全部采用直径1.830的胎圈钢丝，对照试验1制备出的软管爆破压力为37500PSI，低于实施例1的爆破压力。
对照试验2：与实施例1的区别仅在于所有钢丝层全部采用直径为2.0的高强度镀铜钢丝，对照试验2制备出的软管爆破压力为49870PSI，低于实施例1的爆破压力。
对照试验3：与实施例1的区别仅在于所有钢丝层全部按照平衡角度54.73度进行缠绕，对照试验3制备出的软管爆破压力为45500PSI，低于实施例1的爆破压力。
实施例2
以3寸20000psi软管的制备为例(爆破压力为工作压力的2.25倍)：
在洁净的钢制芯棒上，采用螺旋缠绕的方式包覆超高分子量聚乙烯膜，厚度0.15，层数根据需要缠12层；厚度约为1.8-2.0mm；
采用橡胶挤出机，将内胶包覆在膜外面，内胶厚度设计为4mm；
内胶层外缠绕第一缓冲层，厚度为0.8mm，左旋右旋各缠绕一层，共缠2层；
在第一缓冲层外缠绕中胶层，厚度为0.7mm，缠绕1层；
在中胶层外缠钢丝层，采用缠绕机联动进行生产，共缠绕8层钢丝，钢丝1-2层采用直径1.830的胎圈钢丝，表面镀青铜，钢丝强度1770MPa；断裂总延展率不小于5％；3-8层钢丝采用直径为2.0的高强度镀铜钢丝，钢丝强度2150MPa。其中，一三五七层缠绕方向与二四六八层方向相反，分别为左旋和右旋；每层钢丝上面与钢丝缠绕同一方向包覆一层中胶层，中胶层厚度为0.7mm。
8层钢丝的缠绕层数据见下表：
在最后一层中胶层外缠绕第二缓冲层，帘布缓冲层厚度0.8mm；缓冲层外采用挤出机挤出的方式，包覆外胶层，外胶层厚度为3.5mm；
在外胶层外螺旋缠绕一层超高分子量聚乙烯膜，搭接宽度1/2以上，聚乙烯膜厚度为0.15mm，作为保护层；
最后缠绕3层水布，水布搭接1/2；
进入硫化罐进行硫化，硫化温度为150-160℃、压力0.45-0.55MPa、硫化时间150-180min；
经过硫化后，经解水布，脱芯，得到成品软管。
本实例2制备出的软管，爆破压力可达47900PSI以上，实测值与设计计算值基本吻合。
对照试验4：与实施例2的区别仅在于所有钢丝层全部采用直径1.830的胎圈钢丝，对照试验4制备出的软管爆破压力为33600PSI，低于实施例2的爆破压力。
对照试验5：与实施例2的区别仅在于所有钢丝层全部采用直径为2.0的高强度镀铜钢丝，对照试验5制备出的软管爆破压力为41800PSI，低于实施例2的爆破压力。
对照试验6：与实施例2的区别仅在于所有钢丝层全部按照平衡角度54.73度进行缠绕，对照试验6制备出的软管爆破压力为38400PSI，低于实施例2的爆破压力。
实施例3
以4寸15000psi软管的制备为例(爆破压力为工作压力的2.25倍)：
在洁净的钢制芯棒上，采用螺旋缠绕的方式包覆超高分子量聚乙烯膜，厚度0.15，层数根据需要缠12层；厚度为约1.8-2.0mm；
采用橡胶挤出机，将内胶包覆在膜外面，内胶厚度设计为5mm；
内胶层外缠绕第一缓冲层，厚度为0.8mm，左旋右旋各缠绕一层，共缠2层；
在缓冲层外缠绕中胶层，厚度为0.9mm，缠绕1层；
在中胶层外缠钢丝层，采用缠绕机联动进行生产，共缠绕10层钢丝，钢丝1-4层采用直径1.830的胎圈钢丝，表面镀青铜，钢丝强度1770MPa；断裂总延展率不小于5％；3-8层钢丝采用直径为2.0的高强度镀铜钢丝，钢丝强度2150MPa。其中，一三五七九层缠绕方向与二四六八十层方向相反，分别为左旋和右旋；每层钢丝上面与钢丝缠绕同一方向包覆一层中胶层，中胶层厚度为0.9mm。
10层钢丝的缠绕层数据见下表：
在最后一层中胶层外缠绕第二缓冲层，层数为1-6层，帘布缓冲层厚度0.8mm；缓冲层外采用挤出机挤出的方式，包覆外胶层，外胶层厚度为3.5mm；
在外胶层外螺旋缠绕一层超高分子量聚乙烯膜，搭接宽度1/2以上，聚乙烯膜厚度为0.15mm，作为保护层；
最后缠绕3层水布，水布搭接1/2；
进入硫化罐进行硫化，硫化温度为150-160℃、压力0.45-0.55MPa、硫化时间180-240min；
经过硫化后，经解水布，脱芯，得到成品软管。
本实例3制备出的软管，爆破压力可达36000PSI以上，实测值与设计计算值基本吻合。
对照试验7：与实施例3的区别仅在于所有钢丝层全部采用直径1.830的胎圈钢丝，对照试验7制备出的软管爆破压力为26250PSI，低于实施例3的爆破压力。
对照试验8：与实施例3的区别仅在于所有钢丝层全部采用直径为2.0的高强度镀铜钢丝，对照试验8制备出的软管爆破压力为31450PSI，低于实施例3的爆破压力。
对照试验9：与实施例3的区别仅在于所有钢丝层全部按照平衡角度54.73度进行缠绕，对照试验9制备出的软管爆破压力为30450PSI，低于实施例3的爆破压力。
实施例4
本实施例的软管内胶层配方按重量份数计算，包括天然橡胶30份、丁苯橡胶20份、顺丁橡胶50份、炭黑234：25份、炭黑330：35份、活化剂氧化锌5份、活化剂硬脂酸1份、防老剂RD6份、石墨7份、云母粉7份、粘合剂CL-20：4份、增粘剂(石油树脂)4份、硫化剂硫黄2份、促进剂CZ 2份。
制备方法：将天然胶提前一天塑炼，第二天将塑炼好的天然橡胶和丁苯橡胶、顺丁橡胶投入密炼机塑炼1分钟，然后加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、云母粉和石墨粉等，混炼3min，再加入炭黑和粘合剂，混炼8min，混炼过程中压缩空气压力控制在0.6-1MPa，温度为100-135摄氏度，硫化和促进剂要采用二段加入，加黄时密炼机温度为80-100摄氏度。
本实施例制备的内胶性能如下：拉伸强度为18-22MPa，硬度为60-65邵尔A。断裂伸长率为400％-600％，DIN磨耗30mm3，100℃
*72h*20％热空气压变为32％，综合性能优异，耐磨、耐酸碱、与PE膜粘合良好。
对照组10：与实施例4的区别仅在于未加入云母粉。
对照组11：与实施例4的区别仅在于未加入云母粉和石墨。
耐酸性测试：将橡胶试片在23±2℃下，置于20％的盐酸溶液中，放置一定的时间后，检测橡胶拉伸强度的变化。当拉伸强度下降20％时，实施例4配方的试片浸泡时间为对照组10配方试片浸泡时间的3倍。
耐磨性测试按照ISO 4649进行：在10N负载下，运行40m，实施例4的内胶相对体积磨耗量为30mm3，对照组11的内胶相对体积磨耗量为50mm3左右。
实施例5
本实施例的软管外胶层配方按重量份数计算，包括氯丁橡胶80份、PVC：20份、氧化锌4份、氧化镁4份、硬脂酸1份、防老剂ODA(化学名：4,4'-二辛基二苯胺)2份、炭黑330:35份、炭黑550:25份、硫磺1份、促进剂NA-22：1份、促进剂DM：1份、邻苯二甲酸二辛脂22份、防焦剂CTP(N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺)1份、钙锌稳定剂2份。
制备方法：
1、将PVC预彭润：将一定比例的PVC和增塑剂(邻苯二甲酸二辛脂)、钙锌稳定剂加入搅拌器内进行搅拌，温度控制为80±10℃；搅拌时间为30min；
2、高温混炼：将彭润好的PVC和氯丁橡胶投入密炼机共混，温度为150-160℃；时间为2-3min；然后提砣，投入硬脂酸、防老剂，炭黑等硫化剂以外的其他配合剂，混炼5-8min；成型后排胶，下片冷却。
3、低温下加入硫化剂：辊距为2-3毫米。加硫化剂后在2毫米以下辊距薄通2-3次，放厚至2-3毫米下片。
本实施例制备的外胶性能如下：邵尔硬度为70-75，拉伸强度≥13MPa，伸长率250-350，100％定伸应力≥4MPa，耐酸、耐老化性能均有大幅提高。
对照组12：与实施例5的区别仅在于对照组12中未加入PVC。
实施例5，耐磨性测试按照ISO 4649进行，在10N负载下，运行40m，外胶相对体积磨耗量为60mm3；耐臭氧老化50pphm*40℃的条件下可达到3000h不龟裂；在23±2℃下，置于20％的盐酸溶液中，放置72h后，拉伸强度下降3％，断裂伸长率下降5％。
对照组12：耐磨性测试按照ISO 4649进行，在10N负载下，运行40m，相对体积磨耗量为100mm3；耐臭氧老化50pphm*40℃的条件下不超过1000h就会龟裂；将橡胶试片在23±2℃下，置于20％的盐酸溶液中，放置72h后，拉伸强度下降12％，断裂伸长率下降27％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种酸化压裂软管，其特征在于，从内向外依次包括内衬层、内胶层、第一缓冲层、增强层、第二缓冲层和外胶层；其中，内衬层为至少一层的超高分子量聚乙烯膜，所述增强层包括中胶层和钢丝层，所述中胶层和钢丝层间隔设置多层，内胶层和外胶层为合成橡胶，所述第一缓冲层、中胶层和第二缓冲层均为挂胶帘子布；
所述增强层具有多层钢丝层，多层钢丝层分为钢丝内层和钢丝外层，在一个软管中，所述钢丝内层钢丝的直径和强度分别低于所述钢丝外层钢丝的直径和强度，所述钢丝内层钢丝的伸长率高于所述钢丝外层钢丝的伸长率；管体受压时膨胀，钢丝内层的钢丝在受压时伸长，压力从第一层依次向外传递，将压力逐层传递到外层；
相邻两层钢丝层的缠绕方向相反，且多层所述钢丝层的缠绕角度数值由内到外依次增大。
2.如权利要求1所述的酸化压裂软管，其特征在于，所述钢丝内层钢丝的强度为1630-2150MPa、伸长率为不小于5％；所述钢丝外层钢丝的强度为2150-2750MPa、伸长率为不小于1.6％。
3.如权利要求1所述的酸化压裂软管，其特征在于，所述钢丝内层具有2-6层，所述钢丝外层具有4-10层。
4.如权利要求1所述的酸化压裂软管，其特征在于，所述内胶层配方按重量份数计算，包括天然橡胶30份、丁苯橡胶20份、顺丁橡胶50份、炭黑234：20-30份、炭黑330：30-40份、活化剂氧化锌4-6份、活化剂硬脂酸1-2份、防老剂4-8份、石墨5-10份、云母粉5-10份、粘合剂CL-20：3-5份、增粘剂3-6份、硫化剂1.5-3份、促进剂2-3份。
5.如权利要求4所述的酸化压裂软管，其特征在于，所述防老剂为2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体和N-异丙基-N'-苯基对苯二胺中的一种或两种以上的组合；
所述硫化剂为硫黄；
所述促进剂为N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、2-硫化二苯并噻唑和4，4′-二硫代二吗啉中的一种或两种以上的组合。
6.如权利要求1所述的酸化压裂软管，其特征在于，所述外胶层配方按重量份数计算，包括氯丁橡胶80份、PVC：20份、氧化锌3-6份、氧化镁3-6份、硬脂酸0.5-2份、防老剂2-3份、炭黑330:30-40份、炭黑550:20-30份、硫磺0.5-1.5份、促进剂NA-22：0.3-1.5份、促进剂DM：0.5-1.5份、邻苯二甲酸二辛脂15-30份、防焦剂0.3-1.5份、稳定剂1-3份。
7.如权利要求6所述的酸化压裂软管，其特征在于，所述防焦剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺；稳定剂为钙锌稳定剂。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的酸化压裂软管的制备方法，包括：
采用螺旋缠绕的方式包覆超高分子量聚乙烯膜，然后进行热熔形成内衬层；
依次缠绕内胶层、第一缓冲层、增强层、第二缓冲层和外胶层。
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