一種耐溫抽油管材及其生產方法
【技術領域】
[0001] 一種耐溫抽油管材及其生產方法，屬于超高分子量聚乙烯材料技術領域。
【背景技術】
[0002] 超高分子量聚乙烯（UHMWPE)的高分子量特性使它具有耐磨損性能好、沖擊強度 高以及自潤滑和不易粘附等普通聚乙烯和其他工程塑料無可比擬的優良特性。雖然超高分 子量聚乙烯具有非常優異的特性，但是其耐熱溫度偏低。這限制了它在高溫環境的應用。 如果能夠提高超高分子量聚乙烯材料的耐熱溫度，這種材料就能得到更加廣泛的應用。目 前，對于超高分子量聚乙烯材料的耐熱改性已經進行了大量的研宄，但是，還沒有一種提高 材料耐熱性能的有效配方，或者雖然耐熱性能提高了，但是力學性能降低太多；或者生產成 本過高，難以規模化生產。超高分子量聚乙烯抽油內襯管，由于使用工況的特殊性，既要保 證管材的耐溫、耐磨、耐腐蝕、自潤滑、防結蠟等性能，又要使管材具有良好的加工性能。
【發明內容】
[0003] 本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種耐高溫的、超高分子 量聚乙烯材質的耐溫抽油內襯管材及其生產工藝。
[0004] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：該耐溫抽油管材，包括嵌套的內管 和外管，其中外管為鋼制油管，所述的內管為超高分子量聚乙烯抽油內襯管，超高分子量聚 乙烯抽油內襯管的擠出組合物重量份組成為：超高分子量聚乙烯65~85份、抗氧劑1~2份、 氟樹脂4~9份、相容劑0. 5~1份、長碳鏈聚酰胺3. 5~10份、鈦酸鉀晶須3~8份和抗水解劑 0~3份。
[0005] 本發明采用鈦酸鉀晶須以及氟樹脂、長碳鏈聚酰胺兩種特定含量的有機材料混合 作用于超高分子量聚乙烯材料，在超高分子量聚乙烯主要力學性能保持不變的基礎上，提 高其耐熱性能。三種填料形成三種互相貫穿的網絡，能夠有效限制UHMWPE分子鏈在高溫下 或應力作用下的運動，從而達到了提高復合材料耐熱性的目的，解決超高分子量聚乙烯隨 溫度微變形的問題，使其與外管(鋼制油管）變形更加同步。同時這種網絡極大地增加了非 晶區內的纏結點密度，增加了材料的斷裂伸長率和沖擊強度。另外，在晶區方面，鈦酸鉀晶 須無機填料的加入能夠起到異相成核的作用，一定程度上增加了結晶度并提高了材料的熔 點。三種填料共同添加形成互相貫穿的網絡，同時解決了上述三種填料單獨添加時出現的 團聚顯現，在總添加量更高，耐熱性提高更大的情況下，沒有團聚現象產生，保持更高的斷 裂伸長率和沖擊強度。
[0006] 所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量為300萬~450萬。本發明選擇更高的超 高分子量聚乙烯時，三種填料形成三種互相貫穿的網絡的作用更加明顯。
[0007] 鈦酸鉀晶須、氟樹脂和長碳鏈聚酰胺的總加入量與超高分子量聚乙烯的質量比為 (10. 5~21. 3) : (65~85)。通過控制三種填料的總加入量控制三種互相貫穿的網絡在超高分 子量聚乙烯材料中的網格大小，從而控制非晶區內的纏結點密度。可以更好地保證材料的 斷裂伸長率和沖擊強度。
[0008] 所述的氟樹脂為聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物。所選的三 種氟樹脂不但能夠更好的提高本材料的抗蝕性和抗撕裂能力，同時與三種填料配合最好， 在三種互相貫穿的網絡中分散更加均勻。
[0009] 所述的氟樹脂與長碳鏈聚酰胺的質量比為0. 9~1. 2 :1。氟樹脂與長碳鏈聚酰胺是 本發明中搭配使用兩種有機材料，用來進一步提高材料的耐熱性。同時本發明的超高分子 量聚乙烯內襯管主要作為與外管配合的內管，在抽油環境中常常存在較大的溫度和干濕條 件的改變；所以內管與外管在復雜環境下的變形同步至關重要；氟樹脂與長碳鏈聚酰胺的 質量比為0. 9~1. 2:1時能夠在該方面達到更好的效果。
[0010] 所述的相容劑優選馬來酸酐接枝相容劑。
[0011] 所述的長碳鏈聚酰胺指聚酰胺（R3-(NH-R1-NH-CO-R 2-CO)n-R4)中的重復單元結構 的數量η為50~70的整數的聚酰胺，這在本發明和本領域中具有相同的意義。
[0012] 所述的抗水解劑優選碳化二亞胺類抗水解劑。
[0013] 一種上述的耐溫抽油管材的生產方法，制備步驟為： 1) 按上述重量份組成稱取物料并混勻，利用單螺桿擠出機擠出成型制得內管；單螺 桿擠出機的擠出溫度為一區60°C ~100°C，二區100°C ~200°C，三區150°C ~260°C，四區 IOO0C -200 °C ； 2) 將內管與鋼制的外管緊襯配合。
[0014] 本發明以超高分子量聚乙烯為基礎原料，通過添加鈦酸鉀晶須等無機材料及氟樹 脂等有機材料對其進行改性，生產出具有優異的力學性能、耐熱性能、防腐蝕、防結蠟和防 結垢性能的超高分子量聚乙烯抽油內襯管，使內襯管與鋼制油管緊貼在一起，形成"管中 管"結構。
[0015] 所述的單螺桿擠出機的擠出溫度為一區80°C ~85°C，二區160 °C ~180 °C，三區 240°C~260°C，四區 140°C~150°C。
[0016] 與現有技術相比，本發明的一種耐溫抽油管材及其生產方法所具有的有益效果 是： 1)本耐溫抽油管材的抽油內襯管內壁光滑，不結垢，不結蠟，可以解決油管偏磨、腐蝕、 結蠟等難題，同時，由于其摩擦系數較低，還可降低油井光桿負荷、減小抽油桿柱底部應力， 延長抽油桿柱的壽命，減少能耗。適用于腐蝕、結垢嚴重的注水井。適用于含H 2S和0)2等 腐蝕氣體的氣井；集抗偏磨和防腐蝕性能于一體。
[0017] 2)本耐溫抽油管材的超高分子量聚乙烯抽油內襯管具有記憶和自我恢復功能，可 確保內襯管緊密貼合在鋼制油管的內表面。隨著采油井深度增加和溫度與壓力的上升，超 高分子量聚乙烯抽油內襯管可適應油井溫度變化和應力變化導致的油管伸縮變形，保證襯 管與鋼制油管端部的密封。
[0018] 3)本耐溫抽油管材的超高分子量聚乙烯抽油內襯管是抗磨、抗腐蝕油管的全面升 級產品，可長期在地下復雜、惡劣的環境中使用。適用于油管偏磨與腐蝕嚴重、抽油桿故障 率高的油井，不改變現行的作業工藝，不需要特殊的作業工具，是非常有效的一種抗偏磨技 術。
[0019] 4)本耐溫抽油管材的內襯管不但具有更高斷裂伸長率和沖擊強度，而且因為內部 三種互相貫穿的網絡的作用而具有更好的耐熱性。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合具體實施例對本發明做進一步說明，其中實施例1為最佳實施例。 實施例
[0021] 各實施例和對比例的物料配比和性能測試見表1。其中超高分子量聚乙烯的粘均 分子量在305萬~400萬。制備方法為：將上述物料在攪拌儀中混合均勻后，在單螺桿擠出 機中擠出成型；將內管與鋼制的外管緊襯配合。
[0022] 擠出溫度一區 60~100°C，二區 100~200°C，三區 150~260°C，四區 100~200°C。
[0023] 表1物料配比和試驗結果
【主權項】
1. 一種耐溫抽油管材，包括嵌套的內管和外管，其中外管為鋼制油管，其特征在于：所 述的內管為超高分子量聚乙烯抽油內襯管，超高分子量聚乙烯抽油內襯管的擠出組合物重 量份組成為：超高分子量聚乙烯65~85份、抗氧劑1~2份、氟樹脂4~9份、相容劑0. 5~1份、 長碳鏈聚酰胺3. 5~10份、鈦酸鉀晶須3~8份和抗水解劑0~3份。
2. 根據權利要求1所述的一種耐溫抽油管材，其特征在于：所述的超高分子量聚乙烯 的粘均分子量為300萬~450萬。
3.根據權利要求1所述的一種耐溫抽油管材，其特征在于：鈦酸鉀晶須、氟樹脂和長碳 鏈聚酰胺的總加入量與超高分子量聚乙烯的質量比為（10.5~21. 3) : (65~85)。
4. 根據權利要求1所述的一種耐溫抽油管材，其特征在于：所述的氟樹脂為聚三氟氯 乙烯、聚偏氟乙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物。
5. 根據權利要求1所述的一種耐溫抽油管材，其特征在于：所述的氟樹脂與長碳鏈聚 酰胺的質量比為〇. 9~1.2:1。
6. -種權利要求1~5任一項所述的耐溫抽油管材的生產方法，其特征在于，制備步驟 為： 1) 按上述重量份組成稱取物料并混勻，利用單螺桿擠出機擠出成型制得內管；單螺 桿擠出機的擠出溫度為一區60°C ~100°C，二區100°C ~200°C，三區150°C ~260°C，四區 IOO0C -200 °C ； 2) 將內管與外管緊襯配合。
7. 根據權利要求6所述的一種耐溫抽油管材的生產方法，其特征在于：所述的單螺 桿擠出機的擠出溫度為一區80°C ~85°C，二區160°C ~180°C，三區240°C ~260°C，四區 140°C ~150°C。
【專利摘要】一種耐溫抽油管材及其生產方法，屬于超高分子量聚乙烯材料技術領域。管材包括嵌套的內管和外管，其中外管為鋼制油管，其特征在于：所述的內管為超高分子量聚乙烯抽油內襯管，超高分子量聚乙烯抽油內襯管的擠出組合物重量份組成為：超高分子量聚乙烯65~85份、抗氧劑1~2份、氟樹脂4~9份、相容劑0.5~1份、長碳鏈聚酰胺3.5~10份、鈦酸鉀晶須3~8份和抗水解劑0~3份。將上述材料在擠出機擠出成型后與鋼制的外管緊襯配合。本發明采用特定含量的無機填料以及有機材料混合作用于超高分子量聚乙烯材料，在超高分子量聚乙烯主要力學性能保持不變的基礎上，提高其耐熱性能。
【IPC分類】C08L27-12, C08K5-29, C08K7-08, C08L23-06, C08L27-16, B29C47-92, C08L23-08, C08L77-06, C08L51-00
【公開號】CN104861270
【申請號】CN201510283310
【發明人】于元章, 張波, 齊宏崗
【申請人】山東科力新材料有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月28日