一种耐磨保温的油管外覆复合材料及其制备方法与流程

1.本发明属于油管外覆复合材料技术领域，具体涉及一种耐磨保温的油管外覆复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.目前，南海部分油田开采出来的石油具有密度低，粘度低，含硫量低，胶质、沥青质含量低，含蜡量高，倾点高等特征。由于原油析蜡点为48.11℃，原油凝固点为33℃，原油在实际开采输送过程中会由于散热过快致使油井出口温度低于析蜡点温度，从而有蜡质析出。一方面导致原油输送速率下降，降低了石油开采产量；另一方面会出现油管堵塞的风险，存在很大的生产隐患。
3.油管作业过程中，在下井和维修等工段会存在摩擦、碰撞，因此油管必须外敷耐磨涂层对油管进行保护。如果材料摩擦系数过高，在作业过程中油管与摩擦环境之间的摩擦阻力过大，会导致材料磨损过多，使油管磨破穿孔，造成原油泄漏。因此，对于外敷涂层来说需要有良好的力学性能(比如低摩擦系数、高硬度等)，从而起到耐磨屏障作用，以保护油管的正常作业。
4.传统多孔隔热涂层多选用发泡材料，为保证隔热效果，涂层使用厚度较厚。发泡材料的高孔隙率使其与油管的实际接触面积减小，同时隔热涂层的高厚度也容易造成涂层与基材界面处的应力集中，从而导致附着力低。另外，发泡材料多为松散结构，很难承受成井过程中油管与套管间的高速摩擦带来的冲击力，从而造成涂层脱落。同时，就目前油管保温所可能采用的保温材料来说，其存在的问题主要如下：
①
实心保温材料和空心玻璃微珠填充的复合材料，热导率仍偏高，不能满足保温放结蜡的要求；
②
无机材料普遍吸水率较高、保温差；
③
有机发泡保温涂料作为管道保温层应用时间较短，制备与施工工艺尚不成熟，且耐候性、耐热性较差，有一定毒性，热导率较高；
④
有机无机复合泡沫材料的压缩强度高，耐热，但其密度大、热导率高、成本高。因此，开发具有高效隔热、耐磨性能的油管外覆材料具有重要的应用价值。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种耐磨保温的油管外覆复合材料，使油管兼具隔热和耐磨两种性能，从而解决采油过程中油管析蜡严重、油管堵塞等问题。
6.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
7.本发明一方面提供了一种耐磨保温的油管外覆复合材料，所述油管外覆复合材料包覆在油管的外表面，从里到外包括气凝胶毡复合隔热涂层和聚脲弹性体耐磨涂层，所述气凝胶毡复合隔热涂层和聚脲弹性体耐磨涂层之间设置有一层铝箔。
8.本发明提供的油管外覆复合材料从里到外包括气凝胶毡复合隔热涂层，铝箔层和聚脲弹性体耐磨涂层，其中，聚脲能够起到很好的耐磨屏障作用，减少油管作业过程中的摩
擦磨损；气凝胶毡能很好地阻隔热量耗散，减少原油输送过程中地热量损失，从而提高出口温度，降低析腊风险；气凝胶毡与聚脲之间的铝箔也可以起到很好的热反射作用，可以进一步减少热量的耗散，提升保温的效果，而且铝箔的包覆还能防止未固化的聚脲浸润到气凝胶毡的内部，避免气凝胶毡丧失隔热保温的性能。本发明很好的解决了目前采油过程中所遇到的油管析蜡严重、油管堵塞等问题，极大地降低了采油运输过程中的经济成本及安全隐患。
9.优选地，所述气凝胶毡复合隔热涂层的厚度为8-10mm。进一步地，所述气凝胶毡复合隔热涂层的厚度为10mm。
10.优选地，所述聚脲弹性体耐磨涂层的厚度为3-5mm。进一步地，所述聚脲弹性体耐磨涂层的厚度为3mm。
11.优选地，所述铝箔的厚度为0.5mm。
12.优选地，所述油管包括但不限于碳钢油管。
13.优选地，所述聚脲弹性体耐磨涂层包括但不限于air++1103耐磨聚脲涂层；所述气凝胶毡复合隔热涂层包括但不限于ag-f60型气凝胶毡。
14.本发明另一方面提供了上述的耐磨保温的油管外覆复合材料的制备方法，包括以下步骤：
15.s1、对油管进行预处理，除去油管表面的铁锈；
16.s2、对经过步骤s1处理后的油管用气凝胶毡进行包覆，并用铝箔进行粘接包覆，再用钢丝网进行固定，然后在钢丝网表面喷涂聚脲弹性体耐磨涂层，制备得到耐磨保温的油管外覆复合材料。
17.优选地，所述油管的预处理为：分别用180目、360目、600目、1000目的砂纸打磨碳钢油管，以除去油管表面的铁锈，然后分别用水、乙醇、丙酮清洗油管表面残留的污渍，最后经干燥即可。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.本发明提供一种耐磨保温的油管外覆复合材料，所述油管外覆复合材料包覆在油管的外表面，从里到外包括气凝胶毡复合隔热涂层和聚脲弹性体耐磨涂层，所述气凝胶毡复合隔热涂层和聚脲弹性体耐磨涂层之间设置有一层铝箔，本发明采用聚脲与气凝胶毡进行复合，并在聚脲与气凝胶毡的接触界面之间用铝箔隔开，这种设计方案能赋予油管高效的隔热和耐磨性能，从而解决了目前采油过程中所遇到的油管析蜡严重、油管堵塞等问题，极大地降低了采油运输过程中的经济成本及安全隐患。
附图说明
20.图1为油管外覆复合材料的结构示意图；
21.图1中，1-碳钢油管管壁；2-气凝胶毡复合隔热涂层；3-铝箔；4-聚脲弹性体耐磨涂层。
22.图2为油管外覆复合材料的实体图；
23.图3为实施例1-4的油管外覆复合材料的导热系数；
24.图4为实施例1的油管外覆复合材料的磨损长度与磨损厚度关系图。
具体实施方式
25.下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
26.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到的。
27.实施例1一种油管外覆复合材料(简称1号样)及其制备
28.所述油管外覆复合材料包覆在碳钢油管的外表面，从里到外包括气凝胶毡复合隔热涂层(ag-f60型气凝胶毡)和聚脲弹性体耐磨涂层(air++1103耐磨聚脲)，所述气凝胶毡复合隔热涂层和聚脲弹性体耐磨涂层之间设置有一层铝箔。其结构示意图如图1所示，实体图如图2所示。
29.其制备方法包括以下步骤：
30.(1)分别用180目、360目、600目、1000目的砂纸打磨碳钢油管，以除去油管表面的铁锈，然后先用去离子水清洗油管表面3遍，再用乙醇(化学纯)清洗表面三遍，最后用丙酮(化学纯)清洗表面三遍，清洗掉油管表面残留的污渍，最后在无尘车间干燥30分钟。
31.(2)对经过步骤(1)处理后的碳钢油管用10mm厚的气凝胶毡(保温隔热作用)进行包覆，并用0.5mm厚的铝箔进行粘接包覆(铝箔单面带有胶粘剂，使得铝箔与气凝胶毡表面粘接)，再用1/4
″×
1/4
″
规格的钢丝网进行固定，然后在混合室中采用af2020型喷枪(配用ftxx24喷嘴)在钢丝网表面喷涂一层3mm厚的air++1103耐磨聚脲(起保护气凝胶毡的作用)，完成油管外覆复合材料的制备。
32.实施例2一种油管外覆复合材料(简称2号样)及其制备
33.材料结构与制备方法同实施例1，不同点在于，喷涂的air++1103耐磨聚脲层的厚度为5mm。
34.实施例3一种油管外覆复合材料(简称3号样)及其制备
35.材料结构与制备方法同实施例1，不同点在于，包覆的气凝胶毡的厚度为8mm。
36.实施例4一种油管外覆复合材料(简称4号样)及其制备
37.材料结构与制备方法同实施例3，不同点在于，喷涂的air++1103耐磨聚脲层的厚度为5mm。
38.实验例1性能测试
39.(1)隔热保温性能测试
40.以实施例1-4的油管外覆复合材料为测试材料，对它们的导热系数进行测量，以评估其隔热保温性能，测试条件为：在压力为80psi条件下，采用导热系数测量仪(夏溪科技有限公司，tc3200型)分别在60℃下进行导热系数的测量。
41.(2)耐磨性能测试
42.以(1)测得的导热系数最小的外覆复合材料为例，对其耐磨性能进行测量，测试条件为：在常温常压下，用漆膜磨耗仪进行磨损测试，其中砝码荷重为750g，砂轮粒度为120目。
43.如图3所示的导热系数测试结果，随着气凝胶毡厚度的增加，导入系数降低，导热系数达到了0.03w/m
·
k左右，根据中华人民共和国石油工业部颁发的标准《sy5324-88隔热
油管的隔热性能》可知，本发明复合材料具有优异的隔热性能；同时可以看出，随着聚脲厚度的增加，导热系数轻微升高，其中1号样(3mm聚脲与10mm气凝胶毡)所得的外覆复合材料的导热系数最低；推测这是由于气凝胶毡多孔结构中富含低导热系数的空气(大约为0.02w/m
·
k)所导致的，当热流沿着径向从油管内壁传递到气凝胶毡表面时，热流传递到低导热材料所遇到的热阻最大，热量消耗最小，从而阻止了热量的耗散，达到了优异的保温效果，从而具有优异的隔热效果。
44.从图4的磨损长度与磨损厚度的关系可以看出，随着磨损长度的增加，磨耗量逐步增加，当磨耗长度达到5000米时，外覆复合材料的磨损厚度仅为0.16mm，而南海油井采油通常所需的油管长度大约是4000m，本测试例的模拟长度为5000米，0.16mm的磨损量对于3mm厚的聚脲涂层各方面力学性能不会产生太大影响，因此本发明的外覆复合材料可以为油管提供长效的耐磨损保护，进而保护油管外保护涂层不被磨损破坏，可见，本发明的外覆复合材料兼具较好的耐磨和保温性能，在石油开采油管中具有广泛的应用前景。
45.以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。