一種用于抽油桿接箍的耐磨耐高溫材料的生產(chǎn)方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于抽油桿接箍的耐磨耐高溫材料的生產(chǎn)方法，涉及油田生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，先將超高分子量聚乙烯、偶聯(lián)的凹凸棒土、膨脹石墨、硬脂酸鈣和抗氧劑于高速粉碎機(jī)中混合均勻后，再將混合料在液壓機(jī)上壓片，在平板硫化機(jī)上冷壓成型，得到耐磨耐高溫材料。本發(fā)明具有一定韌性，能夠方便地外襯于抽油桿接箍外側(cè)，在使用條件下能緊貼抽油桿接箍的外表面、不脫落，而且該材料在使用條件下應(yīng)當(dāng)具有耐溫不小于120℃和良好的耐磨、耐溶脹、耐腐蝕、耐其他井下的物理化學(xué)環(huán)境的性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種用于抽油桿接縮的耐磨耐高溫材料的生產(chǎn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油田生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是有桿抽油用防偏磨接纏的耐磨耐高溫材料 的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)用于有桿抽油管桿防偏磨的手段主要包括扶正器、涂層、油管內(nèi)襯和抽油桿接 纏外襯。
[0003] 扶正器是固定在抽油桿上的防磨塊。由于扶正器減少了管桿的接觸機(jī)會(huì)和其本身 較好的耐磨性能，所W能夠降低管桿偏磨，延長(zhǎng)油井的檢修周期。
[0004] 涂層是涂于抽油桿及其接纏的外壁、油管及其接纏的內(nèi)壁涂覆耐磨潤(rùn)滑材料，能 有效降低桿管的摩擦和磨損。
[0005] 油管內(nèi)襯則是通過(guò)在油管管柱內(nèi)壁襯上一層耐磨、耐腐蝕、耐井下溫度的工程塑 料，將抽油桿和油管之間的摩擦和磨損轉(zhuǎn)變成抽油桿及其接纏和內(nèi)襯的耐磨工程塑料之間 的摩擦磨損，從而降低桿管磨損、延長(zhǎng)了油井的檢修周期。
[0006] 抽油桿接纏外襯絕大多數(shù)是由于直徑比抽油桿大的抽油桿接纏和油管之間的摩 擦和磨損造成，因此，如果在抽油桿接纏外覆蓋一層耐磨的工程塑料，在不明顯增加流體流 動(dòng)阻力的情況下，能降低了桿管的磨損，延長(zhǎng)了油井的檢修周期。
[0007] 能用于抽油桿接纏外襯的工程塑料要滿足耐磨耐高溫性能，常見(jiàn)的包括聚四氣己 帰（PTFE)，聚對(duì)苯二甲酸己二醇醋（PET)，聚苯醋（POB)，聚苯硫離（PPS)，聚離離麗（PEEK)， 聚醜亞胺（PI)和本發(fā)明采用的超高分子量聚己帰扣HMWP巧。
[0008] 聚四氣己帰（PTFE)是由四氣己帰經(jīng)聚合而成的高分子化合物，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn) 定性和耐腐蝕性，能耐王水和幾乎所有化學(xué)溶劑的腐蝕和溶脹；聚四氣己帰還具有良好的 潤(rùn)滑能力和不粘性，摩擦系數(shù)小于0. 05 ;聚四氣己帰長(zhǎng)期使用溫度高達(dá)200-26(TC，具有良 好的耐高溫能力，因此在耐摩擦磨損、耐腐蝕材料中具有廣泛的應(yīng)用。聚四氣己帰價(jià)格的大 幅度下降，也為其在工程領(lǐng)域的廣泛使用創(chuàng)造了有利條件。然而，聚四氣己帰塑料存在著硬 度低、耐磨損性能差，分子間引力小、易剝落等缺點(diǎn)，其使用受到了很大的限制。
[0009] 迂河油田開(kāi)發(fā)了一種抽油桿防磨防脫接纏（《石油礦場(chǎng)機(jī)械》第25卷第6期)。該 抽油桿接纏除具有防抽油桿脫扣的功能外，還在其外安裝有一個(gè)由聚四氣己帰擠壓而成的 防磨架，防磨架四周均布四個(gè)聚四氣己帰防磨筋。鑒于聚四氣己帰低的摩擦系數(shù)和良好的 耐磨性能，從而延長(zhǎng)了接纏的使用壽命。
[0010] 聚對(duì)苯二甲酸己二醇醋（PET)是由對(duì)苯二甲酸（TA)與己二醇（EG)經(jīng)脫水醋化、縮 聚后得到的一種熱塑性飽和聚醋。聚對(duì)苯二甲酸己二醇醋具有良好的力學(xué)性能、耐油溶脹 和耐酸堿腐蝕性能。純的聚對(duì)苯二甲酸己二醇醋具有優(yōu)良的耐高溫、耐低溫性能，長(zhǎng)期使用 溫度可W超過(guò)12(TC。從經(jīng)濟(jì)上，聚對(duì)苯二甲酸己二醇醋是的市場(chǎng)價(jià)格低，容易推廣。
[0011] 目前，還沒(méi)有將聚對(duì)苯二甲酸己二醇醋用在油水井內(nèi)襯、外襯防腐蝕、防偏磨的報(bào) 道?？蒞預(yù)見(jiàn)的是，通過(guò)對(duì)純聚對(duì)苯二甲酸己二醇醋進(jìn)行物理化學(xué)改性，可W將其軟化溫度 提高到14(TC，并可W提高其耐摩擦磨損的能力。
[0012] 聚苯醋（POB)又稱(chēng)對(duì)輕基苯甲酸醋，它是對(duì)輕基苯甲酸的聚合產(chǎn)物。聚苯醋是良 好的耐高溫工程塑料，長(zhǎng)期使用溫度超過(guò)30(TC。聚苯醋具有良好的耐磨和自潤(rùn)滑性能，滑 動(dòng)摩擦系數(shù)0. 16-0. 3。聚苯醋的耐腐蝕、耐溶脹性能優(yōu)良，幾乎在所有的有機(jī)溶劑中都不溶 脹。
[0013] 聚苯醋也沒(méi)有被使用在油水井耐磨、耐腐蝕襯管的報(bào)道。通過(guò)對(duì)其物理化學(xué)改性， 進(jìn)一步降低其摩擦系數(shù)和磨耗，能夠被用在油井抽油桿接纏外襯。
[0014] 其它能用于抽油桿接纏外襯的工程塑料包括聚醜亞胺（PI)、聚苯硫離（PPS)和聚 離離麗（P邸K)等。該些工程塑料都具有耐溫20(TC W上、優(yōu)異的耐摩擦磨損、耐腐蝕、耐溶 脹能力，基本上滿足抽油桿接纏外襯材料的使用要求。但是，該些材料的市場(chǎng)價(jià)格較貴，直 接全部使用可能會(huì)有成本問(wèn)題。
[0015] 超高分子量聚己帰（UHMWPE) -般指分子量大于150萬(wàn)的線型高密度聚己帰。作 為工程塑料，超高分子量聚己帰具有耐腐蝕、耐沖擊、耐磨損、吸水率低等優(yōu)良性質(zhì)。但是， 超高分子量聚己帰在烙融后呈粘彈性，融體流動(dòng)速率為零，臨界剪切速率極低，在工程上極 難成型。另外，純的超高分子量聚己帰的軟化溫度較低，約為8(TC，不能直接用于抽油桿接 纏，特別是深度較大的抽油井。
[0016] 江蘇油田研發(fā)了一種柔性防磨抽油桿接纏（《鉆采工藝》，2013年5月）。通過(guò)該柔 性防磨接纏，抽油桿可W發(fā)生任意方向的偏轉(zhuǎn)，變偏磨為全磨；變剛性連接為柔性連接，降 低了抽油桿接纏對(duì)油管的正壓力，從而減少了磨損。同時(shí)，該方法在抽油桿接纏外表面燒結(jié) 一層耐磨的超高分子量聚己帰，減緩桿管之間的磨損，延長(zhǎng)了桿管的壽命。但是，接纏外表 面的超高分子量聚己帰的軟化溫度低，在井深較大、井下溫度較高時(shí)，燒結(jié)在抽油桿接纏外 表面的超高分子量聚己帰塑料就很快被磨損、脫落。所W，通過(guò)對(duì)超高分子量聚己帰進(jìn)行改 性，提高其軟化溫度和在使用條件下耐磨損性能，才能起到減緩抽油桿接纏和油管之間的 摩擦磨損，延長(zhǎng)使用壽命的目的。
[0017] 凹凸棒±(或稱(chēng)為凹凸棒粘±)是含有凹凸棒石成分的粘±。天然的凹凸棒±中凹 凸棒石的含量從50-85%不等。凹凸棒石又叫綠坡縷石、坡縷石（Palygorskite)、山軟木± 等。凹凸棒石為一種晶質(zhì)水合鎮(zhèn)鉛娃酸鹽礦物，具有獨(dú)特的層鏈狀結(jié)構(gòu)特征，在其結(jié)構(gòu)中存 在晶格置換，棒晶體中含有不定量的化+Xa化、Fe3+、A13+，在電子顯微鏡下晶體呈針狀，纖 維狀或纖維集合狀。凹凸棒石具有獨(dú)特的分散、耐高溫、抗鹽堿等良好的膠體性質(zhì)和較高的 吸附脫色能力。并具有良好的可塑性及粘結(jié)力，具有介于鏈狀結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)之間的中間 結(jié)構(gòu)。該些特殊的性質(zhì)是它在塑料填充中能夠改善塑料的軟化溫度、耐摩擦磨損性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明目的是提出一種具有一定初性，能夠方便地外襯于抽油桿接纏外側(cè)，在使 用條件下能緊貼抽油桿接纏的外表面、不脫落的耐磨耐高溫材料的生產(chǎn)方法。
[0019] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：先將超高分子量聚己帰、偶聯(lián)的凹凸棒±、膨脹石墨、硬脂 酸巧和抗氧劑于高速粉碎機(jī)中混合均勻后，再將混合料在液壓機(jī)上壓片，在平板硫化機(jī)上 冷壓成型，得到耐磨耐高溫材料。
[0020] 本發(fā)明在分析桿管偏磨的原因和對(duì)策、高溫耐磨材料研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，研發(fā)出 能用于抽油桿接纏的外襯材料。該材料能夠通過(guò)模壓或燒結(jié)成型，具有一定初性，能夠方便 地外襯于抽油桿接纏外側(cè)，在使用條件下能緊貼抽油桿接纏的外表面、不脫落，而且該材料 在使用條件下應(yīng)當(dāng)具有耐溫不小于12CTC和良好的耐磨、耐溶脹、耐腐蝕、耐其他井下的物 理化學(xué)環(huán)境的性能。
[0021] 本發(fā)明得到的超高分子量聚己帰復(fù)合材料具有W下優(yōu)點(diǎn)；（1)耐溫可達(dá)12(TC ; (2)良好的耐摩擦磨損性能；（3)良好的耐腐蝕溶脹能了；（4)較好的力學(xué)性能；（5)良好的 加工成型能力。
[0022] 另外，混合時(shí)，所述超高分子量聚己帰、偶聯(lián)的凹凸棒±、膨脹石墨、硬脂酸巧和抗 氧劑的混合質(zhì)量比為100 ;1〇?40 ;1?3 ;0. 5?2 ;0. 3?1。
[0023] 超高分子量聚己帰為基體材料；偶聯(lián)處理的凹凸棒±能夠很好的分散在基體材料 中，起到對(duì)基體材料填充增強(qiáng)、提高抗磨減摩能力和軟化溫度的作用。試驗(yàn)結(jié)果表明，太少 的偶聯(lián)凹凸棒粘±對(duì)基體材料的抗磨減摩性能、軟化溫度及其力學(xué)性能的改善有限，而太 多的無(wú)機(jī)填料則會(huì)阻斷基體材料之間的連接，各項(xiàng)指標(biāo)明顯下降，所W采用上述混合比的 偶聯(lián)的凹凸棒±最佳。膨脹石墨為潤(rùn)滑劑、脫模劑，試驗(yàn)表明，其含量在上述混合比的條件 下效果最佳。硬脂酸巧為分散劑，主要起促進(jìn)各組分均勻分散和提高烙體流動(dòng)能力的作用， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在上述混合比的條件下其表現(xiàn)最佳。抗氧化劑是提高制成品抗氧化和老化能 力的添加劑，其含量在上述混合比的條件下更為優(yōu)化。
[0024] 采用的超高分子量聚己帰的分子量為6, 000, 000?10, 000, 000?；w材料超高分 最亮聚己帰本身的耐磨能力和其粘均分子量大小有關(guān)。一般而言，分子量越大，其耐摩擦磨 損性能越高，但是分子量也不是越大越好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，分子量上述超高分子量聚己帰材 料本身的耐磨摩擦磨損性能在試驗(yàn)條件下是最好的。
[0025] 上述偶聯(lián)的凹凸棒±的制法是；將凹凸棒±顆粒于玻璃研鉢中研碎，將娃焼偶聯(lián) 劑KH-560溶于丙麗溶液中，再將研碎的凹凸棒±置于丙麗溶液中，高速攬拌機(jī)攬拌1小時(shí)， 待丙麗液體大部分揮發(fā)，將混料8(TC烘干5小時(shí)，即得到偶聯(lián)的凹凸棒±。
[0026] 經(jīng)過(guò)偶聯(lián)處理的凹凸棒±的表面極性會(huì)從親水向親油轉(zhuǎn)變，而基體材料(超高分 子量聚己帰）的表面W非極性(親油）為主，所W，經(jīng)過(guò)偶聯(lián)處理后的凹凸棒±能夠更均勻地 分散在基體材料中。
[0027] 上述抗氧劑為抗氧劑1010和抗氧劑168中的一種或幾種?？寡鮿?010屬于酷類(lèi) 抗氧劑，用作主抗氧劑，對(duì)于聚己帰類(lèi)塑料具有卓越的抗氧化能力；抗氧劑168則屬于亞磯 酸醋類(lèi)抗氧劑，作副抗氧劑，和抗氧劑1010之間具有良好的協(xié)同效應(yīng)。
[0028] 上述液壓機(jī)的溫度為170?24(TC。在該條件下具有更高的耐摩擦磨損性能和力 學(xué)性能。
[0029] 上述平板硫化機(jī)的溫度為40?6(TC。冷壓過(guò)程是為了讓樣品在一定的溫度程序 下冷卻到室溫，可W控制樣品具有合適的結(jié)晶度。燒結(jié)后的樣品在40?6(TC冷卻時(shí)所得樣 品的結(jié)晶度更適中，在保持了較高的硬度的同時(shí)還具有良好的初性，該對(duì)材料的耐摩擦磨 損性能有幫助。
[0030] 上述所述娃焼偶聯(lián)劑KH-560與偶聯(lián)的凹凸棒±的投料質(zhì)量比為0. 5?2. 0 ;100。 采用該比例，既保持了偶聯(lián)劑在無(wú)機(jī)的凹凸棒±表面的有完整的、均勻的分散，還避免了過(guò) 多的偶聯(lián)劑使用的浪費(fèi)。

【具體實(shí)施方式】 [00引]實(shí)施例1 取IOOg凹凸棒±顆粒于玻璃研鉢中研碎，取0. 6ml娃焼偶聯(lián)劑KH-560溶于200ml丙 麗溶液中，攬勻，再將上述研碎的凹凸棒±置于丙麗溶液中，高速攬拌機(jī)攬拌1小時(shí)，待丙 麗液體大部分揮發(fā)，將混合料在8(TC烘干5小時(shí)，即得到偶聯(lián)的凹凸棒±。
[0032] 取上述偶聯(lián)凹凸棒± 15g，超高分子量聚己帰(分子量為6, 000, 000? !0,000,000) IOOg,石墨2g，硬脂酸巧Ig,抗氧劑1010 0. 3g和抗氧劑168 0. 2g，在高速 混合機(jī)中混合5min，得到混合料。取該混合料在液壓機(jī)上壓片，設(shè)定壓片時(shí)液壓機(jī)的工作溫 度190。預(yù)熱15min，10MPa壓力下壓lOmin，再在工作溫度為25°C的平板硫化機(jī)上室溫冷 壓5min，得到片狀材料。該材料的性能見(jiàn)表1。
[003引 實(shí)施例2 取上述偶聯(lián)凹凸棒± 30g，超高分子量聚己帰(分子量為6, 000, 000?10, 000, 000) IOOg,石墨2g，硬脂酸巧Ig,抗氧劑1010 0. 3g和抗氧劑168 0. 2g，在高速混合機(jī)中混合 5min，得到混合料。取該混合料在液壓機(jī)上壓片，設(shè)定壓片時(shí)液壓機(jī)的工作溫度24CTC，預(yù)熱 15min，IOMPa壓力下壓lOmin，再在工作溫度為6(TC的平板硫化機(jī)上室溫冷壓5min，得到片 狀材料。該材料的性能見(jiàn)表1。
[0034] 對(duì)比例1 取純的超高分子量聚己帰(分子量為6, 000, 000?10, 000, OOOHOOg,在液壓機(jī)的工作 溫度19(TC條件下壓片，設(shè)定壓片溫度190。預(yù)熱15min，10MPa壓力下壓lOmin，再在工作 溫度為25C的平板硫化機(jī)上室溫冷壓5min，得到片狀材料。純的超高分子量聚己帰的性能 見(jiàn)表1。
[0035] 表1材料的基本性能

【權(quán)利要求】
1. 一種用于抽油桿接箍的耐磨耐高溫材料的生產(chǎn)方法，其特征在于先將超高分子量聚 乙烯、偶聯(lián)的凹凸棒土、膨脹石墨、硬脂酸鈣和抗氧劑于高速粉碎機(jī)中混合均勻后，再將混 合料在液壓機(jī)上壓片，在平板硫化機(jī)上冷壓成型，得到耐磨耐高溫材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述生產(chǎn)方法，其特征在于所述超高分子量聚乙烯、偶聯(lián)的凹凸棒 土、膨脹石墨、硬脂酸鈣和抗氧劑的混合質(zhì)量比為100 :1〇?40 :1?3 :0. 5?2 :0. 3?1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述生產(chǎn)方法，其特征在于所述超高分子量聚乙烯的分子量為 6, 000, 000 ?10, 000, 000。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述生產(chǎn)方法，其特征在于將硅烷偶聯(lián)劑KH-560溶于丙酮溶 液中，再將研碎的凹凸棒土置于硅烷偶聯(lián)劑KH-560的丙酮溶液中，經(jīng)攪拌使丙酮液體揮發(fā) 后，再于80°C條件下，即得偶聯(lián)的凹凸棒土。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述生產(chǎn)方法，其特征在于所述抗氧劑為抗氧劑1010和抗氧劑 168中的至少于任意一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述生產(chǎn)方法，其特征在于在壓片時(shí)，所述液壓機(jī)的工作溫度為 170 ?240°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述生產(chǎn)方法，其特征在于在冷壓成型時(shí)，所述平板硫化機(jī)的工 作溫度為40?60°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述生產(chǎn)方法，其特征在于所述硅烷偶聯(lián)劑KH-560與偶聯(lián)的凹凸棒 土的投料質(zhì)量比為〇. 5?2. 0 :100。
【文檔編號(hào)】B29C35/18GK104356486SQ201410691030
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】唐海軍, 袁月, 鄒俊松, 石國(guó)軍, 戴鑫, 馬建杰 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司江蘇油田分公司