CN112648449A - 一种耐高温柔性复合管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温柔性复合管，包括内衬层、中间层和外保护层，所述内衬层为聚乙烯材料非金属管，所述中间层为增强纤维，所述外保护层为聚乙烯。本发明还公开了一种耐高温柔性复合管的制备方法，解决了现有技术中存在的柔性复合管高温时承压能力下降的问题。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种耐高温柔性复合管，还涉及上述一种耐高温柔性复合管的制造方法。
背景技术
随着油田服役工况的日益苛刻，油气井中含有大量的H2S、Cl-、CO2等单个或共存的腐蚀性介质，用于井下油气开采及地面集输的碳钢管由于腐蚀问题不能满足使用要求，给管道的运行造成很大的安全风险，采用耐蚀合金管材成本太高，制约了其推广使用。非金属复合管材由于具有耐腐蚀、重量轻、综合成本低等特点，在油气勘探开发领域应用越来越广泛，因此，非金属复合管材在油气田领域有广阔的市场和发展前景。
柔性复合管(RTP管)是非金属复合管的一种，可以连续成型、柔性好、抗冲击性能优良、运输安装快速简单，属于附加值较高的非金属复合管材，在油气集输、高压注醇、油田注水及其他腐蚀性介质输送等领域被广泛应用，是油气工业急需管材。同时，RTP管在页岩气集中供水、压裂返排液回收利用、煤层气输送、盐卤输送、化工管道、温泉水输送等领域发挥着众多优越性。柔性复合管作为新型管材，具有优异的耐腐蚀性能、可盘卷性、高比强度，已成为解决地面集输管网腐蚀问题的重要措施之一，且用量逐年递增，然而，随着国内油田开发过程中井深的增加、含水率的提高，管线运行温度随之提升。油气田用常规柔性复合管的耐高温性能差，高温条件下(>65℃)的柔性复合管适用性尚不明确，由于运行温度增高导致管道失效的问题时有发生。
随着非常规油气资源开发的数量增多，RTP管的服役工况越来越复杂，目前常规的RTP管不能满足油田特殊工况的集输要求，对耐高温大口径RTP管产品需求很迫切，国内川庆、塔里木等油田用户反馈，常规RTP管在服役过程中由于高温的问题导致管道破裂，造成管线泄漏。常规RTP管内衬层采用普通的PE材料，材料自身的耐热性能差、渗透性高，一般耐热只能达到60℃，增强层采用聚酯纤维为工业涤纶丝，在温度超过60℃时抗拉强度衰减严重，管材的承压能力不足，导致管道破裂。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种耐高温柔性复合管，解决了现有技术中存在的柔性复合管高温时承压能力下降的问题。
本发明的第二目的是提供上述一种耐高温柔性复合管的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种耐高温柔性复合管，包括内衬层、中间层和外保护层，所述内衬层为聚乙烯材料非金属管，所述中间层为增强纤维，所述外保护层为聚乙烯。
本发明的特点还在于：
增强纤维为芳纶纤维或玻纤绳。
聚乙烯材料非金属管的材料采用交联聚乙烯或聚偏氟乙烯。
一种耐高温柔性复合管的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采用交联聚乙烯在单螺杆挤出机组上挤出内管，经过真空定型、喷淋冷却、牵引到收卷，完成内管的制备。
步骤2、将制备好的内管放卷，在增强层缠绕机组上将芳纶纤维缠绕在内管上，收卷到收排管架上。
步骤3、将缠绕好的半成品管放卷，在外管挤出机组上进行保护层的包覆，并在管体上喷标，完成复合管的制备。
步骤1具体为，将交联聚乙烯树脂在单螺杆挤出机中加热到180-200℃进行塑化，通过挤出模具挤出内管，在真空定型机中完成内管的成型，真空定型机水箱真空度为0.02-0.06MPa，然后喷淋冷却，在内管中通入70-80℃的热水进行交联。
步骤2具体为，将交联完毕的内管在增强层缠绕机组上芳纶纤维，缠绕角度为54.7°，张力为4Kg，一共缠绕四层芳纶纤维。
步骤3具体为，将缠绕好芳纶纤维的半成品管在外管包覆机组上进行外管的包覆，外管包覆所用的原料为高密度聚乙烯树脂，在单螺杆挤出机中加热到180-200℃进行塑化，通过挤出模具完成外保护层的外管包覆，对外管进行喷淋冷却，在外管上通过激光打标机标注管材的型号、标准、生产日期和米数等信息，完成复合管的制备。
步骤2中的芳纶纤维可用玻纤绳替代。
步骤1中的交联聚乙烯可用聚偏氟乙烯替代。
本发明的有益效果是：本发明一种耐高温柔性复合管，解决了现有技术中存在的柔性复合管高温时承压能力下降的问题。本发明一种耐高温柔性复合管的制备方法。适用于油气田地面集输用含H2S、Cl-、CO2等腐蚀介质，输送介质温度为70～90℃的柔性复合管，内衬层和增强层材料均为耐高温性能良好的非金属材料，其结构简单，加工工艺简单，在保证复合管理化性能的同时保证复合管的耐温性能，大大降低产品成本。保证了管材在70～90℃的服役环境下安全服役。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种耐高温柔性复合管，包括内衬层、中间层和外保护层，所述内衬层为聚乙烯材料非金属管，所述中间层为增强纤维，所述外保护层为聚乙烯。
增强纤维为芳纶纤维或玻纤绳。
聚乙烯材料非金属管的材料采用交联聚乙烯或聚偏氟乙烯。
本发明一种耐高温柔性复合管的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采用交联聚乙烯在单螺杆挤出机组上挤出内管，经过真空定型、喷淋冷却、牵引到收卷，完成内管的制备。步骤1具体为，将交联聚乙烯树脂在单螺杆挤出机中加热到180-200℃进行塑化，通过挤出模具挤出内管，在真空定型机中完成内管的成型，真空定型机水箱真空度为0.02-0.06MPa，然后喷淋冷却，在内管中通入70-80℃的热水进行交联。步骤1中的交联聚乙烯可用聚偏氟乙烯替代。
步骤2、将制备好的内管放卷，在增强层缠绕机组上将芳纶纤维缠绕在内管上，收卷到收排管架上。步骤2具体为，将交联完毕的内管在增强层缠绕机组上芳纶纤维，缠绕角度为54.7°，张力为4Kg，一共缠绕四层芳纶纤维。步骤2中的芳纶纤维可用玻纤绳替代。
步骤3、将缠绕好的半成品管放卷，在外管挤出机组上进行保护层的包覆，并在管体上喷标，完成复合管的制备。步骤3具体为，将缠绕好芳纶纤维的半成品管在外管包覆机组上进行外管的包覆，外管包覆所用的原料为高密度聚乙烯树脂，在单螺杆挤出机中加热到180-200℃进行塑化，通过挤出模具完成外保护层的外管包覆，对外管进行喷淋冷却，在外管上通过激光打标机标注管材的型号、标准、生产日期和米数等信息，完成复合管的制备。
实施例1：本实例提供了一种耐高温柔性复合管，该柔性复合管从内至外依次设置有内衬层、增强层和外保护层。内衬层原料采用热塑性树脂交联聚乙烯，增强层采用芳纶纤维，外保护层材料为普通聚乙烯树脂。
首先，将交联聚乙烯树脂在单螺杆挤出机中加热到200℃左右进行塑化，通过挤出模具挤出内管，在真空定型机中完成内管的成型，真空定型机水箱真空度为0.02-0.06MPa，挤出内管外径为59mm，然后喷淋冷却，在内管中通入70-80℃的热水进行交联。然后，将交联完毕的内管在增强层缠绕机组上缠绕玻纤绳，缠绕角度为54.7°，张力为4Kg，一共缠绕四层玻纤绳，总厚度为7mm。最后，将缠绕好玻纤绳的半成品管在外管包覆机组上进行外管的包覆，外管包覆所用的原料为高密度聚乙烯树脂，在单螺杆挤出机中加热到195℃左右进行塑化，通过挤出模具完成外保护层的外管包覆，包覆厚度为3mm，对外管进行喷淋冷却，在外管上通过激光打标机标注管材的型号、标准、生产日期和米数等信息，完成ND50 25MPa耐高温柔性复合管的制备。
将制备的耐高温柔性复合管取样进行性能检测评价，纵向回缩率：＜3％；受压开裂稳定性：无裂纹；常温静水压强度：37.5MPa压力下保压4小时，无泄漏，压降＜4％；常温爆破强度＞75MPa；70℃静水压强度：37.5MPa压力下保压4小时，无泄漏，压降＜4％；70℃爆破强度＞75MPa；1000小时存活试验：温度70℃45MPa压力下，保压1000小时，管材无破裂、无渗漏。结果表明，DN50 25MPa耐高温柔性复合管满足SY/T6662.2-2012和SY/T6794-2010标准要求，具有良好的耐高温性能。
实施例2：本实例提供了一种耐高温柔性复合管，该柔性复合管从内至外依次设置有内衬层、增强层和外保护层。内衬层原料采用热塑性树脂聚偏氟乙烯，增强层采用芳纶纤维，外保护层材料为普通聚乙烯树脂。
首先，将聚偏氟乙烯树脂在单螺杆挤出机中进行塑化，通过挤出模具挤出内管，在真空定型机中完成内管的成型，真空定型机水箱真空度为0.02-0.06MPa，挤出内管外径为164mm，然后喷淋冷却，完成内管的制备。然后，将内管在增强层缠绕机组上缠绕玻纤绳，缠绕角度为54.7°，张力为3Kg，一共缠绕四层玻纤绳，总厚度为4mm。最后，将缠绕好玻纤绳的半成品管在外管包覆机组上进行外管的包覆，外管包覆所用的原料为高密度聚乙烯树脂，在单螺杆挤出机中加热到200℃左右进行塑化，通过挤出模具完成外保护层的外管包覆，包覆厚度为3mm，对外管进行喷淋冷却，在外管上通过激光打标机标注管材的型号、标准、生产日期和米数等信息，完成DN1506.4MPa耐高温柔性复合管的制备。
将制备的耐高温柔性复合管取样进行性能检测评价，纵向回缩率：＜3％；受压开裂稳定性：无裂纹；常温静水压强度：9.6MPa压力下保压4小时，无泄漏，压降＜4％；常温爆破强度＞19.2MPa；90℃静水压强度：9.6MPa压力下保压4小时，无泄漏，压降＜4％；90℃爆破强度＞19.2MPa；1000小时存活试验：温度90℃11.5MPa压力下，保压1000小时，管材无破裂、无渗漏。结果表明，DN150 6.4MPa耐高温柔性复合管满足SY/T6662.2-2012和SY/T6794-2010标准要求，具有良好的耐高温性能。
本发明一种耐高温柔性复合管，解决了现有技术中存在的柔性复合管高温时承压能力下降的问题。本发明一种耐高温柔性复合管的制备方法。适用于油气田地面集输用含H2S、Cl-、CO2等腐蚀介质，输送介质温度为70～90℃的柔性复合管，内衬层和增强层材料均为耐高温性能良好的非金属材料，其结构简单，加工工艺简单，在保证复合管理化性能的同时保证复合管的耐温性能，大大降低产品成本。保证了管材在70～90℃的服役环境下安全服役。
Claims (9)
1.一种耐高温柔性复合管，其特征在于，包括内衬层、中间层和外保护层，所述内衬层为聚乙烯材料非金属管，所述中间层为增强纤维，所述外保护层为聚乙烯。
2.如权利要求1所述的一种耐高温柔性复合管，其特征在于，所述增强纤维为芳纶纤维或玻纤绳。
3.如权利要求1所述的一种耐高温柔性复合管，其特征在于，所述聚乙烯材料非金属管的材料采用交联聚乙烯或聚偏氟乙烯。
4.如权利要求1至3任一权利要求所述的一种耐高温柔性复合管的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采用交联聚乙烯在单螺杆挤出机组上挤出内管，经过真空定型、喷淋冷却、牵引到收卷，完成内管的制备。
步骤2、将制备好的内管放卷，在增强层缠绕机组上将芳纶纤维缠绕在内管上，收卷到收排管架上。
步骤3、将缠绕好的半成品管放卷，在外管挤出机组上进行保护层的包覆，并在管体上喷标，完成复合管的制备。
5.如权利4所述的一种耐高温柔性复合管的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体为，将交联聚乙烯树脂在单螺杆挤出机中加热到180-200℃进行塑化，通过挤出模具挤出内管，在真空定型机中完成内管的成型，真空定型机水箱真空度为0.02-0.06MPa，然后喷淋冷却，在内管中通入70-80℃的热水进行交联。
6.如权利4所述的一种耐高温柔性复合管的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体为，将交联完毕的内管在增强层缠绕机组上芳纶纤维，缠绕角度为54.7°，张力为4Kg，一共缠绕四层芳纶纤维。
7.如权利4所述的一种耐高温柔性复合管的制备方法，其特征在于，所述步骤3具体为，将缠绕好芳纶纤维的半成品管在外管包覆机组上进行外管的包覆，外管包覆所用的原料为高密度聚乙烯树脂，在单螺杆挤出机中加热到180-200℃进行塑化，通过挤出模具完成外保护层的外管包覆，对外管进行喷淋冷却，在外管上通过激光打标机标注管材的型号、标准、生产日期和米数等信息，完成复合管的制备。
8.如权利4所述的一种耐高温柔性复合管的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的芳纶纤维可用玻纤绳替代。
9.如权利4所述的一种耐高温柔性复合管的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的交联聚乙烯可用聚偏氟乙烯替代。
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