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抽油桿扶正器復合材料的綜合性能

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抽油桿扶正器復合材料的綜合性能

發布日期:2018-07-09 作者: 點擊:

一、UHMWPE復合材料

  UHMWPE的粘均相對分子質量高達150萬以上,具有無可比擬的耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、耐低溫(-70℃以下)、自潤滑、抗粘附、不吸水等綜合性能,被稱為“令人驚異的塑料”。經注射成型得到的UHMWPE抽油桿扶正器,其抗磨損、抗沖擊、抗腐蝕、耐低溫、自潤滑性、不吸水性均優于傳統的PA扶正器,克服了PA易吸水溶脹、水解、低溫脆性大、易碎、摩擦阻力大的缺點,由于極優的柔韌性、吸收沖擊能等特性,可減弱往復運動中的桿、管撞擊;極低的摩擦因數,有利于降低往復摩擦磨損和減小抽油泵負荷;適中的硬度,有利于減少對抽油管體和抽油桿體的磨損。性能對比測試結果表明,UHMWPE扶正器的使用壽命大大高于傳統的PA扶正器。但由于UHMWPE的熔體粘度極高,成型加工極為困難。

二、PTFE復合材料

  PTFE是氟塑料中應用最廣、產量最大的一種,其分子結構中與碳原子相連接的全是氟原子,分子鏈的規整性和對稱性極好。同時氟原子的體積較大,將主鏈上的碳原子屏蔽起來,這種結構使得PTFE具有極好的耐溫性(熱分解溫度達到390℃)和耐化學藥品性。同時PTFE是所有塑料中摩擦因數最小的一種,是耐磨性和自潤滑性最好的高分子材料之一。

  PTFE雖具有極好的自潤滑性和耐化學藥品性,但由于其存在易磨損、加工性能差、硬度低、耐蠕變性能和導熱性能差等缺點,使其在抽油桿扶正器上的應用帶來一定困難。多年來,人們采用各種方法對PTFE進行改性。其中,填充、增強復合改性成為有效而又方便的方法。通過添加各種不同的填料對PTFE進行復合改性,期望改善和克服其性能缺陷而用于制作抽油桿扶正器。利用改性的PTFE經過模壓加工工藝一次成型橢圓形抽油桿扶正器,橢圓形的PTFE扶正器套在扶正桿上自由擺動,確保PTFE扶正器與油管內壁直接接觸,大大減輕了抽油桿對油管內壁的磨損,延長了抽油桿及油管的使用壽命,目前本產品已在克拉瑪依油田、吐哈油田、長慶油田等多家油田使用,效果良好。

扶正器廠家

  隨著高分子材料改性技術的日益發展,具有優良耐磨性能和耐化學藥品性能的高分子復合材料逐漸被用于制作扶正器。其中,PA復合材料、PTFE復合材料以及UHMWPE復合材料有望成為今后抽油桿扶正器的專用材料。

  為了改善UHMWPE的流動性和成型加工性能,很多學者進行了相關研究。美國聯盟公司在1965年就獲得了這方面的專利權,用低分子量聚乙烯、聚乙烯蠟共混改性UHMWPE。日本改性UHMWPE的專利是在粘均相對分子質量100萬以上的UHMWPE中加入質量分數0.4%~10%的聚酞亞胺樹脂,可以在單螺桿擠出機上擠出成型圓棒料。美國AlliedSingal公司研制出一種共聚物與硬脂酸鹽配合的樹脂添加劑,將其用作UHMWPE的流動改性劑,可使UHMWPE在普通注塑機及擠出機上加工成型。北京化工大學制備了一種有效的流動劑(MS2),起到了內外潤滑功能,添加少量(質量分數0.6%~0.8%)就能顯著改善UHMWPE的流動性。中科院化學所用納米級層狀硅酸鹽改性UHMWPE,利用層狀硅酸鹽片層之間結合力相對較弱的特點,使片層之間發生相對滑動,從而提高熔體的流動性,改善加工性能。利用原位接枝插層技術,首先將插層劑插入到準二維硅酸鹽粘土片層材料間,進而依靠插層單體接枝于UHMWPE表面,憑借接枝單體的橋聯作用,在UHMWPE的熔融過程中將粘土分散于熔體中,從而改善UHMWPE的加工流動性能。南京航空航天大學利用納米蒙脫土和聚苯酯對UHMWPE進行摻雜改性并用于制作抽油桿扶正器,與普通的PA材料相比,改性UHMWPE復合材料表現出較低的摩擦因數和較高的耐磨性,此外,改性UHMWPE復合材料具有高的沖擊強度和較小的吸水率。北京化工大學采用專門設計的注塑機、特定的配方工藝、合理的模具結構設計,成功實現了UHMWPE的注射成型,可高效注射成型各種滿足耐磨、抗沖、耐腐蝕、耐寒、自潤滑性能要求的油田抽油桿扶正器,以替代原PA扶正器,其抗磨損、抗腐蝕、耐低溫、自潤滑性能均優于傳統的PA扶正器。

  目前我國正在開采和尚未開采的油井數量大約有30萬口,按桿抽油油井占總油井數的50%計算,每口油井約需扶正器150個,每個扶正器平均使用壽命以1a計算,則每年需要2250萬個,需求量極大。抽油桿扶正器失效的主要原因就是與油管發生偏磨以及井內液體介質對其產生腐蝕,所以改善抽油桿扶正器材料的耐磨損性能和耐化學藥品性能將成為今后抽油桿扶正器的重點研究方向。 


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