地下深层石油管道涂料的研究与应用
张驰1,刘宪华1,张朝军2
(1.深圳华虹吉安涂装科技有限公司,广东深圳518110;2. 克拉玛依油田科能防腐公司, 克拉玛依834000)
摘要:地下深层石油管道所受到的腐蚀是多种因素综合作用的结果,腐蚀严重,防护困难,损失巨大。通过导入纳米技术对航天工业所使用的高分子聚合物进行复合改性的研究,开发出适用于地下深层原油及天然气采输管道所需要的高硬度耐磨蚀、耐高温高压热蒸气渗透腐蚀、耐沾污不积垢等高性能的防护涂料,经在 克拉玛依油田应用试验,获得了满意的效果,为地下高含硫量油气开采设备 了良好的保护。
关键词:深井石油管道(柱);纳米杂化基体树脂;纳米瓷膜涂料(石油气田管道用特种涂料);涂装工艺
0引言
对地下几千米深的原油或天然气的开采,地质情况和腐蚀介质的成分非常复杂,由于高温(80～150℃)及高压(>3MPa)热蒸气的强力渗透作用,加之原油及污水中的各类腐蚀介质(如SO2-4、NO-3、Cl-、CN-、Ba+、Ca+等)和有害细菌的侵蚀,加速了油气井下管柱、管道和地上输油、输气管线、容器贮罐的化学腐蚀和沉积结垢,不但缩短了开采设备的使用寿命,造成油气田开采成本增高,并且严重影响企业的正常生产。如何有效解决地下原油开采所造成的钢制管道的腐蚀,成为当今世界缓解原油危机、加速能源工业发展的难题。
为攻克这一难题,各国都在努力研究各种解决办法。例如,含钛聚合物涂料、金属热喷涂热浸镀、合金渗镀表面处理、合金化纳米复合涂层等技术的应用,对油气田开采用管道设施和生产贮运设备的保护,均起到了积极有效的作用,延长了设备的使用寿命,降低了生产维修成本,提高了企业的经济效益,有力地促进了石油工业的蓬勃发展。
本研究采用纳米复合改性高聚物技术制备纳米瓷膜特种涂料,在油田采油管道防腐蚀试验中获得成功的应用,有效防止了高温高压水蒸汽的强渗透腐蚀,涂层在恶劣环境条件下耐各种化学介质的腐蚀、高压气体和泥砂石流的冲刷磨蚀,防止各种杂质粒子的沉积结垢现象,起到了提高原油、天然气采输管道的使用寿命和效率,达到了降低成本提高效益的目的。
1实验部分
1.1原料
基体树脂[1]:纳米杂化聚芳醚酮预聚树脂:自制;功能树脂:JN9803树脂,常州嘉诺有机硅材料公司;A325交联树脂、A303交联树脂:首诺公司;功能颜料:Y908复合防锈颜料等,国产;颜料:色素炭黑,市售;涂料助剂:市售;HG9561(底面合一型)油田管道用纳米改性高聚物瓷膜涂料:自制;X-2000静电专用稀释剂:自制。
1.2仪器设备
标准试棒、试板;气压喷枪;高压无气喷涂机;隧道式烘房;恒温烤箱;麦考特漆膜测厚仪;划格器;不干胶带;中华牌铅笔(硬度H～6H);冲击仪;漆膜磨耗仪;盐雾试验箱;自配模拟腐蚀介质(化学试剂);自制密闭式耐高压不锈钢蒸煮缸。
1.3试验条件
1.3.1试棒制备与测试
将涂料用专用稀释剂调整黏度至50～60s(涂-4杯),将试棒浸涂一道,吊挂在恒温烤箱中,升温至180～200℃烤干;再浸涂一道烤干后直接升温至250℃固化30min。测试涂层厚度应≥100μm,放入加有自来水的耐高压不锈钢蒸煮缸内(加水量为缸容积的三分之一),旋紧缸盖密封后放入恒温箱,150℃保温24h,减压开盖检验。
1.3.2试板制备
喷板检测,两道喷涂后要求干膜厚度达到≥100μm,按国家标准检验理化项目。
1.4涂料配制工艺
1.4.1配方设计
配方设计如表1所示,表中所用原料均为质量份。
*:底面合一型涂料,干燥条件:250℃,15～30min,适于流水线涂装。
1.4.2制备工艺
先称取配方量三分之二的溶剂,然后加入一半配方量的树脂,加入分散剂、防沉剂等助剂,混合均匀后,加入颜填料,上分散机高速分散20～30min,移至三辊机或砂磨机研磨至要求细度,用配方中剩余的树脂和溶剂调整至要求黏度,待检测用。
2结果与讨论
2.1基体树脂的选择
基体树脂关系到涂料成膜后涂层性能的优劣,是项目成败的主要因素。本研究之所以选择原本应用于航天航空工业领域的高强度、高性能、耐高温、耐腐蚀的聚合物新材料,目的是为了将这些新技术及成果迅速转化为生产力,从高尖端的科技领域推广到石油、化工、冶金、能源、制造,乃至民用等工业领域的实际应用中,以便解决结构性腐蚀的老大难问题。本研究采用自制的纳米氧化铝改性聚芳醚酮杂化聚合物作为基体树脂,通过配方设计实验,开发出石油气田采输管道防腐蚀专用纳米改性瓷膜特种涂料,并且与目前应用于油气田采输管道的几种优秀防腐蚀涂料进行了性能试验比较,从而证明了本研究成果的可行性。
2.2涂料性能检验
石油气田采输管道防腐蚀专用纳米改性瓷膜特种涂料的检验结果见表2。
*:为底面漆复合涂层配套后的检测结果;底面合一漆同面漆检验。
2.3涂层性能对比试验
为了检验本涂料涂层性能,我们取油田目前所使用的管道防腐涂料和适用于管道防腐的几种涂料作测试比较,试验结果见表3。
注:以上涂料性能均为复合涂层测试,使用同一底漆(即环氧改性有机硅富锌底漆)。①②为自制产品;③为参照配方[2]仿制产品;④为某公司
产品。●
