油气田用聚烯烃管材与油气介质相容性评价

发布时间：2020-05-15 19:21

【摘要】：耐腐蚀性能优异的聚烯烃内衬管材广泛应用于新疆油田的集输现场。特别是造价低廉、性能优异、加工成型性好的聚乙烯材料,更容易获得油田用户的青睐。聚乙烯管材在油气田集输现场的应用过程中,受到输送介质温度、管道内部压力、输送介质种类以及成分等因素的协同影响,内衬材料会出现老化现象,降低管线运行的可靠性,缩短了管材使用寿命。国内外学者早已围绕聚烯烃材料和与之接触的油气介质的相容性展开了研究,现有的研究成果主要针对单一液相下管材的性能退化机理来展开,并没有涉及到在油田集输现场中常见的多种液相混合状态下的相容性问题。因为集输现场管道的运行条件非常复杂,聚乙烯材料的相容性数据积累不足,不利于开展相应条件下的相容性评价。因此,本文通过将高密度聚乙烯哑铃拉伸试样与含有多种液相和气相的模拟油气田集输环境介质进行相容性实验,利用多种评价手段,建立聚烯烃内衬材料相容性评价模型,评估在该实验条件下试样各种理化性能退化规律情况,为油田现场选材提供技术支持。主要研究内容和结论如下:将四种高密度聚乙烯试样分别在60和70℃两种实验温度下进行高温高压釜模拟实验,实验介质中液相包括0#柴油和3.5%氯化钠溶液,气相总压为10MPa,包括模拟酸性环境的CO_2和调节总压力的N_2。实验时间分别是240h、480h、720h,每个实验时间段结束后分别对试样进行质量和体积变化率、力学性能(拉伸性能和邵氏硬度)、热学性能(维卡软化温度、动态OIT、结晶度和熔体流动速率)、拉伸断口SEM、红外光谱等实验分析。实验结果表明:在两种实验温度下整个实验周期内,四种试样的质量变化率、体积变化率、长度变化率均呈现上升趋势,70℃实验温度下的变化率均大于60℃实验温度的变化率。第一周内变化幅度占整个实验周期内变化率的90%左右,后两个周期内增长幅度较小,整个过程中还伴随着对试样内部添加剂的萃取作用。60℃实验后试样的力学性能大部分比70℃实验结果表现优异。试样屈服强度的大小受到温度影响较大,弹性模量在结晶相减少与分子量减小的双重作用下在第一实验周期内大幅度下降,断裂伸长率并没有太大变化。试样的结晶度测试表明,油气介质会对分子链运动产生影响,挤占自由体积,阻碍分子链自由端活动。温度条件会加剧链端运动,致使结晶相分解加速。维卡软化温度实验结果受到结晶度减少的影响,在第一实验周期内大幅度减小。氧化诱导温度测定实验表明,试样内部的抗氧剂被萃取后抗氧化能力大大减弱。熔体质量流动速率的增大代表试样分子量减小,暴露给氧分子更多的端基,更易发生氧化反应。红外光谱分析表明,分子链内部发生着加成反应和消除反应两种高分子聚合物常见的反应形式。介质对试样侵蚀方式随温度和时间发生变化。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE935

【参考文献】