江蘇無錫超高分子量聚乙烯（UHMW PE）材料的特點(diǎn)及應(yīng)用

    超高分子量聚乙烯是一種分子量達(dá)數(shù)百萬的特種聚乙烯材料，*的分子量使得它同眾多的聚合物材料相比具有*的優(yōu)勢：

     1,、摩擦系數(shù)小（0.1-0.22）,，相當(dāng)于冰-冰之間的摩擦,；

     2、有自潤滑性,、抗結(jié)垢性,、輸送能耗低；

     3,、耐磨耗性居塑料之,。是碳鋼的6.6倍，不銹鋼的5.5倍,，黃銅的27.3倍,，尼龍66的6倍，是耐磨輸送管道理想材料,；

     4,、抗應(yīng)力開裂能力為高密度聚乙烯（HDPE）的200倍、交聯(lián)聚乙烯（XLPE）的4倍,；

     5,、耐低溫性能好，在零下269攝氏度時仍然具有韌性,；

     6,、耐化學(xué)藥品性好。在室溫下不溶于任何有機(jī)溶液，耐多種鹽類溶液的腐蝕,，除某些強(qiáng)酸在高溫下對其有輕微的腐蝕外,，在其他的堿液酸液中不受腐蝕；

     7,、無毒,、無味、衛(wèi)生性好,，被美國FDA認(rèn)為是與食品接觸安全性的材料,。

     8、長壽命,。在自然光照下,，其老化壽命為50年以上，是目前世界上的一種可代替生鐵和碳鋼的塑料,。

     具有諸多優(yōu)良特性的UHMWPE在日用,、工業(yè)、文體,、交通運(yùn)輸,、國防、機(jī)械,、紡織,、造紙、礦業(yè),、農(nóng)業(yè),、化工等領(lǐng)域作為大型防護(hù)容器和管道的應(yīng)用。以這種材料制作的管材,、料倉等在電廠粉煤灰輸送,；河道及海灣清淤輸沙、水泥,、石灰輸送及水煤漿管道輸送等領(lǐng)域比傳統(tǒng)塑料和金屬管材具有明顯優(yōu)勢和巨大的市場前景,。

江蘇無錫超高分子量聚乙烯內(nèi)襯油管應(yīng)用范圍

    一、采油井

    適用于油管偏磨,、結(jié)臘,、腐蝕嚴(yán)重、抽油桿故障率高,、結(jié)垢的油井,。

    二、注水井

    適用于腐蝕,、結(jié)垢嚴(yán)重的注水井,。

    三,、輸送管

    井下不適用的腐蝕和偏磨嚴(yán)重的舊油管內(nèi)襯后可用作輸油管。

    四,、腐蝕性氣井

    適用于有H2S和CO2氣體腐蝕的氣井,。

    五,、海上油井

    超長壽命可以降低海上采油成本,。

     
江蘇無錫超高分子量聚乙烯內(nèi)襯油管技術(shù)可行性分析報告

   一、第五代超高分子量聚乙烯（UHMW PE）結(jié)構(gòu)材料

  1．聚乙烯(PE)原料方面的主要進(jìn)展

  1989年,，比利時SOLVAY公司了第三代聚乙烯（PE）管材樹脂,，該材料具有雙峰型分子量分布，結(jié)構(gòu)上與第二代中密度聚乙烯（MDPE）管材樹脂顯著不同,。雙峰型樹脂較單峰型樹脂性能上的進(jìn)步主要體現(xiàn)在如下幾個方面：優(yōu)異的慢速裂紋增長抵抗能力,，的快速裂紋擴(kuò)展抵抗能力和較好改善了刮痕敏感度，以及具有較高的剛度,，成為聚乙烯(PE)管材料發(fā)展的亮點(diǎn),。

   第四代聚乙烯（PE），高密度聚乙烯（HDPE）管材樹脂是通過PE交聯(lián)實(shí)現(xiàn)的,，其可使PE管在壁很薄的情況下耐更高的壓力,。交聯(lián)聚乙烯（PE）管材樹脂的成本比傳統(tǒng)的PE成本高5倍。

   第四代聚乙烯（PE）新型管材樹脂（雙峰乙烯—已烯共聚物）在物理性能上*第三代樹脂,，具有的耐慢速裂紋生長和耐快速開裂擴(kuò)展性能,，并且是*個耐性超過已烯共聚中密度聚烯材料的高密度材料，比第三代聚乙烯（PE）管材樹脂具有更均勻的擠出性能,。

    聚乙烯（PE）是zui常用的高分子材料,，*個合成高分子材料，是1909年報道的美國Baekeland發(fā)明的酚醛樹脂,。1920年,，德國科學(xué)家Staudinger提出高分子的長鏈分子概念后，開始了用化學(xué)合成的方法大規(guī)模合成高分子材料的時代,。1935年,，英國帝國化學(xué)公司（ICI）出高壓聚乙烯（PE）樹脂因其極低的介電常數(shù)而在第二次世界大戰(zhàn)期間用作雷達(dá)電纜和潛水艇電纜的絕緣材料。1940年,，美國杜邦公司（Du Pont）推出尼龍紡織品(如尼龍絲襪),因其經(jīng)久耐用而在當(dāng)時的美國和歐洲風(fēng)靡一時,而尼龍66纖維的降落傘,更是大大提高了美國在第二次世界大戰(zhàn)中的作戰(zhàn)能力,。

     第五代超高分子量聚乙烯（UHMW PE）智能結(jié)構(gòu)材料，材料智能化是未來各類材料發(fā)展的方向,。智能材料是指材料的作用和功能可隨外界條件的變化而有意識的調(diào)節(jié),、修飾和修復(fù)，高分子材料中長鏈分子的豐富構(gòu)象變化及較弱的分子鏈間相互作用,，賦予高分子材料以自適應(yīng)性,。高分子表現(xiàn)出的其結(jié)構(gòu),、作用和功能隨外界環(huán)境而變化的物質(zhì)特征，是智能材料應(yīng)用的基礎(chǔ),。已經(jīng)知道無論是zui大的力學(xué)載荷的傳遞,，還是zui快的功能信號的傳遞，都是沿著高分子的鏈軸方向,，因此掌握外場存在下分子鏈的取向和聚集,，實(shí)現(xiàn)外場方向與分子鏈取向和聚集的同步變化，則能在不同方向和不同層次上調(diào)節(jié)和發(fā)揮高分子結(jié)構(gòu)材料的功能和性質(zhì),，使其表現(xiàn)出智能性,。

     第五代超高分子量聚乙烯（UHMW PE）智能材料，是一種仿生科學(xué)高分子聚合物材料,。20世紀(jì)70年代中期,，美國科學(xué)家Heeger，MacDiarmid和日本白川英樹發(fā)現(xiàn)改變了高分子只能是絕緣體的觀念,，在塑料導(dǎo)電研究領(lǐng)域取得突破性的發(fā)現(xiàn),，具有光、電,、磁活性的導(dǎo)電聚合物成為對物理學(xué)家和化學(xué)家都具有重要意義的研究領(lǐng)域,。導(dǎo)電聚合物在發(fā)光二極管、太陽能電池,、和微型電視顯示裝置等領(lǐng)域不斷找到新的用武之地,。
 

     2．內(nèi)襯UHMW PE抗磨、抗腐油管的發(fā)展：

     內(nèi)襯聚乙烯（PE）,，zui早是應(yīng)用在輸送管上,。早在上個世紀(jì)90年代初，德國,、美國,、日本等就開始應(yīng)用。

     內(nèi)襯UHMW PE抗磨,、抗腐油管是于1995年由美國先,，后來經(jīng)過了多次的變化和改進(jìn)。到2000年,，該技術(shù)被許多石油公司認(rèn)可,，并廣泛應(yīng)用,。到現(xiàn)在為止,，北美地區(qū)約有16，000口油井和8,，000口左右的水井采用了UHMW PE內(nèi)襯油管,。在范圍內(nèi),，約有近30,，000口油水井使用該產(chǎn)品。由于該產(chǎn)品具有優(yōu)良的抗磨,、抗腐性能，用戶很滿意,，享有良好的口碑,。內(nèi)襯UHMW PE抗磨,、抗腐油管的使用，大大降低了井下故障。因而,，在過去的幾年時間里,，越來越多的石油公司對該特種油管表示青睞。

      2003年,，克拉瑪依油田從美國引進(jìn)了內(nèi)襯UHMW PE油管,，這是我國對內(nèi)襯UHMW PE油管的zui早使用,。2003年底,，勝利石油管理局總機(jī)械廠在國外公司60噸內(nèi)襯油管,，先后在勝利油田東辛采油廠的6口偏磨,、腐蝕嚴(yán)重的抽油機(jī)井中使用,。勝利石油管理局總機(jī)械廠于2004年引進(jìn)了*的內(nèi)襯UHMW PE抗磨,、抗腐油管縮徑和端口處理技術(shù)及線,，于2005年開始正式投產(chǎn)和推廣,。目前已經(jīng)在東辛,、勝利,、臨盤等采油廠進(jìn)行了推廣使用,，憑借*的性能，該產(chǎn)品得到了用戶的充分認(rèn)可,。勝利油田的樁西,、純梁,、河口等采油廠都將該產(chǎn)品列入了使用計劃。江蘇油田,、河南油田,、大港油田也對該產(chǎn)品有了使用意向。
 

    3．內(nèi)襯UHMW PE /EXPE抗磨抗腐油管的查新報告

    UHMW PE為低溫型聚乙烯PE管材,；EXPE為高溫型聚乙烯PE管材。

    (1) 有較多文獻(xiàn)（主要是美國石油文摘）報道了內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管在有桿泵井中的應(yīng)用情況及應(yīng)用效果,。內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管及接箍的應(yīng)用降低了管桿的磨損及摩阻，并且有良好的防腐效果,，有效地減少了管桿磨損和斷脫,。加拿大的Wise Wood公司報導(dǎo)了該公司已內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管,。美國的Texas油氣商刊（Producer New April 2002）報道了內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管用于有桿泵井,，檢泵周期從112天增加到1500多天,，作業(yè)費(fèi)用從9600＄年下降到1100＄/年,。Western Falcon報道了內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管用于有桿泵井達(dá)1200多口,，注水井1000多口,。

     SPE（SPE39815）報道了在德克薩斯克倫MCElroy油田的17口抽油井中安裝了內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管,，不但減少了因抽油桿與油管間的摩擦造成的磨損,；而且使密封系統(tǒng)降低了因油管腐蝕而造成的故障,。試驗(yàn)結(jié)果顯示,，有桿泵平均運(yùn)行時間大約增加了400%，包括故障在內(nèi)運(yùn)行時的增幅也超過了300%,。試驗(yàn)油井的平均故障率也從原來的4.3大幅降至0.59,。此外，舊油管還可有效地繼續(xù)使用,。

     (2) 有文獻(xiàn)報道了內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管及接箍用于注水井注水,，有效避免了鹽水及其它腐蝕液體造成的腐蝕損害。也可以制成連續(xù)油管節(jié)約作業(yè)時間及費(fèi)用,。目前加拿大W.exas公司有20口井應(yīng)用了內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管,今后可能擴(kuò)大應(yīng)用井?dāng)?shù).Western Falcon報道了內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管用于注水井達(dá)1000多口,。內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管可重復(fù)使用期，基本不需要維修費(fèi)用,。

     (3) 美國（US.patent005511619A）介紹了將耐磨聚合物內(nèi)襯在油管柱中,以降低管柱和桿柱以及管柱和桿柱接箍的磨損.聚合物內(nèi)襯是一種擠壓成型的聚合物材料,密度高,、抗磨且摩擦系數(shù)比金屬柱低，如超高分子量聚乙烯,。

     (4) 內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管,，是20世紀(jì)90年代初期出的一項(xiàng)新工藝技術(shù)、出的管材防腐,、耐磨、性能優(yōu)良,。20世紀(jì)90年代中后期大量推廣應(yīng)用,。從報道的內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管的使用效果和使用規(guī)模以及應(yīng)用井?dāng)?shù)擴(kuò)大趨勢看,，內(nèi)襯超高分子量聚乙烯油管的技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)已成熟,。