胶粘剂生产技术与应用（精选4篇）
胶粘剂生产技术与应用 篇1
摘要：对结构胶粘剂的发展及生产状态进行简述, 并将结构胶粘剂的具体分类以及在航空领域中的应用做分析。文中对于结构胶粘剂的所做的研究是采用J-系列的环氧树脂基耐高温结构胶粘剂做实例分析, 主要对此类型的结构胶粘剂的生产种类、技术优势、要点和性能做演技。
关键词：结构胶粘剂,发展,研究
1 前言
在上个世纪的40年代为满足飞机的上产需求, 结构胶粘剂被应运而生, 直至现在结构胶粘剂已经被电子产业、汽车产业和航空生产领域所所采用, 并且在其技术和性能上拥有很大的突破。为保证飞机的正常起飞, 在制造飞机时就需要考虑其自身的重量, 因此在飞机的制造业中, 多用铝合金在制成, 此类金属本身具有质地轻、强度高等优质, 但缺陷是不能进行焊接, 在应力扩张的阻止措施上也不能采用螺接或者铆接来进行, 因此结构粘接剂所具有的优势便被飞机制造业所看重[1]。在飞机胶接的要求上普通胶粘接剂不能够满足要求, 因此要采用具有高强度、耐高温并且能够持久使用的胶粘剂开展胶接工作。
结构胶粘剂的迅速发展阶段是从上个世纪的70年代开始, 因为此时飞机制造业对于飞机各个零部件和机身的生产商开始大量的使用高强度的钛合金以及碳纤维符合材料来参与制造。直至上个世纪的90年代初, 为适应这种类型的飞机生产, 美国就已经研制出数万个结构胶粘剂的品种。此外在欧洲地区的其他国家、前苏联、日本也开展大量结构胶粘剂的生产。随着时代的需求, 新型飞机的研制和改良在国内的航天领域中不断被生产, 因此国内为适应这种趋势而制造出的结构胶粘剂其性能上也具有很大的突破, 并且能够满足国内航天、航空以及相应新技术发展的需要。文中笔者主要采用国内自行研制的J-系列耐高温结构胶粘剂做实例的分析研究。
2 结构胶粘剂的简述
2.1 结构胶粘剂的类别
目前在学术界中并没有对结构粘胶剂的分类做特别明显的区分, 根据使用温度的区分点上, 可将其划分成耐高温型、耐中温型等;根据固化温度来区分, 可将其分成高温固化型、中文固化型、室温固化型等;根据材料来划分, 可将其分成聚酰亚胺型、酚醛缩醛型、环氧树脂型、酚醛-橡胶型等;根据供货方式来进行区分, 可有多组分型、单组分型、双组分型等[2]。
2.2 结构胶粘剂的要求
耐高温是结构粘胶剂区别于普通胶粘剂的一大特性, 就算是在室温内使用的胶粘剂其耐温程度也能够超过80℃, 而在室内固化耐温胶粘剂已经成功的研制出超过200℃的产品。在结构胶粘剂的生产指标上, 对于高温固化结构胶的要求, 其耐温程度不能低于175℃, 中温固化结构胶不能低于130℃。对于结构胶的强度的要求, 在室温中进行剪切的强度不能低于30MPa, 必须要超过50KN/m是剥离强度的要求, 如果在高温环境下的剪切强度应该超过10MPa。结构胶粘剂耐久性能的内容要能够耐高温、低温, 以及在高温环境下耐老化, 能够承受振动带来的抗疲劳性能, 以及冷热交替的冲击, 耐燃油、耐蠕动、耐盐雾、并且能够承受各种液体和溶剂的浸泡。
2.3 胶接工艺要求
在将结构胶粘剂应用到实际材料的胶接上时, 开展的工艺比较复杂。文中采用铝合金试片做实例的分析, 在进行胶粘前, 需要将铝合金的表面进行打磨、除油、磷酸阳极化等, 在烘干后再将底胶涂抹上去, 随后是主胶的涂抹, 叠合后开始定位, 再施加压力进行加热固化, 随后将其冷却。针对器件较大的部件是在热压罐中利用气动加热或者加压后将其固化。
3 J-系列结构胶的材料性能
该结构胶的研制是国内近几年研发出的具有高性能结构的产品。由增韧材料、环氧树脂和潜伏性固化剂等共同制成的胶粘剂, 现已经被广泛的应用在飞机的平尾、襟翼、方向舵、副翼等部件的生产。在J-系列结构胶中含有J-71芯条胶、J-117缓蚀底胶、J-116胶粘剂、J-60粉状发泡结构胶、J-118带状发泡结构胶等[3]。在和相应的器件进行交接时, 不同部位的器件对于胶粘剂胶接的性能要求不尽相同, 下文便对这几种胶粘剂做简要的陈述。
3.1 J-71芯条胶的简述
J-71芯条胶常被用来参与铝蜂窝中夹芯部件的生产, 因为其是耐高温型的固化胶粘剂。在被用来制作铝蜂窝的夹芯部件前先要经过磷酸对其进行阳极化后再将其拉展开。因此其剥离的强度应该要超过13.0KN/m;3.0KN/m为夹芯部件的节点T型的剥离强度;对此胶粘剂的合格检查需要先进行自来水的浸泡工作, 随后是人造的海水, 其次是2号喷气燃油, 随后是工业使用的乙醇做侵泡的检测工作, 时间长达半个月, 从检测的结果中显示, 夹芯部件的节点T型玻璃强度损耗量小于5%。
3.2 J-117缓蚀底胶的简述
J-117缓蚀底胶是作为一种底胶而研制出, 在对金属的表面涂上缓蚀胶后在涂抹主胶, 主胶和缓蚀底胶的混杂的成分中会存在有颗粒性的缓蚀剂, 等到结构胶变干后胶中的缓蚀性颗粒就会沉淀金属的表面, 就能够对金属产生相应的保护作用。将缓蚀底胶涂抹到被磷酸阳极化的铝合金属的表面后, 待其干燥后, 整个缓蚀底胶应该呈现5~10μm的厚度。在将其应用到胶接工作时无需单独做固化处理, 应将器件和J-116主胶进行共同固化, 在室温情况下对板-芯进行检测时其剥离强度可以达到5.8KN/m;是在室温情况下对板—板的剥离强度进行检测, 其数值超过8.1K N/m;在涂抹J-117缓蚀底胶后, 将此器件经过长时间的加热老化处理, 随后在湿热环境中进行老化处理, 其次是盐雾环境中存放, 并在很多介质中侵泡后, 测得的剥离强度和剪切强度的下降数值小于20%。
3.3 J-116胶粘剂的简述
在经高温固化后环氧树脂携带载体的结构胶粘剂类型中便有J-116胶粘剂, 胶粘剂的膜状结构被划分常A、B两种, 在板芯的胶接上主要应用A胶膜的J-116胶粘剂, 在板-板的胶接上主要应用B胶膜的J-116胶粘剂。J-116的胶膜颜色呈黄绿色, 不同种类的胶膜其厚度也不一样, 而在固化过程的检测中, 胶粘剂挥发除去的成分均不超过1.0%。
在对J-116胶粘剂性能的检测上其剥离强度和剪切强度的下降数值较低。在空气中进行J-116胶粘剂的耐热环境老化检测时, 其老化后剥离强度的下降数值小于0.3%, 剥离强度的下降数值小于1.0%。在对J-116胶粘剂做耐盐雾性能检测时, 现将试件放到35℃的环境下进行氯化钠含量为5%喷雾测试, 时间持续1个月。剥离强度的下降数值小于0.4%, 剪切强度的下降数值小于2.0%。在对J-116胶粘剂做耐冷热交替的性能测试时, 现将其放到室温的常温环境中, 随后将其转换到温度为55℃的环境中, 随后在回到室温环境中, 随后再放入温度为135℃的环境中, 最后再回到室温环境中, 测试时在每个温度环境中放置的时间均为15分钟, 连续进行400个周期性的循环, 其测试结果为, 剥离强度的下降数值均小于0.4%, 剪切强度的下降数值均小于4.0%。
3.4 J-60粉状发泡结构胶简介
该结构胶是在经过高温进行固化处理的改性环氧树脂模状的结构胶, J-60粉状发泡结构胶是生产商按照国内飞机生产的实际需要而研制, 在没有对该结构胶进行固化处理之前其应呈细粉颗粒的状态, 在结束固化后结构胶会自发冒泡并且胀大, J-60粉状发泡结构胶所具有的这种特性被夹芯结构件的生产需要所看重, 因此被用于夹芯抗压强度的增补工作, 以及夹芯内各种零部件的胶接、密封、填充、定位工作。
在J-60粉状发泡结构胶性能测试上, 压缩强度的测试, 在常温环境进行测试时, 试件的密度每增加0.05g/cm-3, 抗压强度的下降数值均小于3.8%;在175℃常压环境的中, 试件的密度每增加0.05g/cm-3, 抗压强度的下降数值均小于0.9%。剪切强度的检测, 常温常压下, 试件的密度每增加0.05g/cm-3, 剪切强度大的下降数值均小于1.7%;在175℃常压环境的中, 试件的密度每增加0.05g/cm-3, 剪切强度的下降数值均小于1.3%。耐久性的检测是将J-60粉状发泡胶开展多项耐介质和耐湿热老化的检测后从统计数据中综合分析出, 其强度的下降数值小于15%。
3.5 J-118带状发泡结构胶
该结构胶跟J-60粉状结构胶一样都是在高温环境中进行固化后的改性环氧树脂膜状结构胶, 其固化的过程中也会冒泡膨胀, 因此被征用来进行夹芯结构各个零件的胶接, 如在和腹板、梁、肋等处进行胶接、密封、填充等。
对于J-118带状发泡结构胶的性能测试。抗压强度的测试, 先将其加热固化成30m m×30m m×30m m的胶块后, 再室温环境下进行测试, 试件的密度每增加0.02g/c m-3, 其抗压强度的下降数值均小于2.7%。在对试件进行剪切强度的测试时, 不同温度情况下剪切强度的下降数值均小于1.0%。J-118发泡胶粘剂的耐久性能检测, 先将其跟其他的主胶配合使用后, 再将试件分别做耐热老化的测试、耐疲劳震动测试、耐介质侵泡测试、耐湿热持久应力的测试, 其耐久性能的下降数值均小于15%。
4 结语
对结构胶粘剂的部分类型开展相应性能检测后, 发现其所具备的综合性能已经能够担任国内航空航天事业发展的要求, 为更能够进一步的跟进航天技术的发展需要, 结构胶粘剂的研发还应该在耐久性能和耐高温性能上做进一步的提升。并且将胶粘剂在固化时所需的温度、时间、压力做减降工作, 尽量在保证质量的同时能够降低成本的投入, 逐渐将其向环境友好型、安全可靠性做更好的转变工作。
参考文献
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[2]侯运城, 范君怡, 蔡永源.我国胶粘剂工业现状及应用进展[J].热固性树脂, 2009, 24 (04) :418-420
[3]魏晓莹, 王汝敏, 闫超, 程雷.改性耐高温胶粘剂的研究进展[J].中国胶粘剂, 2010, 36 (05) :23-25
胶粘剂生产技术与应用 篇2
正确合理地使用一些胶粘材料和胶接技术, 对煤矿设备的机修会起到简单快捷、高效可靠、费用低廉的效果。本 公司近年来在不同岗位的设备维修中有许多实际应用, 我们先后在自备坑口电站2# 汽轮机汽缸中分面泄漏维修、1# 炉送风电机底座防振动处理中采用胶粘剂及其技术维修, 起到了事半功倍的作用, 机修工艺难度降低, 维修效果良好, 值得总结。
1胶粘剂的分类和胶接技术的发展
一些具有代表性的聚合物如酚醛树脂、脲 醛树脂、不饱 和树脂、环氧树脂、氯丁橡胶等的投产和商品化, 促使了近代胶粘剂和胶接技术的迅速发展。特别是近年来, 胶粘剂与胶接技术进展显著, 新的性能优异的胶粘剂不断出现, 其独特的胶接 技术使其具有非凡的多功能, 能够实现多重目的, 应用更为广泛。
胶粘剂的分类方法很多, 目前尚不统一, 常见的有: (1) 按化学成分分:这是一种比较科学的分类方法, 它将胶粘剂分 为有机胶粘剂和无机胶粘剂。有机胶粘剂又分为合成胶粘剂 和天然胶粘剂。 (2) 按形态分:可分为液体胶粘剂和固体胶粘剂。有溶液型、乳液型、糊状、胶膜、胶带、粉末、胶粒、胶棒 等。 (3) 按用途分:分为结构胶粘剂、非结构胶粘剂和特种胶粘剂 (如耐高温、超低温、导电、导热、导磁、密封、水中胶粘等) 3大类。 (4) 按应用方法分:有室温固化型、热固型、热熔型、压敏型、再湿型等胶粘剂。
目前对胶粘机理的研究有了新的进展, 施胶设备和工具也有了新的发展。胶接与传统机修方法相结合, 形成了新的复合修复技术等。一些工程 胶粘、密封剂 由高分子 聚合物与 金属粉、陶瓷粉、纤维及固化剂组成的双组分复合材料, 也称为高分子合金, 具有优异的物理机械性能、耐磨性、耐腐蚀性, 品种有通用型、耐磨型、减摩型、耐腐蚀型、快速 固化型、湿面 修补型、高强度型、耐高温、导电型等9个系列26种修补剂, 可适用于不同条件和要求的粘接和修补。
2煤矿机械设备维修中的胶接工艺及可开展项目
2.1胶接技术优点和工艺
目前, 现代煤矿向机械化、自动化方向发展。设备功率大, 结构复杂, 配件通用性差, 零件失效后, 购买和库存 不好平衡, 所以为提高效率和节约费用, 节省时间, 对更换下来的失效 配件能修则修。传统机修方法一般为堆焊、铆 接、焊修、电镀、刷镀、热喷涂等。相比传统方法, 胶接技术在煤矿机械 设备维修中优点明显: (1) 操作简便; (2) 紧急修复, 不停机, 不停产, 强度有保证; (3) 无热影响和变形; (4) 不受现场条件制约, 进行简单钳工操作即可完成。一般胶接技术工艺有4个步骤: (1) 胶粘材料种类繁多, 必须合理选择, 从适用性、耐介 质性、粘接强度、耐温性、固化时间等方面仔细甄别; (2) 做彻底的胶接表面处理; (3) 按技术规范配制和涂刷; (4) 按要求固化。
2.2胶接技术在煤矿机修中可开展项目
(1) 各类腔体的裂纹、裂缝、砂眼、缩孔等, “跑、冒、滴、渗、漏”的密封修堵。 (2) 各类紧固件防松动固持。 (3) 单独或结合传统修复工艺对各类构 件的断裂 进行粘接 修复。 (4) 据统计, 煤矿机械设备各类配件因机械磨损、腐蚀、机械撞击等形成伤痕及尺寸超差的占70%以上, 对其进行修复。 (5) 对设备整机或某些部位进行减震、降噪、防潮等处理。
3胶粘剂在设备维修中的应用
3.1坑口电站21-0.75型汽轮机缸体中分面修复
汽机中分面变形泄漏在火电厂时有发生, 一般解决的方法是补焊修复及电刷镀等, 容易产生热变形, 维修工作量大, 工序复杂, 影响时间长。对此, 我们采用可赛新牌TS767高温修补剂。施工工艺如下: (1) 表面处理:揭缸前用塞尺和平行光线仔细查找泄漏点及范围, 揭缸后对汽缸两个中分面泄漏部位分别打磨见本色。 (2) 清洗:用1755清洗剂仔细清洗表面污垢和残余物, 无1755时用丙酮清 洗也行。 (3) 双组分混 合:A∶B=2∶1 (重量比) , 操作时间 (200g混合时) 15~20min, 按比例调配, 搅拌、碾压, 使混合后胶体均匀, 颜色一致, 并在操作时间内用完, 随用随配。 (4) 涂敷:先涂少许胶。用力下压反复涂抹, 使接触面完全浸润胶并填满低凹部位, 留出加工余量, 然后迅速刮平。 (5) 固化:温度100℃左右时, 保温3h;温度150℃左右时, 保温2h。固化用碘钨灯加热, 控制远近距离, 用温度计测温调整, 保证固化效果。固化完, 用锉刀修整缸体中分面。
效果:汽机扣缸后, 运行几年来再未出现泄漏, 修理费用不到传统检修费用的2%。
3.2坑口电站1# 炉送风电机底座振动消除
送风机 (型号:9-26NO7.5D) 是电站1# 锅炉主要 辅机之一, 配用电机Y315S-2, 功率110kW, 转速2900r/min。该电机属功率较大的高速异步电机。送风机基础是混凝土 整体浇筑, 电机底座为地脚栓二次灌浆底钢板找正焊接结构, 由于二次灌浆后水泥砂浆凝固收缩不均及振捣不实等, 钢板下面会出现空洞及缝隙, 随着设备 运行, 其振动会 加剧超标。 我们对1# 炉送风电机底座用便携式振动表测定振动值, 双振幅最大为0.1mm (《小火电检修规程》中规定:电机额定转速1500r/min以上, 双振幅值≤0.05mm) , 超标准值近1倍, 振动明显。造成联轴器缓冲垫及 锥形销、轴承 等频繁损 坏, 严重影响1# 炉安全。
用树脂和配料对电机底座空隙填充 加固, 具体做法 如下: (1) 电机底座不拆不动, 预先在停机前一天用钢丝刷及钢锯条等将底座钢板四周脏东西清理干净, 钢板下面的缝隙内先用电吹风吹扫, 再用带压水冲洗, 在冲洗电机后端底座时, 应采取措施, 严禁水进电机护罩。 (2) 清洗2~3个用过的玻璃胶空筒及打玻璃胶枪1支备用。 (3) 沿底座钢板四周用手电钻打6孔12个均布, 深度为钢板厚度。 (4) 加固料现配现用, 配料方法:650低分子聚酰胺树脂和环氧树脂E-44按1∶1配比, 加入适量丙酮搅拌均匀。再加入大概1/3总量的200目石英粉填料, 边搅拌边加, 直至均匀, 稀稠以丙酮量调整。配好的料 以挑起来能较流利吊线为准, 配制总量为可灌满2~3个预先准备的空筒。 (5) 将配好的料分别灌入预先准备的各空筒中, 塞好每个筒的锥形口及加入上口盖。 (6) 将灌好料的胶筒装入玻璃胶枪, 筒下口锥形嘴抵入底座钢板上每个预先钻好的孔, 用枪加压将加固料依次注入电机底座钢板下面缝隙内, 直至料液充满所有缝隙并从底座钢板四周溢出。 (7) 启动送风机运行15min左右, 使加固料液更均匀充满底座钢板下面, 然后停运。再 用2# 炉热底料敷在电机底座四周预热提高环境温度, 经2~3天自然干燥后完全达到固化强度。
经一年多运 行, 效果十分 理想, 实测振动 双振幅值 ≤0.04mm。联轴器缓冲垫及销、轴承等使用寿命延长一倍。施工简便, 省去吊装、拆除、找正 找平、固定、安装 恢复等繁 琐工作, 大大提高了送风机运行安全性, 费用不到常规处理的1‰。
4结语
现代煤矿机电设备向机械化和自动化方向发展, 大型设备多, 结构复杂, 配件耗量大, 配件标准不统一, 维修难度大, 费用高。在煤矿机械设备维修中合理选用胶粘剂和粘接技术 可节约工时, 提高工效, 减少设备配件报废量, 大大降低 维修成本, 提高效率, 甚至可以解决井下生产一些急难问 题。可见, 胶粘材料和技术在煤矿机修方面具有广泛的应用前景。
参考文献
[1]胡高平, 袁红英, 肖卫东.金属用胶粘剂及粘接技术[M].化学工业出版社, 2003
[2]翟海潮, 李印柏, 林新松.粘接与表面粘涂技术[M].化学工业出版社, 1997
胶粘剂生产技术与应用 篇3
钻井液增粘剂除了能起到增粘作用,还往往兼做页岩抑制剂(包被剂)、降滤失剂及流型改进剂等,因此,使用增粘剂常有利于改善钻井液的流变性,也有利于井壁稳定[1]。
钻井液增粘剂的种类很多,作为降滤失剂和絮凝剂的高分子化合物都具有增粘作用,常用的增粘剂有:改性纤维素、改性瓜胶、黄原胶以及合成丙烯酰胺类聚合物等[2]。
1 改性纤维素
纤维素是世界上最丰富的天然有机物,每年通过光合作用可合成约1.5×1012 t。但是天然纤维素的聚集态结构特点及其分子间和分子内存在着很多氢键和较高的结晶度,因此不能在水和一般有机、无机溶剂中溶解,也缺乏热可塑性,并且耐化学腐蚀性、强度都比较差,这对其成型、加工和应用都极为不利,致使其应用受到许多限制。
纤维素分子中的每个葡萄糖基环上均有三个羟基,可以发生氧化、酯化、醚化、接枝共聚等反应,经过结构改造后可以引入大量其他结构的基团,从而改进纤维素性能[3]。常用于钻井液增粘剂的改性纤维素有羧甲基纤维素和羟乙基纤维素。
1.1 羧甲基纤维素
羧甲基纤维素(CMC)是纤维素葡糖酐结构单元上的羟基被羧甲基取代所形成的醚,白色或略微黄色,具水溶性。CMC是1918年由法国人Jansen发明的,由于其原料丰富、价格相宜,很快就实现了工业化生产,现在仍然被大量用于石油工业中作泥浆添加剂[4]。
20世纪90年代初郑静怡等[5]应用辐射技术在分子量较小的纤维素上接枝亲水性单体丙烯酰胺,然后在室温下与氯乙酸钠进行醚化反应,得到的改性CMC,经对比试验其泥浆性能优于国内其他产品,质量可与美国名牌Draspac媲美。且该产品的性能受接枝率的影响,接枝率越高性能越好。张黎明等[6]研究了羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺/二甲基二烯丙基氯化铵共聚物(CAD)的合成规律,考察了引发剂、体系酸度、原料用量和反应温度对单体聚合转化率的影响,发现KMnO4/H2SO4是引发 CMC接枝的有效引发体系,且在一定条件下可使单体聚合转化率达90%以上。这在一定程度上为CAD泥浆处理剂的研制提供了依据。
1.2 羟乙基纤维素
羟乙基纤维素(HEC)是一种白色至淡黄色的水溶性的纤维素衍生物,由碱性纤维素和环氧乙烷(或氯乙醇)经醚化反应制得。由于HEC具有良好的增稠、悬浮、分散、乳化、粘合和提供保护胶体的作用等特性,被广泛应用在石油开采行业。HEC的生产方法有气相法和液相分离法两种生产工艺[7]。
高瑛[8]采用液相法,以环氧乙烷和棉纤维为主要原料合成HEC,并通过实验确定了最佳反应条件,提高了产品质量。李沁等[9]通过羟乙基纤维素与溴代十二烷(BD)的大分子反应制得疏水缔合羟乙基纤维素(BD-HAHEC),并研究了反应温度、反应时间、活化剂浓度、HEC浓度等对其增粘性能的影响,通过优化改性工艺参数,获得了具有较高增粘性的BD-HAHEC,而且该产品具有一定的抗盐性能,比同类产品的性能有大幅度的提高。
2 改性瓜胶
瓜尔胶是从豆科植物瓜尔豆的种子中提取出来的天然植物籽胶,属于半乳甘露聚糖,是目前已知的水溶性最好的天然高分子之一。因其优异的性能、低廉的价格和作为一种可再生植物胶资源,应用领域越来越广。瓜胶在钻井液中可起到保持体系有适当的粘度和切力,但若将单一的瓜胶液直接用做泥浆处理剂,其性能效果不理想,所以必须对植物胶进行改性处理。通常是通过向瓜胶液中加入适当的交联剂和处理剂,使其发生交联作用、桥接作用和水化作用,使胶粒变得更为致密。具体的改性的方法有两种:一为交联剂改性;另一种是复合改性。其中交联剂改性又可分为无机交联剂改性和有机交联剂改性两种[10]。
邱存家[10]等以瓜尔胶为研究对象,通过适度交联改性和性能控制等手段,形成可满足钻进要求的新型复合胶无粘土钻井液。经现场试用,效果较好,完全满足钻探的要求。李蔚萍等[11]以瓜尔豆胶和植物淀粉的改性产品为原料,研制出了新型高效的钻井液增粘剂GFZ。并考察了剪切速率、GFZ含量、温度、体系pH值对GFZ溶液粘度的影响,还与其他增粘剂进行了比较。结果表明,含量低的GFZ溶液属假塑性非牛顿流体,其粘度随GFZ含量增加而增加,随温度升高而缓慢下降,具有很强的耐酸碱性,是一种高效低廉的新型增粘剂。
瓜胶改性方案采用交联提粘改性,原料用量少、使用成本低、配制工艺简单,是一种可现场生产、工艺简单、操作方便的改性新技术。且以瓜胶改性形成的钻井液色浅不染色,用于地勘取芯施工中能真实地反映地层结构和空隙状况,对矿岩芯无污染[10]。
3 黄原胶
XC生物聚合物(黄原胶),又称黄胞胶、汉生胶,由黄原菌类作用于碳水化合物而生成的高分子链状多糖聚合物。黄原胶的外观为淡褐黄色粉末状固体,亲水性很强,没有任何的毒副作用。由于其强假塑性,低浓度的黄原胶溶液即表现出有较高的粘度和良好的流变性,可用于保持钻井液的粘度并控制其流变性能。
赵向阳等[12]以钻井液黄原胶水溶胶液为研究对象,研究了浓度、pH值、温度、剪切速率等因素对低浓度黄原胶水溶胶液流变性的影响,以及黄原胶水溶胶液体系的流变模型。证明了在石油天然气钻井液工程中,低浓度的XC水溶胶液就能满足钻井、完井液增粘、降滤失、改善流型等方面的需要。
各大油田钻井公司均有使用黄原胶钻井液完成的井[13]。辽河石油勘探局钻井二公司,在辽河油田使用XC生物聚合物钻井液,已钻成4口水平井,表现出满足小环空间携带岩屑的技术需求,使疏松地层井眼稳定等优越的性能。中国石油长城公司在国际市场上成功地使用XC生物聚合物钻井液钻井作业,并创下水平井段进尺305 m/d的记录。
4 丙烯酰胺类聚合物
1958年聚丙烯酰胺(PAM)才开始用于钻井液,但却引发了钻井液发展的重大变革,不仅使钻井速度大大提高,而且使钻井液处理剂的种类由过去的天然高聚物类向合成高聚物类方向发展,使钻井液工艺技术进入了科学的发展阶段[14]。
丙烯酰胺聚合生成PAM有水溶液聚合、反相乳液聚合和反相微乳液聚合等方法。
胡文庭等[15]以AM(丙烯酰胺)、AA(丙烯酸)和NaoH为原料,采用水溶液聚合的方法,合成油田钻井液增粘剂聚丙烯酸钠(PAAS),并且通过实验得出了合成钻井液增粘剂聚丙烯酰胺钠的最佳配方,证实了合成的聚丙烯酰胺对基浆有很高的增粘性。张健等[16]利用AM与N,N-二甲基甲基丙烯酰氧乙基辛基溴化铵(DMAO)与羧甲基纤维素钠(NaCMC)进行接枝共聚制备了耐盐增粘剂HCMC,并研究发现HCMC具有良好的耐盐、一定的耐温和抗剪切性能,且对pH的敏感度低于一般聚电解质,表面活性剂SDS(十二烷基磺酸钠)对HCMC溶液的粘度性能具有协同增效作用。
PAM广泛应用于水基钻井液中,但目前所用产品基本是由水溶液聚合法制得,再通过沉淀,干燥等复杂的后处理工艺得到的粉剂。这种产品形态溶解速度低,而且现场需要安装大型的溶解装置,导致操作效率降低,成本增加。再加上水溶液聚合溶液浓度低,制成干粉过程中高分子链易降解和交联,导致产品的溶解性、絮凝性等变差等缺点,反相乳液合成和反相微乳液合成的方法的研究越来显得重要。
因此,韩瑾[2]以AA和AM为共聚单体,过硫酸铵-亚硫酸氢钠为氧化还原引发体系,Span60/Tween80为复合乳化剂,在白油中进行反相乳液聚合,制备出了稳定的“油包水”型乳液。不仅解决了常规PAM效率低下的缺点,而且增粘性能也表现良好。
反相乳液聚合制备的产品虽然有其优点,但仍存在产物的平均相对分子质量低,乳胶的粒径分布宽且容易凝聚等不足。而在反相乳液的合成方法上发展起来的反相微乳液聚合有着很大的发展潜力和很好的应用前景。与一般乳液聚合相比,反相微乳液聚合主要有以下特点:
①微胶乳粒子的粒径很小(10~80 nm),分布窄;
②反应速度很快,转化率高;
③产物相对分子质量分布窄;
④微胶乳粘度很低;
⑤具有高度的稳定性。
反相微乳液聚合为水溶性单体提供了具有高聚合速率和高相对分子质量产物的聚合方法,它还能使水溶性单体有效地聚合成粉状或乳状产物,反应条件温和,反应速度更快,粒子细小、均一,产物水溶性极好,有助于工业应用。虽然,此方法在钻井工程中还未得以广泛应用,但随着合成技术的不断完善,反相微乳液聚合物一定会以其优良的性能被广泛应用。
5 其它增粘剂
除了上述常用的增粘剂外,还有许多其他类型的增粘剂。
丁锐等[17]通过显微电泳、粒度分布、流变性等实验,证明单一氢氧化物及其机械混合物都有增粘作用,氢氧化物颗粒通过水化链外的氢与粘土水化链外端的氧相连接,构成封闭型水分
子链空间网络,产生了较高的粘度和切力,有望合成混合金属氢氧化物增粘剂。但是混合金属氢氧化物产品不能完全脱水,影响颗粒水化的处理剂难以与其他泥浆较好地配伍。呜效鸣等[18]使用在中国分布比较广泛的樟科芳香植物LG,经过一定的加工处理,形成粘度调整范围较大的钻井液处理剂——LG植物胶,并通过实验证明LG植物胶的增粘效果好,降滤失和携屑能力较强,润滑效果良好,能明显改善钻井液性能,已在钻探工程中得到初步验证,应用前景良好。
6 结 语
随着石油勘探向“低、深、难”(低渗透率、深井、复杂高难)方向发展,对油田钻井技术的要求也越来越高,而作为钻井必不可少的钻井液增粘剂的性能也要不断提高才能符合发展的需要。我国所用的高效钻井液增粘剂大部分仍依靠从国外进口,尤其是耐盐、耐温的增粘剂,国外已有多种产品,而我国尚处于攻关起步阶段。
胶粘剂生产技术与应用 篇4
关键词：中间基原油,清防蜡,降粘,效果
引言
XX51断块原油按组分进行分类,属于中间基原油,具有石蜡基原油和环浣基原油的双重特点[1],在粘温特性上既有环浣基原油随温度下降而直线上升的特点,又有石蜡基原油存在拐点的粘温特点,在凝固点附近原油粘度急剧上升(表1)。现场上常出现光杆下不去,抽油机负荷大,甚至不能启抽[2],回压升高或集输管线堵塞等现象,只能靠频繁热洗来保证油井生产。目前断块内平均泵挂已达到2068.37m,矛盾暴露得愈来愈突出。
室内及生产现场试验,单一的清蜡剂、降粘剂、 降凝剂对XX51断块原油的清蜡、降粘、降凝效果很差。前几年,我们曾对XX51断块油井清蜡降粘剂做过一定的研究工作,虽然药剂对油井有一定的清蜡降粘效果,但还是存在一些问题,药剂只有防蜡、降粘作用,没有清蜡作用,药剂成本高。过去,我们只局限于从收集的药样中进行筛选,有的药剂作用单一,对新药剂、新品种的开发研究不够。针对这些问题,进行新型油井清防蜡降粘剂的研究与应用,则是XX51断块清防蜡降粘剂研究与应用的主要内容和重要环节。 从2013年起,通过大量的单剂及复配实验后,进行以溶蜡速度、降粘率、降凝率、防蜡率为因子的四因素、四水平正交试验、复配筛选。找到了适合XX51断块原油的新型化学药剂。
1技术方案
针对XX51断块的实际,技术方案是从4种类型的药剂中进行。
1.1降粘剂
XX51断块原油最大的特点是埋藏深且胶质、沥青质、含蜡量高。针对高粘、高凝的特点,设计合成马来酸酐-苯乙烯-丙烯酸高级酯(MSA)三元共聚物, 该聚合物分子结构中含有环状结构单元,且具有一定的极性,与原油中具有极性官能团链非烃稠环的化合物(如胶质、沥青质)起作用,同时含有线性结构单元,主要用于降低由蜡、胶质、沥青质引起的原油高粘度、高凝固点[3]。胶质、沥青质因含有能形成氢键的官能团(羟基、羧基、胺基、羰基等)、胶质间、 沥青间或胶质与沥青质间可形成靠氢键连续堆砌的胶质、沥青质粒子包覆的平面重叠结构。聚合物降粘剂借助自身较大的极性和渗透、分散作用可以进入胶质、沥青质的层状分子无规则堆砌,结构比较松散, 有序程度低,空间延伸度不大,降粘剂分子参与形成新的氢键聚集体,其余的平面重叠堆砌聚集体包含的胶质、沥青质分子减少,从而达到降低原油粘度的目的。
1.2溶蜡剂
溶蜡剂多为有机溶剂,可将已沉积的蜡溶胀变成有一定粘度的松软物质或将之完全溶解,从而可被油流携带清除。以往我们曾筛选出的甲苯、二甲苯、轻质油等溶剂,虽有一定的溶蜡效果,但它们的密度比较低,不利于油井清蜡[4]。选择溶剂的原则是:既满足使用工艺要求,又不影响石油炼制及经济成本低等。 根据此原则选定重芳烃与溶剂油混合液为溶蜡剂,并优选出最佳配比。
1.3石蜡分散剂
石蜡分散剂的作用是:小的蜡晶一旦出现就被分散剂所包围,使之无法形成大晶粒且无法在杆、管表面上吸附,从而防止或延缓了蜡的沉积。我们从数种非离子表面活性剂中优选出石蜡分蜡剂。
1.4蜡晶改进剂
蜡晶改进剂与蜡共结晶,改变了晶体的特征, 使之不易在金属表面上附着。过去研究的蜡晶改进剂多为聚乙烯类。2012年我们又从共聚酯类、苯乙烯类 (乙烯)—马来酸酐共聚物等高聚物方面进行聚合研究,确定了蜡晶改进剂[5]。
1.5HBJ—1的合成
对以上化学药剂的研究,立足国内原料,进行聚合物改性,合成出单剂,通过室内评价,进行以溶蜡速度、降粘率、降凝率、防蜡率为因子的四因素、四水平正交试验可知,各因素的主次顺序为降粘率>溶蜡速度>降凝率>防蜡率,合成的药剂降粘率对产品性能的影响最大,防蜡率对产品性能的影响最小,经复配优选。研制出的药剂(HBJ—1),解决了XX51断块原油的降凝、降粘及清防蜡问题。
2HBJ-1的性能室内评价
HBJ-1作为一种工业产品,其性能指标如下: 外观:微黄或乳白均匀液体;凝固点〈-20℃(GB/ T510);20℃相对密度:0.92~0.95(GB1884);20℃ 粘度:(15~16)m Pa.s(GB/T265);溶蜡速度8mg/ ml.min;降粘率85%;降凝率25%(GB/T500);防蜡率90%。
2.1溶蜡速度评价
取HBJ-1药剂10ml装入分值为0.1ml的10ml试管中, 在50℃恒温水浴中恒温1h后,把定量的62#石蜡放入试管中部,记录蜡块溶解所需的时间,然后根据下列公式计算溶出速度。
式中:
U——溶蜡速度mg/m L·min
G——蜡块质量mg
T——蜡块全部溶解所需时间min
2.2降粘率评价
在100m L比色管中,加入50m L含水50%的原油乳状液,在预定温度下恒温水浴中恒温30min后,加入预定量的药剂,均匀后,转入RV—2旋转粘度计中,在剪切速率为27s-1条件下,测定预定温度下原油的表观粘度,并计算其降粘率。
式中:
U1——空白原油表观粘度m Pa·s
U0——加药后表观粘度m Pa·s
2.3防蜡率评价
在4只100m L比色管中,分别加入测试原油10m L, 再加入定量的HBJ—1,在70℃恒温水浴中恒温10min后,放入振荡机中振荡15min,使药剂与原油充分混合,再放回70℃恒温水浴中恒温15min,转移至35℃恒温水浴中恒温1h;倒出比色管中原油,并在35℃~38℃ 恒温箱中控油温10min,空白原油不加药测定方法同上,称量后,计算防蜡效果。
F=(m0-m)/m0×100%
式中:
F——防蜡效果%;
m0——空白原油结蜡量;
m——加药后原油结蜡量。
2.4降凝效果评价
按SY/T5887k中有关规定进行评价。
2.5粘温关系评价
由于XX51断块油井井口温度为30℃左右,因此, 粘温关系的最低测试温度为30℃。将取回未脱水的油样50g于100ml比色管中,于80℃恒温30min,加入预见定量的药剂,手摇200下,使原油与药液混合均匀,转入RV—2旋转粘度计中,测定80℃时剪速为27s-1下的表观粘度,然后降温至70℃,再恒温30min测定同减速下的粘度,依次类推,直至30 ℃。
2.6油水分离评价
油井使用HBJ-1不应对原油的脱水处理工艺有不利影响,参照SY5281-91,对加HBJ-1后原油进行了脱水试验,其结果达到了对热沉降处理工艺单元要求的指标。
3现场应用
新型的HBJ-1药剂,通过在XX51断块的200余口稠油井上应用,油井热洗周期平均延长150天,XX51断块累计生产原油578170t。
3.1加药工艺
由于XX51断块富集的伴生气经密闭输送,用于天然气发电,因此加药时需带压进行。我们设计了平衡加药装置,见图2。
3.2加药效果
XX51断块的200口油井,按每7天投药量为25kg投加后,油井加药后最大负荷比加药前平均下降6.34%, 加药后的最小负荷比加药前平均上升20.7%。同时,由于XX51断块油井多为斜井,光凭负荷难以说明问题, 在加药3~4天后,我们对油井取样进行了分析(表2)。
同时,油井加药后,热洗周期由原来的平均20天延长到平均150天。全年减少热洗1500井次。每次热洗按3000元计,则全年节省费用450万元。
4结论
(1)对于中间基原油在开发过程中,既要考虑油井的结蜡问题,又要考虑油井的降粘问题;
(2)通过进行溶蜡速度、降粘率、防蜡率、降凝率为因子的四因素、四水平正交试验,经复配优选。 研制出HBJ—1药剂,解决了XX51断块原油的降凝、降粘及清防蜡问题;