玻璃钢产品在胜利油田原油生产中的应用

1 我国玻璃钢产品的概况

中国大陆玻班纤维增强塑料 (俗称“玻璃钢”) 逾90万吨, 已居世界第二位。

玻璃钢材料主要由增强材料与基体材料两大部分组成。

增强材料:在复合材料中不构成连续相赋于复合材料的主要力学性能, 如玻璃钢中的玻璃纤维, CFRP (碳纤维增强塑料) 中的碳纤维素就是增强材料。

基体:构成复合材料连续相的单一材料如玻璃钢 (GRP) 中的树脂 (本文谈到的环氧树脂) 就是基体。

按基体材料不同, 复合材料可分为三大类:树脂复合材料, 金属基复合材料, 无机非金属基复合材料。

本文讨论环氧树脂基复合材料 (笔者所在的胜利油田东辛采油厂使用的玻璃钢产品的主要参数与下面所举的材料数据基本一致) 。

采用环氧树脂做基体的特点:固化收缩率代低, 仅1%~3%, 而不饱和聚酯树脂却高达7%~8%;粘结力强, 有B阶段, 有利于生产工艺;可低压低温固化, 挥发份甚低;固化后力学性能、耐化学性佳, 电绝缘性能良好;环氧树脂耐有机溶剂、耐碱性能较常用的酚醛与不饱和聚酯权势脂为佳, 但耐酸性差;同时固化后一般较脆, 韧性较差。

环氧玻璃钢性能 (按ASTM) 。以FW (纤维缠绕) 法制造的玻纤增强环氧树脂的产品为例, 将其与钢比较。

GF/EPR与钢的性能比较如下。

玻璃含量:GF/EPR (玻纤含量80wt%) AISI1008冷轧钢;相对密度:2.08V, 7.86V;拉伸强度:551.6MPa, 331.0MPa;弯曲强度:689.5MPa;压缩强度:310.3MPa, 331.0MPa;燃烧性: (U L-9 4) V-O;膨胀系数:4.0×1 0-6 k-1 6.7×1 0-6 k-1;热变形温度:204℃ (1.82MPa) ;热导率:1.85W/m·k, 33.7W/m·k;介电强度:11.8×106V/m。

2 目前油田常用的玻璃钢产品的加工方法

2.1 手糊成型

2.1.1 具体步骤

依次在模具表面上施加脱模剂、胶衣, 一层粘度为0.3Pa S~0.4Pa S的中等活性液体热固性树脂 (须待胶衣凝结后) 一层纤维增强材料 (玻纤、芳纶、碳纤维......) , 纤维增强材料有表面毡、无捻粗纱布 (方格布) 等几种。以手持辊子或刷子使树脂浸渍纤维增强材料, 并驱除气泡, 压实基层。铺层操作反复多次, 直到达到制品的设计厚度。

2.1.2 原材料

树脂:不饱和聚酯树脂、已烯基酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等.纤维:玻纤、碳纤、芳纶等。虽然厚的芳纶织物难于手工将树脂浸透, 亦可用.芯材:任意。

2.1.3 优点

可室温成型, 设备投资少, 模具折旧费低;可制造大型制品和型状复杂产品;树脂和增强材料可自由组合, 易进行材料设计;可采用加强筋局部增强, 可嵌入金属件。

2.1.4 缺点

属于劳动密集型生产, 产品质量由工人训练程度决定;手糊用树脂分子量低;通常可能较分子量高的树脂有害于人的健康和安全, 需进行必要的劳动防护。

2.2 纤维缠绕

2.2.1 具体步骤

通常采用直接无捻粗纱作为增强材料。粗纱排列在纱架上。粗纱自纱架上退绕, 通过张力系统、树脂槽、绕丝嘴, 由小车带动其往复移动并缠绕在回转的芯轴 (模) 上。纤维缠绕角度与纤维排列密度根据强度设计, 并由芯轴 (模) 转速与小车往复速度之比, 精确地控制。固化后将缠绕的复合材料制品脱模。

2.2.2 原材料

树脂:任意。环氧、不饱和聚酯、乙烯基脂及酚醛树脂。

纤维:任意。无捻粗纱、缝编和无纺织物。

芯材:可用。虽然复合材料制品通常是单一壳体, 一般不用。

2.2.3 优点

因为纤维迳直以合理的线形铺设, 承担负荷, 故复合材料制品的结构特性可非常高;由于同内衬层组合, 可制得耐腐蚀、耐压、耐热的制品;机械成型, 复合材料材质及方向性均匀, 质量稳定。

2.2.4 缺点

制品形状限于圆柱形或其它回转体;成品外表不是“模制”的, 不尽人意。

3 目前玻璃钢产品在生产现场中的实际应用

3.1 玻璃钢管道

特点:耐压性能强、耐腐蚀、重量轻、内壁光滑、介质的流动阻力小、安装方便。近年来, 随着油田开发的不断持续, 采出液对输油管线等设备的腐蚀成为了困扰油田原油生产的主要问题, 许多金属制管线管道因腐蚀不断出现穿孔、泄漏的问题, 据统计, 油田常用的89mm输油管线, 在正常使用情况下平均3~4年就会发生腐蚀穿孔, 而注水管线的穿孔时限更短。

从2003年开始至今, 笔者所在的区块陆续使用了部分玻璃钢材质管线。在使用中, 明显看出腐蚀穿孔问题被解决了, 以注水井为例, 注水井注水量高, 水质矿化度大, 一般金属输油管线在使用2~3年后就会发生腐蚀穿孔, 尤其是管线的连接焊口处, 穿孔更为频繁, 使用玻璃钢管线, 管线本体具有防腐性, 同时连接处采用丝扣连接, 不存在焊点, 因此有效避免了腐蚀穿孔的发生。

3.2 玻璃钢储罐

特点:耐腐蚀、重量轻、强度高、防渗、隔热、无毒、表面光滑.油田现场中有许多水罐和排污罐, 以往生产都采用金属罐或者混凝土结构罐, 在生产一段时间后经常出现腐蚀穿孔或者老化破裂, 由于玻璃钢具有良好的耐腐蚀性, 在现场加工使用了玻璃钢材质的罐体, 经过验证, 效果明显。

同时, 玻璃钢储罐本身无接缝, 受力均匀, 再加上玻璃钢材质具有重量轻、强度高、防渗、隔热等优点, 十分适合现场安装使用。

3.3 玻璃钢型材

特点:型号多样, 性能优越.相对于金属和其他材质的型材, 用玻璃钢材质制作的型材具有绝缘、轻便的优点, 原先许多沉重和连接复杂的型材, 通过玻璃钢的一次成型加工就得以完成, 极大减轻了现场安装, 特别需要提到的是玻璃钢型材是根据生产需要来进行加工, 制作周期短, 避免了以往出现的因为材质加工周期长而产生的影响生产的问题。

4 玻璃钢产品使用存在的几个问题

玻璃钢材质韧性较差, 不能经受外力打击, 主要是因目前许多生产现场与周边设施交错, 一些施工引起的撞击会造成玻璃钢产品破裂。玻璃钢材质在长时间耐高温方面仍需进一步进行加强接头处的密封性, 如高产的电泵井在使用玻璃钢管线时出现过接头处渗漏。因为玻璃钢材质较轻, 部分埋地产品需加添配重进行固定, 笔者曾遇到过埋地的玻璃钢罐因地层水上升而被浮起的情况。

摘要：在当今的石油生产行业中, 各种新工艺新技术被不断地应用到各个环节和领域, 这其中, 玻璃钢技术因其独有的特点在石油现场生产中得到了越来越广阔的应用。本文结合胜利油田的生产实际, 重点将玻璃钢产品的原理、性能、制作工艺以及玻璃钢产品在油田应用进行介绍, 同时提出玻璃钢产品在实际应用中出现的几个问题。以使更多的人认识玻璃钢产品, 共同更好的使玻璃钢产品为油田生产提供服务。

关键词：玻璃钢产品,原理,制作工艺