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天然气与石油 NATURAL GAS AND OIL
2016年4月
油气田模拟环境下聚偏氟乙烯的适用性研究
张学敏李厚补2戚东涛’蔡雪华’丁楠
1.长安大学材料学院，陕西西安710064；
2.中国石油集团石油管工程技术研究院，陕西西安710077
摘要：为了探讨聚偏氟乙烯(PVDF)在油气田工况条件下应用的可行性，采用高温高压釜设备，研究了油气田模拟环境下PVDF的适用性能。通过对比分析适用性评价试验前后PVDF的质量、表面形貌、力学性能、结构成分和耐热性能变化规律，发现PVDF虽然在油田模拟重油环境中发生溶胀增重现象，并导致维卡软化温度略有下降，样品表面出现纳米级微裂纹，但其增重率和环拉伸强度的变化远低于标准极限要求，且样品结构成分和热解过程均未发生明显变化，表明PVDF具备良好的耐油气田重油介质的适用性。
关键词：聚偏氟乙烯；油田环境；高温高压；适用性 DOI:10. 3969 /j. issn. 1006 5539. 2016. 02. 015
0前言
近年来，油气田介质环境日益苛刻，含水率、温度逐
步上升，CI、CO，、H,S等属蚀性介质含量升高，给钢管的应用带来极大风险。非金属与复合材料管材成为油气田腐蚀问题的解决方案之一[1-4]。但随着油气田非金属管道的用量越来越多，失效事故也逐年增加[5-7]。调查发现，油气田输送介质与非金属材质的不适应（或不相容)是造成管材失效的主要原因("-")。例如国内某油田在油气混输系统中，采用了塑料合金复合管，运行两年后即发生堵管失效，失效分析结果表明，该管线用复合管塑料合金内衬与输送介质不相容，表面起泡、脱落后与输送介质堆积，导致堵管。因此，为了从源头上消除非金属管后续使用失效的风险，有必要对拟用非金属管在特殊油气田服役环境下的适用性进行系统评价和实验研究，以期为不同油气田环境中非金属管的选材提供技术支撑。
聚偏氟乙烯（以下简称PVDF)具有良好的耐化学腐蚀性、耐候性以及优良的机械性能（如抗疲劳和端变性能等），因而在石油化工领域应用广泛，被认为是石油化
工设备流体处理系统整体或者衬里的泵、阀门、管道、管路配件、储槽和热交换器的最佳材料之一12-13)。此外，因其优异的耐高温性能和气体阻隔性能(1-15],许多非金属管材生产商也尝试将PVDF用于油气输送管材的制造。然而，迄今为止，PVDF在油气田环境中的适用性评价还未见报道。油气输送介质是否会造成PVDF管材的溶胀，该作用对其宏微观形貌和力学性能的影响如何，工况环境是否会造成PVDF结构成分的变化甚至降解，是否会降低PVDF的耐热性能等间题，引起广大制造商和用户的普遍关注。基于此，本文利用高温高压釜设备系统评价不同温度下PVDF管材在模拟油气田重油环境服役后的质量、表面形貌、力学性能、结构成分和耐热性能变化规律，并结合IS023936-1-2009《与石油和天然气生产相关的介质接触的非金属材料—热塑性塑料》中的相关内容，判定了PVDF管材的适用性，为今后油气田用PVDF管材的应用和制造提供了借鉴。
试验材料与方法
试验用原材料为PVDF管材（DN65mm）。从PVDF
收稿日期：2015-04-24
基金项目：国家自然科学基金(51304236)；中央高校基本科研业务费专项基金(2014G1311088）作者简介：张学敏（1982-），女，陕西渭南人，副教授，博士，主要从事材料性能评价与表征方向研究。万方数据