抽油杆扶正器复合材料的综合性能

一、UHMWPE复合材料

　　UHMWPE的粘均相对分子质量高达150万以上，具有无可比拟的耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐低温(-70℃以下)、自润滑、抗粘附、不吸水等综合性能，被称为“令人惊异的塑料”。经注射成型得到的UHMWPE抽油杆扶正器，其抗磨损、抗冲击、抗腐蚀、耐低温、自润滑性、不吸水性均优于传统的PA扶正器，克服了PA易吸水溶胀、水解、低温脆性大、易碎、摩擦阻力大的缺点，由于极优的柔韧性、吸收冲击能等特性，可减弱往复运动中的杆、管撞击；极低的摩擦因数，有利于降低往复摩擦磨损和减小抽油泵负荷；适中的硬度，有利于减少对抽油管体和抽油杆体的磨损。性能对比测试结果表明，UHMWPE扶正器的使用寿命大大高于传统的PA扶正器。但由于UHMWPE的熔体粘度极高，成型加工极为困难。

二、PTFE复合材料

　　PTFE是氟塑料中应用最广、产量最大的一种，其分子结构中与碳原子相连接的全是氟原子，分子链的规整性和对称性极好。同时氟原子的体积较大，将主链上的碳原子屏蔽起来，这种结构使得PTFE具有极好的耐温性(热分解温度达到390℃)和耐化学药品性。同时PTFE是所有塑料中摩擦因数最小的一种，是耐磨性和自润滑性最好的高分子材料之一。

　　PTFE虽具有极好的自润滑性和耐化学药品性，但由于其存在易磨损、加工性能差、硬度低、耐蠕变性能和导热性能差等缺点，使其在抽油杆扶正器上的应用带来一定困难。多年来，人们采用各种方法对PTFE进行改性。其中，填充、增强复合改性成为有效而又方便的方法。通过添加各种不同的填料对PTFE进行复合改性，期望改善和克服其性能缺陷而用于制作抽油杆扶正器。利用改性的PTFE经过模压加工工艺一次成型椭圆形抽油杆扶正器，椭圆形的PTFE扶正器套在扶正杆上自由摆动，确保PTFE扶正器与油管内壁直接接触，大大减轻了抽油杆对油管内壁的磨损，延长了抽油杆及油管的使用寿命，目前本产品已在克拉玛依油田、吐哈油田、长庆油田等多家油田使用，效果良好。

　　随着高分子材料改性技术的日益发展，具有优良耐磨性能和耐化学药品性能的高分子复合材料逐渐被用于制作扶正器。其中，PA复合材料、PTFE复合材料以及UHMWPE复合材料有望成为今后抽油杆扶正器的专用材料。

　　为了改善UHMWPE的流动性和成型加工性能，很多学者进行了相关研究。美国联盟公司在1965年就获得了这方面的zhuanli权，用低分子量聚乙烯、聚乙烯蜡共混改性UHMWPE。日本改性UHMWPE的zhuanli是在粘均相对分子质量100万以上的UHMWPE中加入质量分数0.4%~10%的聚酞亚胺树脂，可以在单螺杆挤出机上挤出成型圆棒料。美国AlliedSingal公司研制出一种共聚物与硬脂酸盐配合的树脂添加剂，将其用作UHMWPE的流动改性剂，可使UHMWPE在普通注塑机及挤出机上加工成型。北京化工大学制备了一种有效的流动剂(MS2)，起到了内外润滑功能，添加少量(质量分数0.6%~0.8%)就能显著改善UHMWPE的流动性。中科院化学所用纳米级层状硅酸盐改性UHMWPE，利用层状硅酸盐片层之间结合力相对较弱的特点，使片层之间发生相对滑动，从而提高熔体的流动性，改善加工性能。利用原位接枝插层技术，首先将插层剂插入到准二维硅酸盐粘土片层材料间，进而依靠插层单体接枝于UHMWPE表面，凭借接枝单体的桥联作用，在UHMWPE的熔融过程中将粘土分散于熔体中，从而改善UHMWPE的加工流动性能。南京航空航天大学利用纳米蒙脱土和聚苯酯对UHMWPE进行掺杂改性并用于制作抽油杆扶正器，与普通的PA材料相比，改性UHMWPE复合材料表现出较低的摩擦因数和较高的耐磨性，此外，改性UHMWPE复合材料具有高的冲击强度和较小的吸水率。北京化工大学采用专门设计的注塑机、特定的配方工艺、合理的模具结构设计，成功实现了UHMWPE的注射成型，可高效注射成型各种满足耐磨、抗冲、耐腐蚀、耐寒、自润滑性能要求的油田抽油杆扶正器，以替代原PA扶正器，其抗磨损、抗腐蚀、耐低温、自润滑性能均优于传统的PA扶正器。

　　目前我国正在开采和尚未开采的油井数量大约有30万口，按杆抽油油井占总油井数的50%计算，每口油井约需扶正器150个，每个扶正器平均使用寿命以1a计算，则每年需要2250万个，需求量极大。抽油杆扶正器失效的主要原因就是与油管发生偏磨以及井内液体介质对其产生腐蚀，所以改善抽油杆扶正器材料的耐磨损性能和耐化学药品性能将成为今后抽油杆扶正器的重点研究方向。