李帥　李晨欣　劉太恒

摘 要：目前，全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源的需求與依賴依舊較為嚴(yán)重，這不僅給石油工程帶來的挑戰(zhàn)，也創(chuàng)造了更多的機(jī)遇，從而促使石油工程技術(shù)朝向更好的發(fā)展，帶動(dòng)石油工程變得更為智能化、實(shí)時(shí)化與自動(dòng)化，并加大了對(duì)新材料的應(yīng)用力度。本文主要對(duì)氣凝膠復(fù)合隔熱材料與自愈合聚合物材料這兩種新材料在石油工程中的應(yīng)用做出分析。

關(guān)鍵詞：新材料；氣凝膠復(fù)合隔熱；自愈合聚合物

從目前來說，在石油工程中，新材料的發(fā)展主要呈現(xiàn)為智能化、自動(dòng)化與實(shí)時(shí)化的趨勢(shì)，其中智能化特點(diǎn)更為明顯。比如，高性能機(jī)電液一體化技術(shù)的發(fā)展，使得石油鉆機(jī)的功能逐步得到完善，進(jìn)而促使自動(dòng)化工具儀器得到增長，另外，通過對(duì)智能信息技術(shù)的運(yùn)用，也可使勞動(dòng)力得到降低，從而促使勞動(dòng)效率的提升。對(duì)于石油工程來說，其每次發(fā)展，都是新材料、方法與理論的有效結(jié)合，而這些材料、方法與理論的結(jié)合，又極大的帶動(dòng)了石油工程的源源不斷發(fā)展。本文主要對(duì)氣凝膠負(fù)荷隔熱材料與自愈合聚合物材料在石油工程中的運(yùn)用進(jìn)行探討。

1 氣凝膠-相變微膠囊復(fù)合隔熱材料的運(yùn)用

1.1 該材料的應(yīng)用原理

對(duì)于二氧化硅氣凝膠來說，其是使用納米級(jí)的二氧化硅微粒進(jìn)行連接的，一種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的納米多孔材料，而這些粒子與孔所對(duì)應(yīng)的直徑，都是出于納米級(jí)別，因此熱導(dǎo)率很低，從而能夠起到很好的保溫隔熱效果。但這種較好的隔熱性能也會(huì)在長期使用后出現(xiàn)熱積累效應(yīng)，從而致使內(nèi)部器件溫度上升。對(duì)于相變微膠囊材料來說，其是借助微膠囊化技術(shù)，采用具有化學(xué)惰性的外殼材料，來將固-液箱變材料微球外面進(jìn)行包裹，從而得到復(fù)合相變材料。這樣在相變微膠囊材料核殼化的作用下，便能夠使得泄漏、腐蝕等問題得到解決，進(jìn)而使得材料特性得到改變。同時(shí)在相變時(shí)，會(huì)吸收與釋放出大量的熱，因此能夠在熱防護(hù)領(lǐng)域得到應(yīng)用。將氣凝膠與相變微膠囊的結(jié)合，所產(chǎn)生的復(fù)合隔熱材料，可以使內(nèi)部需要隔熱保護(hù)的器件得到充分保護(hù)，因此在很多精密設(shè)備中可得到應(yīng)用。

1.2 該材料的特點(diǎn)

作為分散介質(zhì)為主的氣體凝膠材料，氣凝膠材料主要是由高聚物與膠體粒子所構(gòu)成的材料。對(duì)于氣凝膠材料來說，其中存在的孔隙尺寸往往都處于納米級(jí)別，同時(shí)孔隙率可以達(dá)到80%以上，甚至可以達(dá)到99.8%，而直徑一般都在1-100nm間，表面積都在200-1000m2/g間，密度可以在3kg/m3以下，在溫室下的導(dǎo)熱系數(shù)能夠達(dá)到0.012W/（m·K）。這種較低的導(dǎo)熱系數(shù)，使其能夠成為超級(jí)絕熱材料的一種。

而對(duì)于相變微膠囊來說，其一般都是使用正二十烷來當(dāng)作芯材，在常溫狀態(tài)下，呈現(xiàn)出的為白色粉末狀，同時(shí)每個(gè)顆粒的粒徑處于0.5-20μm之間，一般來說，其裝載率可以達(dá)到70%以上。其中溫度可以根據(jù)相關(guān)需求來做出調(diào)節(jié)，具有較好的儲(chǔ)能與控溫效果。

1.3 該材料在石油工程中的應(yīng)用

目前，在石油工程中，其實(shí)對(duì)隔熱材料的要求很高，尤其是在鉆井環(huán)節(jié)，所使用的各類隨鉆測量電子設(shè)備，都應(yīng)當(dāng)做到隔熱保護(hù)。然而，受到空間因素的影響，使得難以通過采取增加厚度的措施來實(shí)現(xiàn)隔熱。但是對(duì)于氣凝膠-相變微膠囊復(fù)合材料來說，其能夠集合二者特點(diǎn)，來使隔熱性能得到展現(xiàn)，同時(shí)其厚度較小，因此可以擺脫空間上的限制。通過對(duì)這種材料的運(yùn)用，也不需要對(duì)原先工件的結(jié)構(gòu)做出轉(zhuǎn)變，直接應(yīng)用即可，并可制成各類形狀，來避免器件遭受高溫帶來的影響。

2 自愈合聚合物材料在石油工程中的應(yīng)用

2.1 該材料的應(yīng)用原理

對(duì)于聚合物材料來說，其在應(yīng)用時(shí)，會(huì)受到外界因素的影響，從而對(duì)使用年限產(chǎn)生影響。為了能夠使其得到長期使用，需要對(duì)材料中的裂紋進(jìn)行修復(fù)，從而使材料力學(xué)性能得到展現(xiàn)。原先所采取的措施難以對(duì)內(nèi)部微裂紋做出修復(fù)，從而提出了自愈合聚合物的概念，也就是借助材料自我感知能力來完成對(duì)微裂紋的修復(fù)，從而使材料使用年限得到延長。對(duì)于聚合物材料的自愈合，通常是將愈合劑用某種方式埋植在聚合物基質(zhì)中，當(dāng)聚合物材料產(chǎn)生破裂時(shí)愈合劑流出，修復(fù)裂紋；或者利用聚合物與單體之間的可逆反應(yīng)，或通過加熱、光、電磁等引發(fā)單體聚合生成聚合物以修復(fù)裂紋。按照不同的修復(fù)方法，現(xiàn)有自愈合聚合物主要分為微膠囊法、空芯纖維法、仿人體毛細(xì)血管叢法等。

2.2 該材料的特點(diǎn)

自愈合聚合物的特點(diǎn)在于其自我修復(fù)特性。該材料能夠修復(fù)材料內(nèi)部出現(xiàn)的微裂紋。通常都需要借助外力條件，來完成化學(xué)反應(yīng)。

2.3 該材料在石油工程中的應(yīng)用

該材料在在石油工程領(lǐng)域當(dāng)中，可以得到兩方面的應(yīng)用與發(fā)展。首先，作為井下流體的化學(xué)添加劑，可用于自愈合固井水泥、自愈合封堵材料、自反應(yīng)鉆井液等，根據(jù)井下條件的變化發(fā)生反應(yīng)或者變形，從而實(shí)現(xiàn)凝固或者封堵作用。其次，作為封隔器等工件的構(gòu)成材料，不但能通過自愈合反應(yīng)增加自膨脹封隔器的強(qiáng)度和使用壽命，而且能夠根據(jù)不同井段環(huán)境膨脹或者收縮實(shí)現(xiàn)智能封堵。

3 總結(jié)

對(duì)于一種新材料，同時(shí)對(duì)該材料的原理與特征做出分析，進(jìn)而在將其與應(yīng)用環(huán)境作出對(duì)比與分析，進(jìn)而再使其在石油工程中得到運(yùn)用，目前已經(jīng)成為該領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新所采用的常規(guī)措施?，F(xiàn)如今，有多種新技術(shù)在石油工程中得到運(yùn)用，并取得較好的成效，因此在未來應(yīng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步應(yīng)用與發(fā)展。

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