油气管道暂堵用响应型水凝胶的构筑及性能研究

为了满足油气管道热工作业的要求,采用响应型水凝胶封堵油气管道,热工作业后能够完全破胶解堵。以铁离子与3,4-二羟基苯甲醛进行配位反应再与壳聚糖溶液交联形成响应型水凝胶。表征了水凝胶的结构,探究了水凝胶的成胶流变性能、破胶响应性能,模拟了在管道中的封堵性能。结果表明,配合物质量浓度高于20 g·L^(-1)或与壳聚糖溶液的体积比高于1:10时,能够形成水凝胶。配合物浓度或加量越高,水凝胶的强度越高、交联反应速率越快。水凝胶在还原剂或酸溶液刺激响应下能够转变为溶液态,从而能够实现破胶解堵。水凝胶具有较好的触变性能,在模拟管道中也具有较好的封堵效果,有望应用在油气管道暂堵中来实现管道的热工作业,提高管道维修更换的效率。

基于动态共价键的热响应暂堵用水凝胶的制备及性能

针对化学凝胶封堵油气管道实现热工作业后难以破胶的问题,基于动态共价键和氢键作用,以胍胶、琼脂和十水四硼酸钠制备了一种具有热响应破胶的水凝胶。通过红外光谱和扫描电镜表征了凝胶的形成机制以及微观形貌;利用流变仪研究了水凝胶的机械性能和热响应行为。结果表明,随着胍胶含量的增加,水凝胶的机械强度逐渐增大,凝胶-溶胶转变温度也越高。向凝胶体系中加入适量的琼脂,可以降低凝胶-溶胶的转变温度,以此提高水凝胶的破胶效率。利用自制可视化管道研究了该水凝胶的封堵与解堵性能,结果表明,该水凝胶具有优异的封堵性能,封堵段长度为100cm时,能够承受0.156MPa的突破压力。使用70~90℃的热水冲洗水凝胶,10cm长的封堵段能在100min内完全解堵。该水凝胶作为封堵材料能够保证管线热工作业安全、简化工艺流程,同时避免管道二次损坏等优势,有望代替传统管道封堵用化学暂堵材料。

可逆交联聚乙烯醇水凝胶的构筑及其性能评价

基于氢键作用以没食子酸(GA)和聚乙烯醇(PVA)构筑了一种可逆交联的PVA水凝胶。评价了水凝胶的成胶性能、破胶性能和流变性能。结果表明,当GA含量达到30mg/mL,GA与10%的PVA溶液能够交联形成水凝胶,随着GA含量的增加,成胶时间逐渐降低。在一定温度刺激下,水凝胶能够实现破胶,GA含量越高,破胶时间越长,升高温度能够显著降低破胶时间。流变结果表明,随着GA含量的增加,水凝胶的储能模量和耗能模量均增加。当GA含量高于40mg/mL时,水凝胶的强度达到临界值,具有较好的频率稳定性。综上,热可逆性能的PVA水凝胶在油田暂堵领域具有潜在的应用价值。