新材料在石油工程中的应用

李帅　李晨欣　刘太恒

摘 要：目前，全球经济发展对能源的需求与依赖依旧较为严重，这不仅给石油工程带来的挑战，也创造了更多的机遇，从而促使石油工程技术朝向更好的发展，带动石油工程变得更为智能化、实时化与自动化，并加大了对新材料的应用力度。本文主要对气凝胶复合隔热材料与自愈合聚合物材料这两种新材料在石油工程中的应用做出分析。

关键词：新材料；气凝胶复合隔热；自愈合聚合物

从目前来说，在石油工程中，新材料的发展主要呈现为智能化、自动化与实时化的趋势，其中智能化特点更为明显。比如，高性能机电液一体化技术的发展，使得石油钻机的功能逐步得到完善，进而促使自动化工具仪器得到增长，另外，通过对智能信息技术的运用，也可使劳动力得到降低，从而促使劳动效率的提升。对于石油工程来说，其每次发展，都是新材料、方法与理论的有效结合，而这些材料、方法与理论的结合，又极大的带动了石油工程的源源不断发展。本文主要对气凝胶负荷隔热材料与自愈合聚合物材料在石油工程中的运用进行探讨。

1 气凝胶-相变微胶囊复合隔热材料的运用

1.1 该材料的应用原理

对于二氧化硅气凝胶来说，其是使用纳米级的二氧化硅微粒进行连接的，一种具有三维网络结构的纳米多孔材料，而这些粒子与孔所对应的直径，都是出于纳米级别，因此热导率很低，从而能够起到很好的保温隔热效果。但这种较好的隔热性能也会在长期使用后出现热积累效应，从而致使内部器件温度上升。对于相变微胶囊材料来说，其是借助微胶囊化技术，采用具有化学惰性的外壳材料，来将固-液箱变材料微球外面进行包裹，从而得到复合相变材料。这样在相变微胶囊材料核壳化的作用下，便能够使得泄漏、腐蚀等问题得到解决，进而使得材料特性得到改变。同时在相变时，会吸收与释放出大量的热，因此能够在热防护领域得到应用。将气凝胶与相变微胶囊的结合，所产生的复合隔热材料，可以使内部需要隔热保护的器件得到充分保护，因此在很多精密设备中可得到应用。

1.2 该材料的特点

作为分散介质为主的气体凝胶材料，气凝胶材料主要是由高聚物与胶体粒子所构成的材料。对于气凝胶材料来说，其中存在的孔隙尺寸往往都处于纳米级别，同时孔隙率可以达到80%以上，甚至可以达到99.8%，而直径一般都在1-100nm间，表面积都在200-1000m2/g间，密度可以在3kg/m3以下，在温室下的导热系数能够达到0.012W/（m·K）。这种较低的导热系数，使其能够成为超级绝热材料的一种。

而对于相变微胶囊来说，其一般都是使用正二十烷来当作芯材，在常温状态下，呈现出的为白色粉末状，同时每个颗粒的粒径处于0.5-20μm之间，一般来说，其装载率可以达到70%以上。其中温度可以根据相关需求来做出调节，具有较好的储能与控温效果。

1.3 该材料在石油工程中的应用

目前，在石油工程中，其实对隔热材料的要求很高，尤其是在钻井环节，所使用的各类隨钻测量电子设备，都应当做到隔热保护。然而，受到空间因素的影响，使得难以通过采取增加厚度的措施来实现隔热。但是对于气凝胶-相变微胶囊复合材料来说，其能够集合二者特点，来使隔热性能得到展现，同时其厚度较小，因此可以摆脱空间上的限制。通过对这种材料的运用，也不需要对原先工件的结构做出转变，直接应用即可，并可制成各类形状，来避免器件遭受高温带来的影响。

2 自愈合聚合物材料在石油工程中的应用

2.1 该材料的应用原理

对于聚合物材料来说，其在应用时，会受到外界因素的影响，从而对使用年限产生影响。为了能够使其得到长期使用，需要对材料中的裂纹进行修复，从而使材料力学性能得到展现。原先所采取的措施难以对内部微裂纹做出修复，从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来完成对微裂纹的修复，从而使材料使用年限得到延长。对于聚合物材料的自愈合，通常是将愈合剂用某种方式埋植在聚合物基质中，当聚合物材料产生破裂时愈合剂流出，修复裂纹；或者利用聚合物与单体之间的可逆反应，或通过加热、光、电磁等引发单体聚合生成聚合物以修复裂纹。按照不同的修复方法，现有自愈合聚合物主要分为微胶囊法、空芯纤维法、仿人体毛细血管丛法等。

2.2 该材料的特点

自愈合聚合物的特点在于其自我修复特性。该材料能够修复材料内部出现的微裂纹。通常都需要借助外力条件，来完成化学反应。

2.3 该材料在石油工程中的应用

该材料在在石油工程领域当中，可以得到两方面的应用与发展。首先，作为井下流体的化学添加剂，可用于自愈合固井水泥、自愈合封堵材料、自反应钻井液等，根据井下条件的变化发生反应或者变形，从而实现凝固或者封堵作用。其次，作为封隔器等工件的构成材料，不但能通过自愈合反应增加自膨胀封隔器的强度和使用寿命，而且能够根据不同井段环境膨胀或者收缩实现智能封堵。

3 总结

对于一种新材料，同时对该材料的原理与特征做出分析，进而在将其与应用环境作出对比与分析，进而再使其在石油工程中得到运用，目前已经成为该领域技术创新所采用的常规措施。现如今，有多种新技术在石油工程中得到运用，并取得较好的成效，因此在未来应实现进一步应用与发展。

参考文献：

[1]张培军.石油工程安全监督工作质量的提升对策[J].中国石油和化工标准与质量，2017（07）：65.

[2]吳晓东.石油工程发展展望[J].化工设计通讯，2016（05）：34.