可膨胀筛管用316L不锈钢丝网上疏水/亲油表面的制备及研究

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对固体表面的润湿理论进行概括,较系统的阐述了超疏水表面的研究进展及其制备技术,尤其是近几年较新的制备方法,根据国内外超疏水表面发展及应用趋势,提出了将超疏水表面制备技术应用到可膨胀筛管用不锈钢丝网上的设想。可膨胀式防砂筛管技术是针对油藏开采过程中,油井出砂严重而发展的一项新的有效的机械防砂技术。以316L不锈钢丝网为研究对象,从工程仿生学角度出发,结合溶胶-凝胶法、化学刻蚀法及提拉浸渍法成功的改善其表面的润湿性能,在316L不锈钢丝网基体上制备了具有疏水/亲油性能的表面涂层,从而使可膨胀筛管在有效防砂的同时具有油水分离的性能具有重要的现实背景与研发意义。因此,本文展开了以下三个方面的研究:(1)采用溶胶-凝胶法,以正硅酸乙酯及甲基三乙氧基硅烷为共前驱体,制备出粒径范围在微米级的的硅溶胶。结果表明:经过甲基三乙氧基硅烷表面改性后,表面改性剂中的烷氧基团与SiO2颗粒的表面发生了化学作用,大量的甲基接枝到SiO2溶胶的骨架上;改性溶胶具有良好的热稳定性,足以满足油田上井下作业的温度要求。(2)采用简单的化学刻蚀的方法,在不锈钢丝网上构建类似彼此相连的“山峰”状的深浅相间的双重粗糙结构表面,考察了实验条件对表面润湿性能的影响。结果表明:刻蚀时间为5min,加入12g三氯化铁,3ml磷酸,3ml盐酸及3ml双氧水于45ml去离子水中配制成的刻蚀液,更有利于超疏水表面层的形成。(3)采用提拉浸渍法在刻蚀过的不锈钢丝网基体上制得疏水/亲油表面,测得表面与水滴的接触角为152°,与煤油液滴的接触角为0°,并用Cassie理论对表面的润湿性进行分析。结果表明:类荷叶的粗糙结构表面上有大量的甲基基团存在,正是由于表面上的这种多阶层结构与大量甲基基团的共存使得不锈钢丝网试样具有了疏水/亲油特性;计算得到水滴下的空气垫部分比例约为83%,这种结构可以捕获大量的空气,从而对表面的疏水性起到重要作用;表面表现出良好的时间稳定性、非黏附性能及耐蚀特性。
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