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油井管(输油管)中的神奇“管中管”--超高分子

新闻来源:未知   发布时间:2017-07-20 09:01  点击:
产品简介
油井管(输油管)是在原抽油管内加衬一层由超高分子量聚乙烯加工成型的管材。
    超高分子量聚乙烯于20世纪60年代末在美国合成,由于综合性功能优异,有被誉为“神奇的塑料”。它具有极高的耐磨性、极高的耐冲击性、极低的摩擦系数、优良的自润滑性和良好的耐低温、耐化学腐蚀性能。
    石油开采一般以钢制金属管材为主,虽然在材质及防腐耐磨方面各个国家都下足了功夫,但在管材耐磨方面却都是一筹莫展。超高分子量聚乙烯这一材料的出现彻底改变了这一现状,欧美一些国家十年前就将这一材料巧妙地运用到油井采油上。
 
油井管(输油管)的发展史:
   油井管(输油管),最早是应用在输送管上。早在上个世纪90年代初,德国、美国、日本等国家就开始应用。
  油井管(输油管)是于1995年由美国首先研发,后来经过了多次的变化和改进。到2000年,该技术被许多石油公司认可,并广泛应用。到 现在为止,北美地区约有16,000口油井和8,000口左右的水井采用了油井管(输油管)。在全球范围内,约有近30,000口油水井使用该产 品。由于该产品具有优良的抗磨、抗腐性能,用户很满意,享有良好的口碑。内衬UHMW PE抗磨、抗腐油管的使用,大大降低了井下故障。因而,在过去的几 年时间里,越来越多的石油公司对该特种油管表示青睐。
  2003年,克拉玛依油田从美国引进了油井管(输油管),这是我国对内衬UHMW PE油管的最早使用。2003年底,胜利石油管理局总机械厂在国 外公司生产60吨内衬油管,先后在胜利油田东辛采油厂的6口偏磨、腐蚀严重的抽油机井中使用。胜利石油管理局总机械厂于2004年引进了国外先进的内衬 UHMW PE抗磨、抗腐油管缩径和端口处理技术及生产线,于2005年开始正式投产和推广。目前已经在东辛、胜利、临盘等采油厂进行了推广使用,凭借优 越的性能,该产品得到了用户的充分认可。胜利油田的桩西、纯梁、河口等采油厂都将该产品列入了使用计划。江苏油田、河南油田、大港油田也对该产品有了使用 意向。
油井管(输油管)技术简介:
影响石油开采成本的主要因素是短命井,油井管(输油管)的偏磨、腐蚀和结垢(杆管偏磨、杆断、管漏)导致油井停产、减产。尤其采油井进入特高含水期后,因杆管偏磨、腐蚀造成报废占油管年总用量的1/6以上,造成巨大的资源浪费和生产成本增加。
   河南德远公司采用专用技术生产的油井管(输油管),具有的优异性能降低油井中油管、油杆的磨损及磨阻,将管杆系统的使用寿命提高3倍以 上,延长偏磨油井的检泵周期3~5倍。采用了超高分子油井内衬管后,抽油杆所承受扭矩、抽油杆柱底部最小应力均有显著的降低。而且,抽油杆最大负荷与最小 负荷差也有了显著的降低。抽油杆上下行程的负荷降低,既改善管杆磨损状况,又降低了整个系统的能耗,提高了抽油杆的抗疲劳寿命。
   超高分子油井内衬管技术,是在普通钢制油管内衬高分子管,采用专用技术使超高分子油井内衬管与油管紧密贴合在一起,形成“管中管”结构。由 于超高分子油井内衬管具有极好的韧性,优良的弹性以及先进过盈涨接油管的内衬技术,解决了深井井下温差大或油管受应力伸缩变形而产生的内衬管与油管分层脱 落的难题。

一、配套设备:
1.内衬管缩径机
    在超高分子量聚乙烯管紧衬到钢制油管管内表面前对管材进行预处理,使得内衬管的外径略小于钢制油管的内径。
2.内衬管衬入设备
   利用专用夹头夹紧超高分子量聚乙烯管材的一端借助卷扬机将管材拉进钢制油管。使得超高分子量聚乙烯管紧衬到钢制油管管内表面,保证内衬管不会产生轴向移动。
3.管端翻边机
    保证内衬管端紧贴钢制油管端部。

二、内衬工艺要求:
1.热膨胀内衬工艺,确保内衬管与油管结合力:拉出力≥20kN
2.内衬翻边工艺,实现油管端部密封:密封压力≧20MPa
3.内衬工艺操作要点
(1)油管必须清洗干净;
(2)利用缩径机将内衬管适量缩径;
(3)将缩径后的内衬管拉入钢制油管内,并在两端留出适当的长度;
(4)将内衬管留出的两个端面缓慢均匀加热后,通过翻边机翻边即可。
 
产品特性
油井管(输油管)产品特点:
  油井管(输油管)是在钢制普通油管内衬一层超高分子量聚乙烯(UHMW PE)管材,采用专用技术使衬管与油管紧贴在一起,形成“管中管”结构。这种内 衬油管不仅可以解决油管偏磨与腐蚀难题,同时由于超高分子量聚乙烯(UHMW PE)内衬管的摩擦系数较低,还可降低油井光杆负荷、抽油杆柱底部应力,延 长抽油杆的寿命。油井管(输油管)具有如下特性:
1、优良的耐磨性
   UHMW PE最引人注目的一个特性是它具有极高的耐磨性,这一性能在许多工程应用中都是十分宝贵的,UHMW PE的耐磨性比尼龙PA—66高4倍左 右、比高密度聚乙烯HDPE和HPVC高5倍左右、比聚四氟乙烯(PTFE)高2.5倍左右、比聚氨酯高5倍左右、比碳钢和不锈钢高6~7倍左右,是聚丙 烯的10倍左右。UHMW PE耐磨损机理不仅靠它的硬度,而且还靠粘弹性和摩擦系数小来缓冲磨损,这与一般磨损材料抗磨损机理截然不同。
表1几种常用材料的耐磨损率值

材料名称 磨损率平均表% 材料名称 磨损率平均表%
UHMW PE 0.74 不锈钢 4.05
PTFE 2.31 45钢 4.02
PA66 1.51    
     
2、优良的耐腐蚀性
   UHMW PE是一种饱和分子团结构,故其化学稳定性极高。UHMW PE具有良好的耐化学腐蚀特性,除浓硝酸和浓硫酸外,它在所有的碱液、酸液和盐液中都不会受到腐蚀。
3、优异的自身润滑性
    UHMW PE的磨损系数较小,摩擦系数仅为0.07~0.10。常用工程塑料动摩擦系数的比较如表2所示
表2 UHMW PE与其他工程塑料动摩擦系数的比较

材料名称 自润滑 水润滑 油润滑
UHMW PE 0.10~0.22 0.05~0.10 0.05~0.08
PTFE 0.15~0.40 0.14~0.19 0.02~0.11
PA66 0.04~0.25 0.04~0.08 0.04~0.05
45钢 0.15~0.35 0.10~0.20 0.05~0.10
     
4、优良的不粘性
UHMW PE 是一种饱和碳氢化合物,化学稳定性高,表面张力小,表面吸附力非常微弱,其抗粘附能力仅次于塑料中不粘性最好的聚四氟烯PTFE,它的吸水率很低,小于 0.01%,表面疏水性良好,因而制品表面与其它材料不易粘附。只要流速达到2.3~4.6m/s,结垢就难以形成,即使长期缓慢积累形成垢层也不牢固, 很容易清除。UHMW PE具有的自润滑性和不粘附性,使得摩擦系数最小。特殊工艺生产的管道内壁抗腐蚀、抗磨损、不结垢,因此流动阻力很小,可长期保持 流速和流量不减。其内径设计可比钢管减小15%。 
5、高抗冲击性
UHMW PE 的抗冲击性和吸收冲击能居塑料之首,无论是外力强冲击,还是内部压力波动都难以使其开裂。其冲击力强度为尼龙66的10倍,聚氯乙烯的20倍,聚乙烯的4 倍。特别是在低温环境,其冲击强度反而达到最高值。UHMW PE的这种柔韧性为输送系统提供了安全可靠的保障。 
6、耐候性和抗老化性
UHMW PE 管材有良好的耐候和抗老化性。一方面,因为UHMW PE管材分子链中不饱和基因很少,分子量大;另一方面,添加了优质改良剂,使得UHMW PE管材使 用寿命大大超过了高密度聚乙烯管材。使用60年左右,UHMW PE管材仍可保持70%以上的机械性能。 
7、耐温性
UHMW PE管材适温性宽,可长期在-169℃到130℃的温度下工作,这是其它聚烯烃管材无法比拟的。
 
性能参数
1、油井管(输油管)的工作原理:
(1)抽油杆扶正的原理,确保抽油杆与油管隔离,不产生接触磨损。这方面技术主要有:抽油杆尼龙扶正器、抽油杆滚轮接箍等。
(2)转动原理,保证油管、抽油杆得到均匀磨损。这种技术主要包括:旋转油管和抽油杆技术。在作业时安装旋转井口,油井正常生产时,通过转动油管柱,确保杆管接触面的改变,从而延长管杆的使用寿命。
(3)拉伸原理,确保油管、抽油杆处于拉伸状态,减少蠕动、失稳造成的管杆偏磨。主要包括:油管锚定技术、抽油管下部加重技术和液力反馈泵抽油技术。
(4)油井内衬管抗磨副技术。抽油杆抗磨副由抗磨光杆、抗磨扶正套和防弯接头构成。抗磨光杆表面进行了精磨和镀铬处理,抗磨扶正套为增强尼龙66内衬光 滑的钢套。由于光杆和 扶正套之间均做了减阻工艺处理,摩擦系数很小,从而扶正套固定在油管内,抗磨光杆在抗磨扶正套内上下滑动,确保了抽油杆柱与油管不接触,使抽油杆与油管的 摩擦与磨损转变为抽油杆抗磨副自身的摩擦与磨损。光杆与扶正套之间的低磨阻使得产生的磨损极小,达到了防止杆管偏磨的目的。
 
最新研制的UHMW PE内衬油管性能:
1、摩擦系数测试结果见表所示:

试验结果  试验材料                  相对磨损率(%)
最新研制UHMW PE管材 11
EXPE(红)(进口) 21
HEPE(黑)(进口) 18
EXPE(桔红)(进口) 28
钢材 17
2、内衬试验:
   最新研制的管材抗磨性能及摩擦系数等各项指标均超过了国外耐热性红管及桔红管材料。在国产专用设备上通过缩径、加热回弹、管端翻边等加工,经实验证明均能满足制作复合内衬管的要求.
3油井管(输油管)是最好的选择
(1)国内外最有效的一种抗磨技术;
(2)集耐磨、防腐、不结蜡、不结垢等多项性能于一身;
(3)内衬管不会产生小孔、裂缝、断裂和剥落等现象,对井没有污染;
(4)衬管有弹性,可适应由于油井温度和油管载荷的变化导致的油管变形,可始终保证衬管紧紧地涨紧在钢管的内表面,并且保持端面密封,不需要粘结剂;
(5)不改变现行的作业工艺,下井后不影响作业,也不需要井下专用工具;
(6)内衬管为一种坚韧的耐磨材料,油井作业或线缆作业不会损伤内衬;
(7)该材料具有惰性,不易于其它物质发生化学反应,并且无毒。
 
 油井管(输油管)技术指标  
 1. 外观要求
  油井管(输油管)外表面应光滑、无裂纹、无空洞等质量缺陷。
2. 超高分子量聚乙烯内衬管的理化性能指标

序号 项目 单位 结果 检验方法
1 悬臂梁冲击强度 kJ/m2 不断 GB/T1843-96
2 断裂伸长率 % 380.1 GB/T1040-1992
3 拉伸强度 MPa 28.89 GB/T1040-1992
4 密度 g/cm3 0.936 GB/T1033-1986
5 邵氏硬度(D)   60 GB/T2411-1980
6 热变形温度 70.95 GB/T1633-2000
 
 3. 油井管(输油管)的耐磨性能指标

序号 项目 单位 结果 检验方法
1 摩擦系数   0.15 GB/T3960-89
2 磨损率 % 2.53 GB/T3960-89
3 磨痕宽度 mm 4.08 GB/T3960-89

 4. 油井管(输油管)的耐腐蚀性能指标
   在一定温度和浓度范围内能耐各种腐蚀性介质(酸、碱、盐)及各种有机介质,在下表所列80℃的腐蚀性介质或有机溶剂中浸滞30天,外表无任何反常现象,其它物理性能也几乎没有变化。

介质 试        剂
无机酸 浓盐酸、硝酸(20%)、磷酸(35%)、硫酸(50%)
有机酸类 醋酸(10%)、丁酸、柠檬酸、甲酸
无机盐溶液 氯化铝、硝酸铵、漂白粉、氯化钨、碳酸钠、氯化钠、次氯酸钠、氯化锌
碱类 氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液
有机溶剂类 柴油、苄醇、环己烯醇、乙二醇、甘油、十二烷醇、丙醇
其他 啤酒、洗洁精溶液、蒸馏水、亚麻籽油、牛奶、橄榄油、海水、酒
油井管(输油管)产品规格:
可用于目前油田现用的各种型号的油管,也可按用户要求订制生产。
(1)Ø 63×2.5mm    可应用于Ø73×5.51mm型号油管;
(2)Ø 63×2.8mm    可应用于Ø73×5.51mm型号油管;
(3)Ø 63×4mm     可应用于Ø73×5.51mm型号油管;
(4)Ø 65×2.5mm    可应用于Ø73×5.51mm型号油管;
(5)Ø 65×3mm     可应用于Ø73×5.51mm型号油管;
(6)Ø 76×3.5mm    可应用于Ø88.9×6.45mm型号油管;
(7)Ø 76×4.5mm    可应用于Ø88.9×6.45mm型号油管。
 
应用领域
油井管(输油管)适用范围:
1、有杆泵井:适用于杆管偏磨、腐蚀、结蜡严重井。特别适合于水平井,定向井,井斜方位大,井身不正,杆、管故障率高的油井。
2、内衬于剩余壁厚不小于原壁厚50%的旧油管中,可继续使用。
3、注水井:适用于结垢、腐蚀严重的注水井。
4、腐蚀性气井:适用于含H2S和CO2的气井。
5、海上油气井及陆上高产井:大大延长管柱寿命,减少停产损失,降低综合维修成本。
6、能改善人工举升系统效率,可作为节电措施应用。
7、各种口径、长度的平式、加厚油管均可制成内衬油管。
8、输送管:井下不适用的腐蚀和偏磨严重的旧油管内衬后可用作输油管。
    该技术集防磨、防腐(气液腐蚀)、防结垢性能于一体,质量可靠性能稳定,是其它单一性能的油管所不具备的。



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