超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管技術(shù)前景展望

謝芳（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管技術(shù)前景展望

謝芳（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

通過(guò)對(duì)超高分子量聚乙烯（UHMWPE）內(nèi)襯復(fù)合管的技術(shù)特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果進(jìn)行闡述，證明該技術(shù)在油井中應(yīng)用能夠延長(zhǎng)舊油管使用壽命，減緩桿管偏磨，延長(zhǎng)油井清蠟周期。同時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，對(duì)超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了論述。

超高分子量聚乙烯 內(nèi)襯復(fù)合管 防偏磨 清蠟周期

油井在生產(chǎn)過(guò)程中存在以下問(wèn)題：一是采用高壓蒸汽車(chē)向油套環(huán)型空間打熱水進(jìn)行循環(huán)洗井，這種方式工作量大，影響產(chǎn)量，費(fèi)用較高，在壓力控制不當(dāng)?shù)那闆r下容易對(duì)地層造成污染；二是在偏磨井上應(yīng)用抽油桿扶正器，投入成本高，同時(shí)增加了油井的抽汲載荷，導(dǎo)致抽油機(jī)生產(chǎn)能耗增加；三是油管的可再生利用率低，增加了油井的維護(hù)成本。2008年葡萄花油田累計(jì)更換油管8.5432×104m，其中修復(fù)油管僅有0.2916×104m，占更換油管總數(shù)的3.4%。為此應(yīng)用超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管技術(shù)，利用新材料的摩擦系數(shù)低、耐磨、耐腐蝕等特性，延長(zhǎng)油井清蠟周期，減緩桿管偏磨，減小抽汲載荷，降低生產(chǎn)能耗，還可以修復(fù)利用舊油管，使油管的使用壽命得到延長(zhǎng)，降低油田在生產(chǎn)過(guò)程中的成本。

1 超高分子量聚乙烯管材的技術(shù)特點(diǎn)

超高分子量聚乙烯材料采用的是相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)到287×104的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）樹(shù)脂，通過(guò)特殊工藝制造成型。該材料于1957年由美國(guó)聯(lián)合化學(xué)公司采用齊格勒催化劑首先研制成功，屬于線型聚合物，相對(duì)分子質(zhì)量通常在（100～500）×104之間，結(jié)晶度65%～85%，密度0.92～0.96 g/cm3。與眾多聚合物材料相比，超高分子量聚乙烯材料具有摩擦系數(shù)低、耐磨、耐腐蝕、加工成型難度大等特性。使用超高分子量聚乙烯管作為油管襯管，利用該材料的優(yōu)良特性，實(shí)現(xiàn)防蠟、防偏磨、防腐蝕的目的。

1.1 超高分子量聚乙烯材料的低摩擦性

超高分子量聚乙烯的摩擦系數(shù)為0.07～0.11，接近冰與冰之間的摩擦（0.05～0.15），即使在無(wú)潤(rùn)滑劑的情況下，與銅或黃銅等金屬進(jìn)行表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)也不會(huì)引起黏著磨損現(xiàn)象。超高分子量聚乙烯與其他材料摩擦測(cè)試對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 超高分子量聚乙烯與其他材料的摩擦系數(shù)測(cè)試對(duì)比

1.2 超高分子量聚乙烯材料的耐磨性

超高分子量聚乙烯與其他材料相比耐磨性較為突出。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

1.3 超高分子量聚乙烯材料的耐沖擊性

根據(jù)GB 1843—1996《塑料懸臂梁沖擊性能試驗(yàn)方法》，對(duì)超高分子量聚乙烯和幾種工程塑料的耐沖擊性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明超高分子量聚乙烯材料的耐沖擊強(qiáng)度是現(xiàn)有塑料中最高的，見(jiàn)圖2。

1.4 超高分子量聚乙烯材料的耐腐蝕性[1]

超高分子量聚乙烯分子結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和化學(xué)鍵的飽含度使其具有優(yōu)良的耐化學(xué)品性能。在20℃和80℃兩種溫度下，通過(guò)80種有機(jī)溶劑浸泡30 d，超高分子量聚乙烯材料外表面正常，見(jiàn)表2。

表2 耐腐蝕情況對(duì)比

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及試驗(yàn)效果

2.1 國(guó)外油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況及效果[1]

超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管在美國(guó)得克薩斯州的克倫油田先后在較高故障率的17口油井進(jìn)行了試驗(yàn)。除1口低產(chǎn)井關(guān)井外，其余16口井均正常生產(chǎn)，無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間增加了5倍。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管下井后，未發(fā)生因油管磨損、腐蝕或抽油桿偏磨等原因停井作業(yè)。統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)后17口井故障原因：3次抽油桿腐蝕故障和1次外部油管接箍腐蝕故障。17口井的故障率由4.3%下降到0.59%。歷史數(shù)據(jù)表明，這些油井試驗(yàn)前90%故障都與油管的內(nèi)部磨損及腐蝕或抽油桿相關(guān)部件的磨損有關(guān)。試驗(yàn)證明，超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管可以減緩桿管之間的磨損，降低油管腐蝕程度。

2.2 國(guó)內(nèi)其他油田試驗(yàn)效果[1]

2005年，吉林油田選取1口偏磨嚴(yán)重井進(jìn)行了超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管試驗(yàn)，下井前將油桿扶正器去掉。為了檢查使用效果，在184 d后起出全井管柱，高分子復(fù)合層無(wú)明顯磨損，抽油桿及接箍沒(méi)有發(fā)生磨損，不存在腐蝕現(xiàn)象，油管內(nèi)無(wú)結(jié)蠟，油管螺紋完好，所以繼續(xù)下井使用，截至檢查日計(jì)算，熱洗周期由82 d延長(zhǎng)到184 d，延長(zhǎng)了2.24倍。

2.3 大慶油田采油七廠試驗(yàn)效果

2006—2007年共完成現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)7口井，平均正常生產(chǎn)天數(shù)達(dá)到661 d，其中1號(hào)井生產(chǎn)時(shí)間達(dá)到了1014 d。

2.3.1 超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管的防蠟效果

2006—2007年完成的7口試驗(yàn)井，平均單井清蠟周期達(dá)到193 d，與試驗(yàn)前相比，清蠟周期延長(zhǎng)了137 d，延長(zhǎng)了2.4倍，見(jiàn)表3。

2.3.2 超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管的防偏磨效果

試驗(yàn)前，試驗(yàn)井均存在不同程度的偏磨現(xiàn)象，在施工時(shí)去掉扶正器或換掉防偏磨油桿，目前平均單井正常生產(chǎn)661 d，見(jiàn)表4。

3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

全廠每年的作業(yè)井中，因桿管偏磨進(jìn)行作業(yè)的井約7口，單井作業(yè)費(fèi)用按4.2×104元計(jì)算，應(yīng)用超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管后，每年預(yù)計(jì)可減少桿管偏磨50%，減少作業(yè)井3井次，節(jié)約作業(yè)費(fèi)用12.6×104元。

全廠油井平均清蠟周期約60 d，平均單井年洗井6次，每次熱洗費(fèi)用0.1×104元，年單井洗井費(fèi)用0.6×104元。應(yīng)用超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管后，平均清蠟周期延長(zhǎng)到2倍以上，平均單井年減少洗井3次，單井年減少熱洗費(fèi)用0.3×104元。

表3 試驗(yàn)效果對(duì)比

表4 試驗(yàn)井生產(chǎn)周期效果對(duì)比

因此，應(yīng)用超高分子量聚乙烯管對(duì)舊油管進(jìn)行改造后，每年預(yù)計(jì)可節(jié)約費(fèi)用約12.9×104元。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

通過(guò)對(duì)超高分子量聚乙烯材料的各種物理特性進(jìn)行綜合分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出以下規(guī)律：

1）通過(guò)試驗(yàn)，證明了超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管能夠使油井的清、防蠟周期延長(zhǎng)，洗井次數(shù)減少，對(duì)地層的傷害降低。

2）在偏磨嚴(yán)重的井上，應(yīng)用超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管，可解決油井偏磨問(wèn)題。

3）超高分子量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管可用于油管改造，延長(zhǎng)油管的使用年限，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

[1]李波,尚可心,候志欣,等.超高摩爾質(zhì)量聚乙烯內(nèi)襯復(fù)合管應(yīng)用前景展望[J].塑料工業(yè).2006，34（12）.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.01.010

謝芳，2007年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，助理工程師，從事采油工程技術(shù)研究工作，E-mail：cy7xiefang@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大同區(qū)第七采油廠工程技術(shù)大隊(duì)，163517。

2011-11-12)