超高分子量聚乙烯內襯復合油管制備工藝技術

高玉森，張愛華，常大勝，馬貴全，季　峰，季　芳，唐國峰，張力勇

（1.大安鴻源管業有限公司，吉林白城131300；2.中國石油吉林油田公司，吉林松原138000）①

超高分子量聚乙烯內襯復合油管制備工藝技術

高玉森1，張愛華2，常大勝2，馬貴全2，季峰1，季芳1，唐國峰2，張力勇2

（1.大安鴻源管業有限公司，吉林白城131300；2.中國石油吉林油田公司，吉林松原138000）①

超高分子量聚乙烯內襯復合管在采油作業中得到越來越廣泛的應用。由于制備過程中超高分子量聚乙烯塑料管材產生內應力，在生產作業中失效時有發生。在超高分子量聚乙烯內襯復合油管制備過程中，采用合理工藝，規避內應力，可大幅降低故障率，延長超高分子量聚乙烯內襯復合油管的服役期。

超高分子量聚乙烯；復合油管；內襯；制備

油管在是石油工業中用量最大、花費最多的石油物資之一［1］。由于抽油桿在油管內不間斷地往復運動，使油管損耗很大，當任何一個部位磨損超過壁厚12.5%時，油管就不能繼續使用［2］，油管失效主要原因有腐蝕和偏磨［3］。為了延長油管服役期，有些油田開始使用超高分子量聚乙烯內襯復合管［4］。

粘均分子量大于150萬份的聚乙烯（PE）稱為超高分子量聚乙烯（UH MWPE）。U HMWPE具有耐磨損、自潤滑、抗粘附、不結焦、衛生無毒等一系列優良的綜合性能，在國外被授予“驚奇塑料”之稱［5］。UHMWPE在石油開采領域的應用越來越廣泛，美國在十幾年前將U HMWPE應用在油管內做內襯，延長了油管維護周期，取得了良好的經濟效益。在國內，U HMWPE內襯復合油管也在幾年前開始制造和應用，但是由于UHMWPE內襯復合管在制備過程中沒有很好地解決UH MWPE管材內應力消除問題，使其在采油作業中產生擠壓凸起，影響抽油桿往復運動；或者UH MWPE內襯管拉斷，產生大段油管裸漏，起不到對油管的保護作用，縮短了油管服役期［6］。因此，研究U HMWPE管材在復合油管的制備過程中產生應力的起因，以及規避應力的制備工藝是有積極意義的。

1　制備工藝

1.1 原材料選定

1） 隨機指定經前幾道工序處理合格的-73 mm油管（以下簡稱油管）8件，分別記為1＃～8＃，用鋼字頭在油管一端靠近螺紋處分別標記1～8，在鋼管另一端靠近螺紋處分別標記01～08。

2） 用10 m鋼卷尺測量8根油管全長，用－30～50℃溫度計測得車間溫度為10℃，油管在車間已經存放24 h以上。8根油管長度如表1。

表1　測量的油管長度　mm

3） 取全長9.6 m超高分子量聚乙烯內襯管（以下簡稱超高管）8根，并在室溫下用10 m鋼卷尺驗證其真實長度，然后用標記筆在超高管外側以一端為0開始每隔1 m做1個記號。

1.2 裝管工序

1） 利用生產線上縮徑裝管機將超高管在油管標記有01～08一側裝入油管內，超高管從設定“0”端開始。

2） 利用0～30 A高精度電流表和內襯管上的標記記錄生產過程數據。

3） 超高管裝入油管后形成復合管。

1.3 復合管內應力消除

1） 復合管形成10 min內用300 mm鋼板尺對超高管相對油管兩端余量進行測量，如表2。

表2　10 min內的超高管相對油管兩端余量　mm

2） 復合管形成10d內，每間隔12h，在車間10℃環境下對超高管相對油管兩端余量用300mm鋼板尺進行測量，如表3。

表3　每間隔12h超高管相對油管兩端余量mm

3） 根據表3數據分別計算出裝管入口端和裝管出口端收縮率。

式中：ηg為超高管收縮率，%；L0為原來長度，mm；LN為收縮后長度，mm。

4） 根據式（1）計算數值繪制收縮曲線，如圖1。

由圖1可知：超高管在裝入油管后開始收縮，在168 h后基本穩定，復合管單端翻邊成型也在168 h之后。

圖1　復合管收縮曲線

2　復合管模擬井下膨脹試驗

復合管模擬井下膨脹試驗分為熱水膨脹試驗和油侵膨脹試驗2部分。

2.1 熱水膨脹測試

1） 復合管內應力消除后，將出口端通過管端翻邊機進行翻邊作業，然后將所述翻邊端裝配管箍，并在管箍的另一端裝配短節。

2） 將復合管入口端的超高管伸出油管部分截掉，與油管口對齊。如圖2。

圖2　復合管結構

3） 將8根復合管侵入85～90℃熱水槽中，用0～200℃溫度計監控水溫，72 h后起出，立即測量油管長度和超高管伸出長度，數值如表4。

表4　熱水膨脹后的油管長度和超高管伸出長度　mm

4） 測量超高管伸出長度后，立即將超高管伸出部分截掉，使其與油管端面平齊。

5） 在車間溫度10℃情況下放置24 h后測量超高管縮入油管長度。

6） 將測試復合管移至室外，在冬季－10～－25℃環境下，放置24 h，然后測量超高管縮入油管長度。

7） 根據以上數據繪制超高管伸縮范圍，如圖3所示。

圖3　超高管伸縮范圍

圖3反映出不同溫度的存放可以導致超高管縮入油管的程度，生產時需要根據不同季節預留相應尺寸。

2.2 油侵膨脹測試

1） 用游標卡尺測量外形尺寸為100 mm×20 mm×3.8 mm的聚乙烯塑料測試塊3個。3個試塊長寬高尺寸盡量一致。其分子量分別為150萬份、75萬份、10萬份，并依次標注為A、B、C.

2） 將油浴槽加入足以侵沒3個試塊的原油，放入恒溫箱；同時將所述3個試塊放入恒溫箱油浴槽外（注意：這一步不能放入浴油槽內）。

3） 將恒溫箱定溫90℃，達到溫度后恒溫1 h。

4） 打開恒溫箱前1～2 min，再測量3個試塊長度，并做好記錄。

5） 將3個試塊侵入原油中，經過24 h打開恒溫箱，立刻測量3個試塊長度，并做好記錄。然后將3個試塊重新侵入原油中。

6） 再次經過24 h打開恒溫箱，立刻測量3個試塊長度，并做好記錄。

7） 根據以上數據，按照式（2）計算出24、48 h試塊油侵膨脹率。

式中：ηs為試塊油侵膨脹率，%；L01為原長度，mm；Lm為油侵膨脹后的長度，mm。

8） 油侵膨脹量如圖4所示。

圖4　油侵膨脹量

由圖4可知：聚乙烯塑料分子量達到150萬份，在生產復合管截取多余部分超高管的時候，可以不考慮油侵膨脹，而達不到150萬份的必須考慮。

3　結論

1） 超高分子量聚乙烯內襯管裝入油管過程中，由于裝入力是不同的，因此油管兩端超高管伸出和留出部分收縮率是不同的。

2） 超高分子量聚乙烯內襯管在裝入油管后開始收縮，在168 h后基本穩定，復合管單端翻邊成型也在168 h之后。

3） 復合管在井下高溫時會產生膨脹，為消除膨脹產生的應力，在截取多余超高管時應該留有余量。

4） 在油管內加裝聚乙烯內襯，選用分子量150萬份以上的UH MWPE比較理想。在制備中，只要按照合理工藝就可以有效規避內襯管應力。

［1］ 世交齊，解學東.油井管的技術發展現狀與質量控制［J］.石油化工，2006（10）：62-63.

［2］ GB/T 19830—2005，石油天然氣工業油氣井套管或油管用鋼管［S］.

［3］ 劉功農.簡論油管修復生產線的技術改造［J］.石油礦場機械，2004，33（6）：123.

［4］ 吳麗萍，吳勝凱，王玉新.不同管材在油田水處理裝置中的應用對比分析［J］.石油礦場機械，2009，38（9）：80-83.

［5］ 吳丹，方立明.超高分子量聚乙烯加工中的亞穩性現象研究［J］.工程塑料應用，2009，37（2）：32.

［6］ 王海文，楊峰，趙輝，等.油管中塑料內襯管的伸長原因及控制措施［J］.石油礦場機械，2014，43（8）：61-64.

TE931.2

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2015.07.025

1001-3482（2015）07-0098-04

①2015-01-14

高玉森（1948-），男，吉林大安人，主要從事石油機械裝備研究，E-mail：13039365643＠126.com。