超高分子量聚乙烯內(nèi)襯油管特性試驗(yàn)

林冬 （大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

超高分子量聚乙烯內(nèi)襯油管特性試驗(yàn)

林冬 （大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

為驗(yàn)證超高分子量聚乙烯內(nèi)襯油管在礦場(chǎng)應(yīng)用節(jié)能效果，在標(biāo)準(zhǔn)井進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，在相同工況下錄取了產(chǎn)液量、液面深度、電動(dòng)機(jī)能耗數(shù)據(jù)，得出了綜合節(jié)電14.27%～18.81%的試驗(yàn)結(jié)果。為了分析節(jié)能原理，從聚乙烯內(nèi)襯油管的材料特性入手，剖析了材料加工特性和適應(yīng)的工作環(huán)境，得出該材料具有低摩擦、高耐磨和良好的自潤(rùn)滑特點(diǎn)。

標(biāo)準(zhǔn)井；內(nèi)襯油管；超高分子量聚乙烯

引言

目前，油田在用的油管的材料屬性均為鋼材，具有很高的強(qiáng)度和硬度，在油田生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮了巨大的作用。隨著油田驅(qū)替方式的多樣化和定向斜井?dāng)?shù)量的增加，致使桿、管偏磨、結(jié)垢、腐蝕問(wèn)題更加突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，造成桿、管偏磨、結(jié)垢、腐蝕檢泵井?dāng)?shù)占油田油井作業(yè)總數(shù)的30%左右。隨著三次采油規(guī)模的不斷擴(kuò)大，給機(jī)械采油帶來(lái)以下幾方面問(wèn)題：采出液見(jiàn)聚濃度逐漸上升，水驅(qū)全面見(jiàn)聚，抽油桿柱下行阻力大，桿管偏磨比例高，檢泵率上升，檢泵周期縮短，生產(chǎn)維護(hù)成本較高；井筒結(jié)蠟，造成桿柱負(fù)荷增加，影響生產(chǎn)管柱運(yùn)行壽命的同時(shí)，能耗上升；三元復(fù)合驅(qū)機(jī)采井結(jié)垢卡泵嚴(yán)重，檢泵周期相對(duì)較短，依靠化學(xué)清防垢費(fèi)用高，物理防垢技術(shù)還不成熟。通過(guò)對(duì)油管加裝高分子量聚乙烯內(nèi)襯管，較好地解決了上述問(wèn)題。勝利油田應(yīng)用超高分子量聚乙烯內(nèi)襯管約200×104m，偏磨井檢泵周期由97天延長(zhǎng)至587天，延長(zhǎng)了5倍，熱洗周期延長(zhǎng)了2倍。吉林油田應(yīng)用100×104m，偏磨井檢泵周期由185天延長(zhǎng)到658天，延長(zhǎng)了2.6倍，熱洗周期延長(zhǎng)了2.5倍。大慶油田目前也應(yīng)用了將近150口井，對(duì)此，開展了超高分子量聚乙烯內(nèi)襯油管在標(biāo)準(zhǔn)井對(duì)比試驗(yàn)。

1 內(nèi)襯油管的特性

應(yīng)用超高分子量聚乙烯內(nèi)襯油管能否取得節(jié)能效果，就要了解該材料的基本特性。它的主要基本特性表現(xiàn)在6個(gè)方面：

1）低摩擦。超高分子量聚乙烯內(nèi)襯管的摩擦系數(shù)為0.07～0.11，接近冰與冰之間的摩擦（0.05～0.15），在無(wú)潤(rùn)滑劑的情況下，與金屬表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，不會(huì)引起黏著磨損現(xiàn)象。

2）耐沖擊性。根據(jù)GB/T 1843—2008《塑料懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測(cè)定》，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)度是最高的（圖1）。

圖1 沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3）高耐磨性。東北石油大學(xué)對(duì)該材料進(jìn)行的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得出：在對(duì)偶面為抽油桿的干摩擦?xí)r，磨損量由無(wú)內(nèi)襯的4.026×10-6cm3/m降為有內(nèi)襯管的0.677×10-6cm3/m，內(nèi)襯管的耐磨性能提高近6倍。

4）高防垢性。該材表面粗糙度僅為鋼管的1/6，有良好的自潤(rùn)滑性和超低附著性大幅度降低結(jié)垢，實(shí)現(xiàn)免酸洗除垢。

5）高耐腐蝕性。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。分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性極高，無(wú)電化學(xué)腐蝕，耐多種化學(xué)介質(zhì)侵蝕[1]，見(jiàn)表1。

6）高韌性。超高分子量聚乙烯管材拉伸伸長(zhǎng)率大于300%，當(dāng)應(yīng)用環(huán)境發(fā)生沉降時(shí)，管體及接頭不易開裂。

高韌性主要體現(xiàn)了該材料作為油管內(nèi)襯的易加工特性，高防垢性、高耐腐蝕性、耐沖擊性主要體現(xiàn)了該材料對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性，而低摩擦和高耐磨性則體現(xiàn)了該材料具有良好的自潤(rùn)滑功能。率達(dá)到14.27%；動(dòng)液面480 m時(shí)，功圖上載荷下降2.97%，下載荷上升9.99%，系統(tǒng)效率提高6.04%點(diǎn)，綜合節(jié)電率18.81%。

將動(dòng)液面480 m前后對(duì)比測(cè)試的示功圖放在同一坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖2。

圖2 動(dòng)液面480 m示功圖對(duì)比

表1 多種化學(xué)介質(zhì)60℃下侵蝕情況

2 試驗(yàn)效果

試驗(yàn)井分為兩種管柱形式，第一種是下入普通油管，每根抽油桿安裝1個(gè)扶正環(huán)；第二種是下入超高分子量聚乙烯內(nèi)襯管，抽油桿不安裝扶正環(huán)。前后兩種管柱下泵深度基本一致，使用同一臺(tái)抽油泵，泵徑57 mm，沖程3 m，沖速5 min-1不變，舉升介質(zhì)為清水。試驗(yàn)過(guò)程中，分別對(duì)動(dòng)液面240 m和480 m時(shí)的產(chǎn)液、耗電、示功圖進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，并計(jì)算系統(tǒng)效率，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)井對(duì)比試驗(yàn)效果

對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)前后產(chǎn)液無(wú)明顯變化，動(dòng)液面240 m時(shí)，功圖上載荷下降0.81%，下載荷上升9.83%，系統(tǒng)效率提高3.64%，綜合節(jié)電

從圖2對(duì)比可以得出，應(yīng)用超高分子量聚乙烯內(nèi)襯管，功圖上載荷線下移，平均下降1.45 kN，下載荷線上移，平均上升2.18 kN，分析認(rèn)為，這是由于摩擦系數(shù)下降，使抽油桿與油管之間的摩擦阻力下降，示功圖面積減小，從而達(dá)到了節(jié)能效果。

3 結(jié)論

超高分子量聚乙烯加工內(nèi)襯管，具有易加工、對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。該材料具有低摩擦、高耐磨性和良好的自潤(rùn)滑等優(yōu)點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)井對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同工作參數(shù)、舉升介質(zhì)條件下，使用超高分子量聚乙烯內(nèi)襯管與普通油管、抽油桿安裝扶正器對(duì)比，可降低能耗，提高系統(tǒng)效率。

[1]龔國(guó)芳，楊華勇，傅新，等.UHMWPE/Kaolin復(fù)合材料的物性研究—機(jī)械性能、耐磨性及其相關(guān)關(guān)系[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2003（3）：299-302.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.11.005

2016-05-06

（編輯 杜麗華）

林冬，工程師，2003年畢業(yè)于東北石油大學(xué)（石油工程專業(yè)），從事采油生產(chǎn)工作，E-mail:Lindong_a@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市薩爾圖區(qū)中七路114號(hào)工程技術(shù)大隊(duì)，163001。