超高分子量聚乙烯内衬复合油管制备工艺技术

高玉森，张爱华，常大胜，马贵全，季　峰，季　芳，唐国峰，张力勇

（1.大安鸿源管业有限公司，吉林白城131300；2.中国石油吉林油田公司，吉林松原138000）①

超高分子量聚乙烯内衬复合油管制备工艺技术

高玉森1，张爱华2，常大胜2，马贵全2，季峰1，季芳1，唐国峰2，张力勇2

（1.大安鸿源管业有限公司，吉林白城131300；2.中国石油吉林油田公司，吉林松原138000）①

超高分子量聚乙烯内衬复合管在采油作业中得到越来越广泛的应用。由于制备过程中超高分子量聚乙烯塑料管材产生内应力，在生产作业中失效时有发生。在超高分子量聚乙烯内衬复合油管制备过程中，采用合理工艺，规避内应力，可大幅降低故障率，延长超高分子量聚乙烯内衬复合油管的服役期。

超高分子量聚乙烯；复合油管；内衬；制备

油管在是石油工业中用量最大、花费最多的石油物资之一［1］。由于抽油杆在油管内不间断地往复运动，使油管损耗很大，当任何一个部位磨损超过壁厚12.5%时，油管就不能继续使用［2］，油管失效主要原因有腐蚀和偏磨［3］。为了延长油管服役期，有些油田开始使用超高分子量聚乙烯内衬复合管［4］。

粘均分子量大于150万份的聚乙烯（PE）称为超高分子量聚乙烯（UH MWPE）。U HMWPE具有耐磨损、自润滑、抗粘附、不结焦、卫生无毒等一系列优良的综合性能，在国外被授予“惊奇塑料”之称［5］。UHMWPE在石油开采领域的应用越来越广泛，美国在十几年前将U HMWPE应用在油管内做内衬，延长了油管维护周期，取得了良好的经济效益。在国内，U HMWPE内衬复合油管也在几年前开始制造和应用，但是由于UHMWPE内衬复合管在制备过程中没有很好地解决UH MWPE管材内应力消除问题，使其在采油作业中产生挤压凸起，影响抽油杆往复运动；或者UH MWPE内衬管拉断，产生大段油管裸漏，起不到对油管的保护作用，缩短了油管服役期［6］。因此，研究U HMWPE管材在复合油管的制备过程中产生应力的起因，以及规避应力的制备工艺是有积极意义的。

1　制备工艺

1.1 原材料选定

1） 随机指定经前几道工序处理合格的-73 mm油管（以下简称油管）8件，分别记为1＃～8＃，用钢字头在油管一端靠近螺纹处分别标记1～8，在钢管另一端靠近螺纹处分别标记01～08。

2） 用10 m钢卷尺测量8根油管全长，用－30～50℃温度计测得车间温度为10℃，油管在车间已经存放24 h以上。8根油管长度如表1。

表1　测量的油管长度　mm

3） 取全长9.6 m超高分子量聚乙烯内衬管（以下简称超高管）8根，并在室温下用10 m钢卷尺验证其真实长度，然后用标记笔在超高管外侧以一端为0开始每隔1 m做1个记号。

1.2 装管工序

1） 利用生产线上缩径装管机将超高管在油管标记有01～08一侧装入油管内，超高管从设定“0”端开始。

2） 利用0～30 A高精度电流表和内衬管上的标记记录生产过程数据。

3） 超高管装入油管后形成复合管。

1.3 复合管内应力消除

1） 复合管形成10 min内用300 mm钢板尺对超高管相对油管两端余量进行测量，如表2。

表2　10 min内的超高管相对油管两端余量　mm

2） 复合管形成10d内，每间隔12h，在车间10℃环境下对超高管相对油管两端余量用300mm钢板尺进行测量，如表3。

表3　每间隔12h超高管相对油管两端余量mm

3） 根据表3数据分别计算出装管入口端和装管出口端收缩率。

式中：ηg为超高管收缩率，%；L0为原来长度，mm；LN为收缩后长度，mm。

4） 根据式（1）计算数值绘制收缩曲线，如图1。

由图1可知：超高管在装入油管后开始收缩，在168 h后基本稳定，复合管单端翻边成型也在168 h之后。

图1　复合管收缩曲线

2　复合管模拟井下膨胀试验

复合管模拟井下膨胀试验分为热水膨胀试验和油侵膨胀试验2部分。

2.1 热水膨胀测试

1） 复合管内应力消除后，将出口端通过管端翻边机进行翻边作业，然后将所述翻边端装配管箍，并在管箍的另一端装配短节。

2） 将复合管入口端的超高管伸出油管部分截掉，与油管口对齐。如图2。

图2　复合管结构

3） 将8根复合管侵入85～90℃热水槽中，用0～200℃温度计监控水温，72 h后起出，立即测量油管长度和超高管伸出长度，数值如表4。

表4　热水膨胀后的油管长度和超高管伸出长度　mm

4） 测量超高管伸出长度后，立即将超高管伸出部分截掉，使其与油管端面平齐。

5） 在车间温度10℃情况下放置24 h后测量超高管缩入油管长度。

6） 将测试复合管移至室外，在冬季－10～－25℃环境下，放置24 h，然后测量超高管缩入油管长度。

7） 根据以上数据绘制超高管伸缩范围，如图3所示。

图3　超高管伸缩范围

图3反映出不同温度的存放可以导致超高管缩入油管的程度，生产时需要根据不同季节预留相应尺寸。

2.2 油侵膨胀测试

1） 用游标卡尺测量外形尺寸为100 mm×20 mm×3.8 mm的聚乙烯塑料测试块3个。3个试块长宽高尺寸尽量一致。其分子量分别为150万份、75万份、10万份，并依次标注为A、B、C.

2） 将油浴槽加入足以侵没3个试块的原油，放入恒温箱；同时将所述3个试块放入恒温箱油浴槽外（注意：这一步不能放入浴油槽内）。

3） 将恒温箱定温90℃，达到温度后恒温1 h。

4） 打开恒温箱前1～2 min，再测量3个试块长度，并做好记录。

5） 将3个试块侵入原油中，经过24 h打开恒温箱，立刻测量3个试块长度，并做好记录。然后将3个试块重新侵入原油中。

6） 再次经过24 h打开恒温箱，立刻测量3个试块长度，并做好记录。

7） 根据以上数据，按照式（2）计算出24、48 h试块油侵膨胀率。

式中：ηs为试块油侵膨胀率，%；L01为原长度，mm；Lm为油侵膨胀后的长度，mm。

8） 油侵膨胀量如图4所示。

图4　油侵膨胀量

由图4可知：聚乙烯塑料分子量达到150万份，在生产复合管截取多余部分超高管的时候，可以不考虑油侵膨胀，而达不到150万份的必须考虑。

3　结论

1） 超高分子量聚乙烯内衬管装入油管过程中，由于装入力是不同的，因此油管两端超高管伸出和留出部分收缩率是不同的。

2） 超高分子量聚乙烯内衬管在装入油管后开始收缩，在168 h后基本稳定，复合管单端翻边成型也在168 h之后。

3） 复合管在井下高温时会产生膨胀，为消除膨胀产生的应力，在截取多余超高管时应该留有余量。

4） 在油管内加装聚乙烯内衬，选用分子量150万份以上的UH MWPE比较理想。在制备中，只要按照合理工艺就可以有效规避内衬管应力。

［1］ 世交齐，解学东.油井管的技术发展现状与质量控制［J］.石油化工，2006（10）：62-63.

［2］ GB/T 19830—2005，石油天然气工业油气井套管或油管用钢管［S］.

［3］ 刘功农.简论油管修复生产线的技术改造［J］.石油矿场机械，2004，33（6）：123.

［4］ 吴丽萍，吴胜凯，王玉新.不同管材在油田水处理装置中的应用对比分析［J］.石油矿场机械，2009，38（9）：80-83.

［5］ 吴丹，方立明.超高分子量聚乙烯加工中的亚稳性现象研究［J］.工程塑料应用，2009，37（2）：32.

［6］ 王海文，杨峰，赵辉，等.油管中塑料内衬管的伸长原因及控制措施［J］.石油矿场机械，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，主要从事石油机械装备研究，E-mail：13039365643＠126.com。