油井内衬管道

一、应用前景：   

    国润牌石油管道专业为石油做为能源工业的特殊产品，在我国当今国民经济结构中，起着重要作用。由于环境、土壤、输送介质等因素的影响，造成管线磨损、腐蚀破漏，甚至管线报废，这样需要对管道进行修复或局部更换。磨损与腐蚀是造成石油工业中金属管道破坏的主要原因之一，它大大降低了管道的使用寿命，增加了石油生产成本。随着油田的滚动开发，油田产出液逐渐进入中、高含水期，油气集输管网中腐蚀问题就越来越严重，严重影响到了采油的安全生产。内衬高分子油管是在钢制普通油管内衬一层特种聚乙烯管，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，同时由于所研制的高分子管摩擦系数较低，还可降低油井光杆负荷、抽油杆柱底部应力，延长抽油杆柱的寿命。

二、性能特点：

    超高分子量聚乙烯（UHMWPE）内衬油管是在钢制普通油管内衬一层超高分子量聚乙烯（UHMWPE）管材，采用专用技术使衬管与钢制油管紧贴在一起，形成“管中管”结构。这种内衬油管不仅可以解决油管偏磨、腐蚀、结腊等难题，同时由于其摩擦系数较低，还可降低油井光杆负荷、抽油杆柱底部应力，延长抽油杆柱的寿命。

    超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料是一种新型超分子高分子材料，是聚合物的全面提升，它能够在外力的作用下，通过材料内部结构的改变而伸缩、弯曲、束紧或膨胀，和生物肌肉相似，这种具有形状记忆功能和自我修复功能的智能绿色材料，应用前景非常广阔。

    超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料，通过专用设备与特殊工艺制造的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）内衬油管，具有自感知和记忆及自我修复的功能；

    超高分子量聚乙烯（UHMWPE）内衬油管具有膨胀后进行收缩，收缩后随之膨胀放松的特性，确保衬管紧密贴合在钢制油管的内表面，而无需任何粘结剂；

    随着采油井深度增加和温度与压力的上升，可自适应油井温度[1]变化和应力变化导致的油管伸缩变形而仍然保证衬管与钢制油管端部的密封。

    超高分子量聚乙烯（UHMWPE）内衬油管是抗磨、抗腐油管的全面升级产品，可长期在地下复杂、恶劣的环境中使用。

三、技术指标：

3.1 外观要求

 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）内衬管外表面应光滑、无裂纹、无空洞等质量缺陷。

3.2 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）内衬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。

四、 配套设备：

4.1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。

4.2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。

4.3管端翻边机

保证内衬管端紧贴钢制油管端部。

五、 内衬工艺要求

5.1热膨胀内衬工艺

确保内衬管与油管结合力：拉出力≥20kN

5.2 内衬翻边工艺

实现油管端部密封：密封压力≧20MPa

5.3内衬工艺操作要点

  5.3.1油管必须清洗干净；

  5.3.2利用缩径机将内衬管适量缩径；

  5.3.3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；

  5.3.4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。

六、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）内衬油管应用范围

1、采油井：适用于油管偏磨、结腊、腐蚀严重、抽油杆故障率高、结垢的油井。

2、注水井：适用于腐蚀、结垢严重的注水井。

3、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。

4、腐蚀性气井：适用于有H2S和CO2气体腐蚀的气井。

5、海上油井：超长寿命可以降低海上采油成本。

七、超高分子量聚乙烯（UHMW PE）材料的特点及应用
    超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种分子量达数百万的特种聚乙烯材料，极高的分子量使得它同众多的聚合物材料相比具有无可比拟的优势：

1、摩擦系数小（0.1-0.22），相当于冰-冰之间的摩擦；

2、有自润滑性、抗结垢性、输送能耗低；

3、耐磨耗性居塑料之首。是碳钢的6.6倍，不锈钢的5.5倍，黄铜的27.3倍，尼龙66的6倍，是耐磨输送管道理想材料；

4、抗应力开裂能力为高密度聚乙烯（HDPE）的200倍、交联聚乙烯（XLPE）的4倍；

5、耐低温性能好，在零下269摄氏度时仍然具有韧性；

6、耐化学药品性好。在室温下不溶于任何有机溶液，耐多种盐类溶液的腐蚀，除某些强酸在高温下对其有轻微的腐蚀外，在其他的碱液酸液中不受腐蚀；

7、无毒、无味、卫生性好，被美国FDA认为是与食品接触安全性的材料。

8、长寿命。在自然光照下，其老化寿命为50年以上，是目前世界上最好的一种可代替生铁和碳钢的塑料。

具有诸多优良特性的UHMWPE在日用、工业、文体、交通运输、国防、机械、纺织、造纸、矿业、农业、化工等领域作为大型防护容器和管道的应用最为广泛。以这种材料制作的管材、料仓等在电厂粉煤灰输送；河道及海湾清淤输沙、水泥、石灰输送及水煤浆管道输送等领域比传统塑料和金属管材具有明显优势和巨大的市场前景。

八、超高分子量聚乙烯内衬油管技术可行性分析报告

1．聚乙烯(PE)原料方面的主要进展

1989年，比利时SOLVAY公司开发了第三代聚乙烯（PE）管材树脂，该材料具有双峰型分子量分布，结构上与第二代中密度聚乙烯（MDPE）管材树脂显著不同。双峰型树脂较单峰型树脂性能上的进步主要体现在如下几个方面：优异的慢速裂纹增长抵抗能力，卓越的快速裂纹扩展抵抗能力和较好改善了刮痕敏感度，以及具有较高的刚度，成为聚乙烯(PE)管材料发展的亮点。

第四代聚乙烯（PE），高密度聚乙烯（HDPE）管材树脂是通过PE交联实现的，其可使PE管在壁很薄的情况下耐更高的压力。交联聚乙烯（PE）管材树脂的成本比传统的PE成本高5倍。

第四代聚乙烯（PE）新型管材树脂（双峰乙烯—已烯共聚物）在物理性能上超过所有第三代树脂，具有卓越的耐慢速裂纹生长和耐快速开裂扩展性能，并且是第一个耐性超过已烯共聚中密度聚烯材料的高密度材料，比第三代聚乙烯（PE）管材树脂具有更均匀的挤出性能。

 聚乙烯（PE）是最常用的高分子材料，第一个合成高分子材料，是1909年报道的美国Baekeland发明的酚醛树脂。1920年，德国科学家Staudinger提出高分子的长链分子概念后，开始了用化学合成的方法大规模制造合成高分子材料的时代。1935年，英国帝国化学公司（ICI）开发出高压聚乙烯（PE）树脂因其极低的介电常数而在第二次世界大战期间用作雷达电缆和潜水艇电缆的绝缘材料。1940年，美国杜邦公司（Du Pont）推出尼龙纺织品(如尼龙丝袜),因其经久耐用而在当时的美国和欧洲风靡一时,而尼龙66纤维制造的降落伞,更是大大提高了美国军队在第二次世界大战中的作战能力。
    第五代超高分子量聚乙烯（UHMW PE）智能结构材料，材料智能化是未来各类材料发展的方向。智能材料是指材料的作用和功能可随外界条件的变化而有意识的调节、修饰和修复，高分子材料中长链分子的丰富构象变化及较弱的分子链间相互作用，赋予高分子材料以自适应性。高分子表现出的其结构、作用和功能随外界环境而变化的物质特征，是智能材料应用的基础。已经知道无论是最大的力学载荷的传递，还是最快的功能信号的传递，都是沿着高分子的链轴方向，因此掌握外场存在下分子链的取向和聚集，实现外场方向与分子链取向和聚集的同步变化，则能在不同方向和不同层次上调节和发挥高分子结构材料的功能和性质，使其表现出智能性。

第五代超高分子量聚乙烯（UHMW PE）智能材料，是一种仿生科学高分子聚合物材料。20世纪70年代中期，美国科学家Heeger，MacDiarmid和日本白川英树发现改变了高分子只能是绝缘体的观念，在塑料导电研究领域取得突破性的发现，具有光、电、磁活性的导电聚合物成为对物理学家和化学家都具有重要意义的研究领域。导电聚合物在发光二极管、太阳能电池、移动电话和微型电视显示装置等领域不断找到新的用武之地。

2．内衬UHMW PE抗磨、抗腐油管的发展：

内衬聚乙烯（PE），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。

内衬UHMW PE抗磨、抗腐油管是于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UHMW PE内衬油管。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内衬UHMW PE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。

3．内衬UHMW PE /EXPE抗磨抗腐油管的查新报告

   (1) 有较多文献（主要是美国石油文摘）报道了内衬超高分子量聚乙烯油管在有杆泵井中的应用情况及应用效果。内衬超高分子量聚乙烯油管及接箍的应用降低了管杆的磨损及摩阻，并且有良好的防腐效果，有效地减少了管杆磨损和断脱。加拿大的Wise Wood公司报导了该公司已生产内衬超高分子量聚乙烯油管。美国的Texas油气制造商刊（Producer New April 2002）报道了内衬超高分子量聚乙烯油管用于有杆泵井，检泵周期从112天增加到1500多天，作业费用从9600＄年下降到1100＄/年。Western Falcon报道了内衬超高分子量聚乙烯油管用于有杆泵井达1200多口，注水井1000多口。

 SPE（SPE39815）报道了在德克萨斯克伦MCElroy油田的17口抽油井中安装了内衬超高分子量聚乙烯油管，不但减少了因抽油杆与油管间的摩擦造成的磨损；而且使密封系统降低了因油管腐蚀而造成的故障。试验结果显示，有杆泵平均运行时间大约增加了400%，包括故障在内运行时的增幅也超过了300%。试验油井的平均故障率也从原来的4.3大幅降至0.59。此外，旧油管还可有效地继续使用。

(2) 有文献报道了内衬超高分子量聚乙烯油管及接箍用于注水井注水，有效避免了盐水及其它腐蚀液体造成的腐蚀损害。也可以制成连续油管节约作业时间及费用。目前加拿大W.exas公司有20口井应用了内衬超高分子量聚乙烯油管,今后可能扩大应用井数.Western Falcon报道了内衬超高分子量聚乙烯油管用于注水井达1000多口。内衬超高分子量聚乙烯油管可重复使用期，基本不需要维修费用。

(3) 美国专利（US.patent005511619A）介绍了将耐磨聚合物内衬在油管柱中,以降低管柱和杆柱以及管柱和杆柱接箍的磨损.聚合物内衬是一种挤压成型的聚合物材料,密度高、抗磨且摩擦系数比金属柱低，如超高分子量聚乙烯。

(4) 内衬超高分子量聚乙烯油管，是20世纪90年代初期开发出的一项新工艺技术、生产出的管材防腐、耐磨、性能优良。20世纪90年代中后期大量推广应用。从报道的内衬超高分子量聚乙烯油管的使用效果和使用规模以及应用井数扩大趋势看，内衬超高分子量聚乙烯油管的生产技术和应用技术已成熟。

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