超高分子量聚乙烯內(nèi)襯油管特性試驗

林冬 （大慶油田有限責任公司第一采油廠）

超高分子量聚乙烯內(nèi)襯油管特性試驗

林冬 （大慶油田有限責任公司第一采油廠）

為驗證超高分子量聚乙烯內(nèi)襯油管在礦場應用節(jié)能效果，在標準井進行了對比試驗，在相同工況下錄取了產(chǎn)液量、液面深度、電動機能耗數(shù)據(jù)，得出了綜合節(jié)電14.27%～18.81%的試驗結果。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滑特點。

標準井；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，具有很高的強度和硬度，在油田生產(chǎn)過程中發(fā)揮了巨大的作用。隨著油田驅替方式的多樣化和定向斜井數(shù)量的增加，致使桿、管偏磨、結垢、腐蝕問題更加突出。據(jù)統(tǒng)計，造成桿、管偏磨、結垢、腐蝕檢泵井數(shù)占油田油井作業(yè)總數(shù)的30%左右。隨著三次采油規(guī)模的不斷擴大，給機械采油帶來以下幾方面問題：采出液見聚濃度逐漸上升，水驅全面見聚，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)維護成本較高；井筒結蠟，造成桿柱負荷增加，影響生產(chǎn)管柱運行壽命的同時，能耗上升；三元復合驅機采井結垢卡泵嚴重，檢泵周期相對較短，依靠化學清防垢費用高，物理防垢技術還不成熟。通過對油管加裝高分子量聚乙烯內(nèi)襯管，較好地解決了上述問題。勝利油田應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天延長至587天，延長了5倍，熱洗周期延長了2倍。吉林油田應用100×104m，偏磨井檢泵周期由185天延長到658天，延長了2.6倍，熱洗周期延長了2.5倍。大慶油田目前也應用了將近150口井，對此，開展了超高分子量聚乙烯內(nèi)襯油管在標準井對比試驗。

1 內(nèi)襯油管的特性

應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），在無潤滑劑的情況下，與金屬表面相對滑動時，不會引起黏著磨損現(xiàn)象。

2）耐沖擊性。根據(jù)GB/T 1843—2008《塑料懸臂梁沖擊強度的測定》，對超高分子量聚乙烯和幾種工程塑料的耐沖擊性能進行測試，結果表明超高分子量聚乙烯材料的耐沖擊強度是最高的（圖1）。

圖1 沖擊強度試驗數(shù)據(jù)

3）高耐磨性。東北石油大學對該材料進行的室內(nèi)實驗得出：在對偶面為抽油桿的干摩擦時，磨損量由無內(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，有良好的自潤滑性和超低附著性大幅度降低結垢，實現(xiàn)免酸洗除垢。

5）高耐腐蝕性。超高分子量聚乙烯分子結構的對稱性和化學鍵的飽含度使其具有優(yōu)良的耐化學品性能。分子結構穩(wěn)定性極高，無電化學腐蝕，耐多種化學介質侵蝕[1]，見表1。

6）高韌性。超高分子量聚乙烯管材拉伸伸長率大于300%，當應用環(huán)境發(fā)生沉降時，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)了該材料對工作環(huán)境的適應性，而低摩擦和高耐磨性則體現(xiàn)了該材料具有良好的自潤滑功能。率達到14.27%；動液面480 m時，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，綜合節(jié)電率18.81%。

將動液面480 m前后對比測試的示功圖放在同一坐標系內(nèi)進行對比，見圖2。

圖2 動液面480 m示功圖對比

表1 多種化學介質60℃下侵蝕情況

2 試驗效果

試驗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，使用同一臺抽油泵，泵徑57 mm，沖程3 m，沖速5 min-1不變，舉升介質為清水。試驗過程中，分別對動液面240 m和480 m時的產(chǎn)液、耗電、示功圖進行對比測試，并計算系統(tǒng)效率，結果見表2。

表2 標準井對比試驗效果

對比試驗結果表明，試驗前后產(chǎn)液無明顯變化，動液面240 m時，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對比可以得出，應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，從而達到了節(jié)能效果。

3 結論

超高分子量聚乙烯加工內(nèi)襯管，具有易加工、對工作環(huán)境的適應性強的特點。該材料具有低摩擦、高耐磨性和良好的自潤滑等優(yōu)點。標準井對比試驗結果表明，在相同工作參數(shù)、舉升介質條件下，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比，可降低能耗，提高系統(tǒng)效率。

[1]龔國芳，楊華勇，傅新，等.UHMWPE/Kaolin復合材料的物性研究—機械性能、耐磨性及其相關關系[J].浙江大學學報：工學版，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（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號工程技術大隊，163001。