注水管防腐技術在青海油田的應用

王建輝

（青海油田公司　井下作業公司　，青海　海西816499）①

注水管防腐技術在青海油田的應用

王建輝

（青海油田公司井下作業公司，青海海西816499）①

針對青海油田注水管腐蝕的問題，提取適合青海油田特殊地區使用的工藝參數，采用高密度聚乙烯（HDPE）或超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料通過特殊工藝可靠地襯在油管內部。研發具有知識產權的翻邊模具，通過創新地面結合性試驗方法，攻克基管與內襯管夾層進水的問題，為有效治理油田油井偏磨、水井腐蝕和結垢提供了技術保障。

油管；內襯；高密度聚乙烯；超高分子量聚乙烯；試驗

內襯抗磨、抗腐蝕油管是將高密度聚乙烯（HDPE）或超高分子量聚乙烯（U HMWPE）材料通過特殊工藝可靠地襯在油管內部，襯層可以減少抽油桿與油管管壁的摩擦從而降低管桿磨損，減少油管內壁的腐蝕，將管桿系統的使用壽命提高3倍以上，其壽命是普通油管的4～5倍，高溫管長期工作溫度可達130℃。

1　技術分析

1） 高密度聚乙烯與超高分子量聚乙烯材料在性能方面的區別。二者材料的區別主要是分子量、斷裂伸長率、耐磨性能、抗沖擊性能的不同，其中高密度聚乙烯（HDPE）的分子量通常在10～50萬分子量，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的分子量通常在100～500萬分子量。在使用中，高密度聚乙烯（HDPE）作為防腐型為主，耐輕量磨損；高分子量聚乙烯（UHMWPE）以耐磨性為主，耐磨損性比碳鋼高4～7倍，同時抗沖擊性能優良，優良的耐低溫性，在液氦溫度（－269℃）下仍具有延展性、優良的抗內壓強度、耐環境應力開裂性、抗快速開裂性，廣泛應用于礦山礦漿輸送，抽沙疏浚等具有磨損性的砂漿輸送工程［1］

2） 高密度聚乙烯與超高分子量聚乙烯材料在加工方面的區別。現場試驗證明，高密度聚乙烯材料熔融時呈粘流態，從口模擠出后立即下垂（如圖1所示），不易引管。而熔融的超高分子量聚乙烯材料，從高溫口模擠出時具有一定的“熔融剛度”，并不是馬上下垂，呈半透明固體狀水平向偏下方向前移動，表現為高粘彈態（如圖2所示）。由此可知，超高分子量聚乙烯材料熔融時是粘度極高、流動極差的特殊熔體。

圖1　高密度聚乙烯擠出形態

圖2　超高分子量聚乙烯擠出形態

2　試驗情況

2．1 高密度聚乙烯

20131124—20140424，青海油田注水管防腐工程基礎建設完成，進入現場試驗階段，先后使用不同比例的高密度聚乙烯HDPE5000s、線型低密度聚乙烯DFDA7042、AHPT168X改性材料，后變更為由為HDPE、LCP、UPE、PA11、納米塑料添加劑、顏料等組成的復合材料，試驗25次，現場提取數據記錄78413條，分析如下：

1） 試驗用高密度聚乙烯復合材料性能不穩定［2］，缺少關鍵性支撐材料，成品內襯管受外界環境變化影響較大。廠房內溫度13℃，廠外多云，溫度3～5℃，編號為031612試驗樣本翻邊12 h后公扣端伸出4．7 mm，母扣端縮回15．6 mm，如圖3。

圖3　成品內襯管受外界環境變化的影響

2） 試驗用高密度聚乙烯復合材料反彈效果明顯，與油管貼合緊密，但材料性能不穩定，數據變化無規律可循。從試驗樣本011786間隔48 h后的管壁內部收縮反應（如圖4）可以看出內襯管膨脹形成一正方形圖形，檢查該樣本油管外壁發現有疑似液壓鉗或擰扣機牙鉗作用形成的對應的4個深槽。

圖4　管壁內部收縮

3） 地面熱煮池模擬井內90℃熱煮試驗，內襯管管端有伸縮現象，無法滿足技術協議耐高溫130℃的設計要求。編號031704本經過油管加熱箱90～100℃加熱16 h后，一端伸出2．1 mm，一端伸出1．8 mm，如圖5。

圖5　內襯管管端的伸縮現象

4） 現場擠出機設備無法滿足生產合格內襯管外徑650－0．2 mm的要求。所生產內襯管外徑小于63．5 mm，壓縮記憶恢復空間受限，按照比例將定徑套擴大到66 mm，所生產的內襯管外徑仍然小于64 mm，按照73 mm（2英寸）油管內徑62 mm計算，反彈空間只有1．5～2．0 mm，依然無法滿足技術要求。

上述試驗表明高密度聚乙烯復合材料不能滿足油田現場的要求。

2．2 超高分子量聚乙烯

201407，在前期試驗的基礎上，對現場的擠出機設備進行更換，同時將生產原材料更換為超高分子量聚乙烯樹脂。

1） 通過恒溫箱溫度試驗，取得最佳的恒溫箱加熱溫度參數。恒溫箱設置溫度65℃，加熱2h后進行翻邊工藝，隨后進熱煮池110℃熱煮12h，外界放置20d進行拉拔試驗（如圖6），拉拔出后觀察到內襯管管端40～100 cm有水。內襯管在溫度65℃，加熱2h的情況下達不到反彈效果，不適合做狀態調節參數。通過逐步調整加熱溫度和時間，測量參數的變化規律，觀察試驗效果，逐步探索出90～95℃，1．5～2．0 h為最佳恒溫箱加熱溫度和時間范圍。

圖6　拉拔試驗

2） 通過現場試驗，更換翻邊加熱圈，增加加熱自動勻速旋轉裝置，研發了封頭翻邊模具，攻克烘邊后翻邊多余量的排出問題，也解決了翻邊不飽滿，無法翻邊到油管梯度第1螺紋位置，無支撐力的問題。如圖7。

圖7　翻邊效果

3） 通過數據測量、分析總結，攻克內襯管狀態調節時間參數，冬季72～120 h，夏季48～72 h，為不同季節大批量生產合格產品提供了質量保證。

4） 通過調整壓縮縮徑輪比例，攻克內襯管與基管夾層進水技術難題，保證了入井內襯油管的質量，如圖8。

圖8　調整壓縮縮徑輪加壓35 MPa拉拔過程

1．3 地面靜態加壓

為了驗證內襯管的承壓能力和變形情況，對內襯管進行地面加壓試驗，如圖9。試驗樣品是將長度9．75 m內襯管兩端分別穿1．5 m的油管短節，進行翻邊，內襯管露出6．75 m左右。將翻邊好的試驗樣品一端連接絲堵，一端連接轉換接頭，進行地面注水打壓試驗，當壓力上升到2．14 MPa時，可以明顯觀察到油管短節公扣端內襯管和中間部分有明顯的形變，在加壓過程中，由于塑料變形的物理特性，內襯管不斷注水，壓力上升緩慢，當壓力達到2．56 MPa時，內襯管從中間部位爆裂，由此試驗可以證明，內襯管穿管用基管必須有一定的壁厚要求，對于偏磨嚴重的油井油管必須經過詳細的工藝檢測才可以使用［3］。

圖9　地面靜態加壓試驗

密封機構的特點內襯管穿管用基管，必須滿足符合GB／T19830的規定，襯入內襯管前，應確保基管內外壁潔凈，內壁不含油污、鐵銹，外壁無凹陷深槽，油管螺紋無損壞［4-5］。并且滿足以下要求：

1） 用于穿管的基管必須經過高壓內清，應確保基管內、外壁潔凈，內部不含油污、鐵銹或腐蝕塊，內徑滿足《標準油管和API不加厚、外加厚及整體接頭油管》的規定內徑要求。

2） 清洗干凈的基管必須經過漏磁探傷檢查，壁厚≥3 mm。

3） 探傷合格的基管必須通過油管試壓機進行靜水壓試驗，試壓壓力21 MPa，穩壓10 s，油管本體、螺紋、接箍不刺不漏為合格。

通過一系列的試驗，內襯管外徑滿足73 mm （2英寸）油管要求的650－0．2 mm和88．9mm （3英寸）油管要求的790－0．2 mm，徑向收縮率是徑向延長率的60%～80%，同時縱向收縮率是縱向延長率的60%～80%，且成正比關系，成品不受室外環境變化等技術要求。

3　下井試驗情況

切16-14-3井于2013-06補孔轉分注，2014-0521驗封，二、三封不密封，四封在四配位置遇阻無法判斷，2014-08-13入井防腐內襯管195根，井底最高溫度為60℃，30MPa坐封成功，201410驗封正常。

切12-8-10井201207轉注作業，2013-10換封作業，201403換封作業，此次施工因為二、三封不密封，井底最高溫度為65℃，20140814入井防腐內襯管196根，井底最高溫度為65℃，23 MPa坐封成功，2014-10驗封正常。

躍新35井注水井200908轉注分注作業，201405帶壓解封作業失敗，201406大修作業中進行MIDS測井，該井本次安排進行大修作業，進行取換套，恢復該井正常注水。但該井在作業中套管拔不動，無法繼續進行取換套作業，故取消對該井的取換套工序，變更為直接下混注管柱完井。20140820入井防腐內襯管363根，目前生產正常。

躍5630井于200801補孔轉注，20140617驗封，一封密封嚴，二、三封封隔器密封均不嚴，20140911入井防腐內襯管164根，目前生產正常。

躍14-7井1994-03轉注，2011-07混注作業后至今未動管柱，為避免長時間不動管柱造成大修，進行檢管作業，2014-09-15入井防腐內襯管164根，目前生產正常。

4　注意事項

1） 內襯油管使用量和位置的確定。對需要上內襯油管的油井確定偏磨出現的位置。上提油管作業時，在井口進行無損探傷檢測，確定出現偏磨的井段，配套內襯油管一般要大于偏磨段100 m。

2） 內徑減小后對油井排量的影響。采油井使用內襯油管防偏磨，由于內徑縮小，致使抽油桿接箍外徑與油管內徑很接近，活塞效應增大，應將部分管段用88．9 mm（3英寸）油管代替73 mm（2英寸）油管，保證實際環空不減小，以降低對油井排量的影響。

3） 內襯油管內徑縮小，配套的抽油桿和泵徑需要進行相應調整。

5　結論

通過現場不斷的試驗，積累了豐富的試驗數據和經驗，提取到適合青海油田特殊地區使用的工藝參數，創新內襯油管試驗方法、內襯油管短節加工方法，完善縮徑穿管、恒溫定型、封頭翻邊工藝設計，研發具有知識產權的翻邊模具，通過創新地面結合性試驗方法，攻克基管與內襯管夾層進水的問題，為有效治理油田油井偏磨、水井腐蝕和結垢提供了技術保障，推進了油田業務的長效發展。

［1］ 劉英，劉萍，陳成泗，等．超高分子量聚乙烯的特性及應用進展［J］．國外塑料，2005，（11）：3640．

［2］ 王海文，趙雷，楊峰，等．HDPE內襯油管防治抽油機井桿管偏磨研究［J］．石油礦場機械，2008，37（02）：7477．

［3］ 劉漢成，郭吉民，謝江，等．基于三維井眼軌跡的內襯管防偏磨技術研究［J］．石油礦場機械，2014，43（04）：1216．

［4］ 張學東．抽油機井油管判廢技術研究［D］．大慶石油學院，2009．

［5］ 史春軒，趙中華，張新杰，等．注水井管柱腐蝕分析及防護措施的應用［J］．石油礦場機械，2006，35（03）：8789．

TE934．1

B

10．3969／j．issn．1001-3842．2015．09．023

1001-3482（2015）09-0089-04