超高分子量聚乙烯內襯油管特性試驗

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襯油管在礦場應用節能效果，在標準井進行了對比試驗，在相同工況下錄取了產液量、液面深度、電動機能耗數據，得出了綜合節電14.27%～18.81%的試驗結果。為了分析節能原理，從聚乙烯內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，在油田生產過程中發揮了巨大的作用。隨著油田驅替方式的多樣化和定向斜井數量的增加，致使桿、管偏磨、結垢、腐蝕問題更加突出。據統計，造成桿、管偏磨、結垢、腐蝕檢泵井數占油田油井作業總數的30%左右。隨著三次采油規模的不斷擴大，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，生產維護成本較高；井筒結蠟，造成桿柱負荷增加，影響生產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襯油管在標準井對比試驗。

1 內襯油管的特性

應用超高分子量聚乙烯內襯油管能否取得節能效果，就要了解該材料的基本特性。它的主要基本特性表現在6個方面：

1）低摩擦。超高分子量聚乙烯內襯管的摩擦系數為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象。

2）耐沖擊性。根據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 沖擊強度試驗數據

3）高耐磨性。東北石油大學對該材料進行的室內實驗得出：在對偶面為抽油桿的干摩擦時，磨損量由無內襯的4.026×10-6cm3/m降為有內襯管的0.677×10-6cm3/m，內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良的耐化學品性能。分子結構穩定性極高，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%，當應用環境發生沉降時，管體及接頭不易開裂。

高韌性主要體現了該材料作為油管內襯的易加工特性，高防垢性、高耐腐蝕性、耐沖擊性主要體現了該材料對工作環境的適應性，而低摩擦和高耐磨性則體現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%，系統效率提高6.04%點，綜合節電率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；第二種是下入超高分子量聚乙烯內襯管，抽油桿不安裝扶正環。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時的產液、耗電、示功圖進行對比測試，并計算系統效率，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%，系統效率提高3.64%，綜合節電

從圖2對比可以得出，應用超高分子量聚乙烯內襯管，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，從而達到了節能效果。

3 結論

超高分子量聚乙烯加工內襯管，具有易加工、對工作環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點。標準井對比試驗結果表明，在相同工作參數、舉升介質條件下，使用超高分子量聚乙烯內襯管與普通油管、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年畢業于東北石油大學（石油工程專業），從事采油生產工作，E-mail:Lindong_a@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市薩爾圖區中七路114號工程技術大隊，163001。