超高分子油管内衬管可行性实施报告

1、超高分子聚乙烯油管衬管可行性研究报告东营华耐石油科技有限责任公司2015 年 8 月目录1 概述 02 油田油管使用现状 03 国外发展现状及存在问题 14 华耐生产的超高分子聚乙烯油管衬管 24.1 超高分子聚乙烯油管衬管 24.1.1 管材材料研究 . 24.1.2 衬油管工艺简介 . 24.2 超高分子聚乙烯油管衬管性能优势 34.2.1 优良的耐磨性 . 34.2.2 优良的耐腐蚀性 . 34.2.3 优异的自身润滑性和不粘性 . 34.2.4 高抗冲击性 . 44.2.5 优良的柔韧性 . 44.2.6 优良的耐温性 . 44.3 应用效果 44.4 产品用途 74.4.1 旧油管的

2、修复 . 74.4.2 新油管的衬 . 74.4.3 其他用途 75 油管衬生产工艺介绍 75.1 油管的选用 75.2 衬管材的选用 . 85.3 衬管生产作业线技术指标 . 85.4 衬管等径压缩并穿插进入油管 . 85.5 衬油管热处理 . 95.6 衬管端部处理 . 95.7 管材成品 96 经济效益 96.1 单井效益 96.2 综合效益 错误! 未定义书签。6.3 市场前景 101 概述油管，是油田生产企业大量使用于油、水井的钢制管道，属于大 宗的基本生产物资。 随着油田开发建设进入高含水时期， 影响石油开 采成本的主要因素是短命井，采油井油管的偏磨、腐蚀和结垢（杆管 偏磨、杆断、

3、管漏）导致油井停产、减产。因杆管偏磨造成报废占油 管年总用量的 1/6 以上，造成巨大的资源浪费和生产成本增加。基于以上情况， 华耐公司开发的高分子聚乙烯油管衬管具有防腐 蚀，防油井结蜡、油水井结垢等特点，可广泛应用于油水井管柱。为了避免或降低油管磨损带来的损害， 将衬管材作为常规油管的 衬薄层， 提高油管的抗磨特性。 该产品可广泛应用于国外油田生产企 业，针对杆、管间磨损问题突出的单井，可在磨损严重的井段更换抗 磨复合油管，延长其井下生产周期，减少因此带来的躺井和作业，综 合提高油田生产效率和经济效益。2 油田油管使用现状在采油井中，由于含水上升，井身不正，管柱问题或是在斜井 / 水平井的造

4、斜段， 抽油杆及其接箍与油管壁发生刮擦， 造成油管破损 或抽油杆断脱，导致油井无法正常生产，给油田生产带来巨大损失。（1）油井生产周期缩短 由于油井管、杆的问题，油井无法正常生产，就必须停井进行修 理作业，在影响原油产量的同时，维护作业次数及费用也大幅上升。（2）增加了管、杆报废，管杆投入大幅增加据调查统计，因管杆偏磨年报废抽油杆达 98.8 万米，报废油管132.8 万米，由此增加的管、杆年投入费用达 1.8 亿元因此，油田企业亟需一种抗磨抗腐蚀的油管衬管解决严重的腐 蚀、磨损、结垢等难题！3 国外发展现状及存在问题针对油管使用过程中的发生的损害， 国外更多的是关注在腐蚀损 害方面，大致有两

5、种方式：一是采用金属隔离，即加衬金属衬管或金属镀层。（1）加衬金属衬管：采用不锈钢，铜合金材料等，预制成筒状， 通常采用爆燃加衬或轧制加衬方式与油管壁贴合，然后端部实施焊 接。经现场询问，当复合油管受到反复拉伸时，该产品衬层于油管易 开焊，影响使用。（2）金属镀层：一种是镍磷镀管。镍磷镀由于对管道表面质量， 如光洁度、清洁度等要求很高，实际上很难达到。镍磷镀对于使用多 年的旧管进行修复非常困难； 对于处理过的新管防腐镀膜层由于机械 性能指标较差，易导致镀锡层断裂、脱落，造成局部腐蚀，防腐周期 太短，目前不再大量使用。二是采用非金属隔离，即涂敷非金属涂层或加衬非金属管。（1）涂敷非金属涂层： 在

6、油管表加覆防腐涂层有一定的局限性， 在高温高压多相流的条件下，不论是喷涂、表面渗透、离子注入等， 因防腐膜层厚度很薄，仅为十几微米，涂层破损的概率很大，易发生 脱落，从而导致严重的局部腐蚀，且无法对旧油管进行修复。2）加衬非金属管：早先采用烧制陶瓷作为油管胆，但造价高，易崩裂，玻璃钢管和玻璃钢衬管耐温性差、成本也高。国最近有采用 衬普通HDPE已投入市场，国外检索发现已采用HDPE尼龙11和PPR衬管，主要用于抗油井酸性介质腐蚀。4超高分子聚乙烯油管衬管4.1超高分子聚乙烯油管衬管管材材料研究聚乙烯是通过乙烯（CH=CH）加成聚合而成，是由重复的-CH- 单元连接而成的，因其化学稳定性好、自润

7、滑性能高、低吸水率和良 好的绝缘性能而广泛应用于许多领域。但用于有杆泵井抗磨防腐，需 要对其抗磨性能、耐温性能、机械性能等方面进行提高和改进。经过不懈努力，通过改善分子结构和特种添加剂， 研究形成了性 能优异的聚乙烯新材料，它具有分子量高、分子链长、分子排列紧密 等特点（见下图），在兼顾抗磨耐温性能的同时，大大提高了抗拉性 能，保证弹性，非常适合油管衬管材的应用。普通聚乙烯松散高分子 链特种聚乙烯紧密高分子长链衬油管工艺简介本产品采用特种超高分子聚乙烯为原材料，经特定挤出工艺生产出适合油田使用的新型管材，采用隔离原理将其紧衬到油管，因其自身的高耐磨、抗腐蚀、耐高温、阻力小等特点，有效减轻抽油杆

8、与油 管壁的磨损和腐蚀，提高油管和设备的使用寿命。特种聚乙烯衬新材料出工艺抗磨防腐双重特性的油管4.2超高分子聚乙烯油管衬管性能优势421优良的耐磨性超高分子聚乙烯油管衬管最引人注目的一个特性就是它具有极高的耐磨性，是钢管的7-10倍，尼龙的3-4倍。其耐磨机理不是仅 靠它的硬度，而且还靠粘弹性和摩擦系数小来缓冲磨损。 超高分子聚 乙烯油管衬管是目前解决油井偏磨难题最有效的技术。优良的耐腐蚀性超高分子聚乙烯油管衬管稳定性极高，具有良好的耐化学腐蚀特性，除强氧化性酸液外，在一定温度和浓度围能耐各种腐蚀性介质（酸、碱、盐）及有机介质（萘溶剂除外），而且可在温度小于80C 的浓盐酸中应用，在海水和液

9、体洗涤剂中也是很稳定的。优异的自身润滑性和不粘性超高分子聚乙烯油管衬管的磨损系数较小，表面吸附力非常微 弱，抗粘附能力与特氟隆相当，有效防止结垢。424高抗冲击性超高分子聚乙烯油管衬管的抗冲击性和吸收冲击性能优异，具有良好的消音降噪效果，不会产生小孔、裂缝、断裂和剥落等现象，对 井没有污染。425优良的柔韧性超高分子聚乙烯油管衬管断裂伸长率：400%，优良的弹性可适应由于油井温度和油管载荷的变化导致的油管变形， 可始终保证衬 管紧紧地涨紧在钢管的表面，并且保持端面密封。426优良的耐温性超高分子聚乙烯油管衬管适温性宽，可长期在-70 C 110C的温 度围工作。4.3应用效果对于减小井身的磨损

10、，油田生产企业已采用了不少措施，如可自 动旋转井口装置，使管柱均匀自转，避免同一部位的反复磨损，通过 均匀受损来延长使用寿命； 加装防偏磨副，是加强局部的抗磨损性能； 还有采用加重防偏磨抽油杆， 扶正器等。 这些措施一定程度上缓解了 磨损，但实际上并未提升油管自身的抗磨性能， 可以作为采用抗磨复 合油管后的辅助配套措施， 全面综合地解决油管磨损问题。 加装复合 衬管能很好地解决抗磨问题， 同时也提高了防腐性能， 是提升油管性 能的最佳方案。近年来，超高分子聚乙烯材料作为一种经济、环保、高效的新型 防腐材料， 在国外众多行业的管道、 设备的防护中得到了越来越广泛 的应用。在国外，许多石油公司采用

11、聚乙烯油管来减少和防止人工举升井 和注水井由于抽油杆-油管磨损和油管腐蚀而引起的井下事故。BP美 洲公司、雪弗龙德士古公司、科诺科公司、发斯肯石油公司和阮池公 司等已经在很多的油井和注水井中使用了这种聚乙烯衬管， 明显降低 了作业成本。 实践证明， 超高分子聚乙烯油管衬管还可以大幅度降低 与抽油杆油管磨损和油管腐蚀故障有关的油井作业成本。 美国已经有 10多年成功使用聚乙烯衬里油管的经验， 在 3000多口井中得到应用， 不仅解决了与腐蚀、 抽油杆磨损油管有关的问题， 而且还节约了电力。实践证明，在解决使用杆式泵或渐进式螺杆泵井的抽油杆磨损油 管问题方面，聚乙烯衬里效果尤其明显。在大斜度井和“

12、狗腿”井中 使用聚乙烯衬里油管能够在不增加小眼抽油杆节箍和抽油杆导向器 费用的情况下， 获得收益。 在控制其他人工升举井和处理井中的管子 腐蚀方面，聚乙烯衬里油管也都同样获得成功。实验证明，该衬里对钢丝绳、酸类和化学损害都显示出了良好的抗蚀性。 （资料来源于美 国 World Oil 2003年 1 月）例如，胜利油田有两家采油厂采用了复合衬油管。B 采油厂于 2004 年 4 月先后在腐蚀偏磨严重的三口井：营 13-112、营 12-186 和营 1 斜 57井试验应用了衬复合衬抗磨抗腐油管， 除营 1 斜 57 井生产 58 天，检泵时由于上部普通 3”油管磨漏不可对 比外，其余两口井见到

13、了明显的应用效果。两口油井试验前， 平均含水均在 75%以上，配套前偏磨腐蚀严重， 多次管漏上作，平均年作业 3 次，检泵周期 94 天，同时于 2003年 4 月 24 日下井试验，与试验前相比，检泵周期延长 72 天，未出现因 PEX衬耐磨防腐油管质量问题造成的倒井，衬管表面光滑，无起泡、 裂痕等现象，两口井的衬管均继续下井使用，目前正常生产已达 704 天。A厂于2006年4月份在2 口井上进行了试验，情况如下：第一口是河 110-24 井，经查资料表明， 该井在 700-1500 米处井 身不正，并且在 2005.12-2006.4 三次偏磨管漏，于 2006 年 4 月 30 日从6

14、00-1500米共下入73mn衬复合衬抗磨抗腐油管 900米，于2006 年 5 月 15 日开井，正常生产 446 天。第二口是河 110-25 井，由于该井在 2005 年 2 次偏磨管漏， 且大 围偏磨，于2006年4月7日在600-1800米配套了 1200米73mn衬复 合衬抗磨抗腐油管，于 2006 年 4 月 10 日开井，正常生产 370 天。由于超高分子聚乙烯油管衬管的独特性能， 通过 B 采油厂在三口 井中的前期应用， 在偏磨油井中试验效果非常明显。 能有效地消除杆 管磨损，极大地减少了杆管报废，延长了油井的生产周期，起到了极 好的降本增效的效果。4.4 产品用途本产品可广

15、泛应用于石油行业的井下油管管柱，包括克服偏磨、 腐蚀、结蜡、油水井结垢、稠油井开采困难等。4.4.1 旧油管的修复可对已经出现大量坑点腐蚀、 不能正常使用的旧油管进行表面油 污、锈迹、垢质清洁处理，加衬衬管修复，可重复使用、降低成本， 避免资源浪费。4.4.2 新油管的衬新油管加衬衬管， 可在保证机械性能的前提下， 提高油管的抗磨 性能和耐腐蚀性能，延长使用寿命。4.4.3 其他用途新、旧油管的防腐、防蜡、防结垢，配套稠油开采等。 本超高分子聚乙烯衬油管不能下入超过材料许用温度的油井。5. 油管衬生产工艺介绍5.1 油管的选用待衬的母油管必须是新油管或经过清洗、 矫直、试压后满足油管 使用条件

16、的旧油管。为了配合生产工艺，油管必须拧下管箍。衬的母 油管规格型号为：73、89的平式、外加厚油管。5.2 衬管材的选用采用不同材料的专用衬管以适应井底温度， 管材的直径需大于母 油管径23mm衬管材由本公司提供。本衬管具有耐高温，机械强 度高，耐磨强度高特点。5.3 衬管生产作业线技术指标据作业的活动围，平台的尺寸不小于 30x 6m.。场地要求不小 于30x25m平台高度应方便操作人员的工作活动围，按照油管作业 线布置图摆放生产设备。衬管生产作业线人员配置共计 7 人：穿管区需 2 人，端部处理区 2 人，热处理区 1 人，机动人员 1 人，送管 1 人。据作业的活动围，平台的尺寸不小于

17、30x 6m.。场地要求不小于 30x 25m配备3T行吊1部。平台高度应方便操作人员的工作活动围， 按照油管作业线布置图摆放生产设备。详见附图衬管生产作业线主要设备功率不大于 15kw（不含加热设备）。衬 管生产作业线用电量：穿管区缩径机功率 3KW台，共2台；管端处 理机功率5KW台，共2台。衬管生产作业线工作效率为 80根/工日 成品管；其中：穿管区 2 分钟/ 根左右，端部处理 5 分钟/ 根左右。5.4 衬管等径压缩并穿插进入油管1. 选用的衬管材外径大于母油管径， 将管材通过衬管缩径机，暂 时缩小衬管的外径顺利进入母油管中。2. 衬管具有记忆效应。衬管进入母油管后，逐渐恢复原始直径

18、， 涨紧在油管壁上。5.5 衬油管热处理衬油管端部处理完毕， 采取热处理措施， 在热力作用下加快记忆 效应；衬管材缩径后，材料本身会产生一定的应力，经过高温使衬管 消除一部分应力并保持适当的应力， 提高衬油管在使用过程中的稳定 性。5.6 衬管端部处理将油管一端穿插后剩余的衬管材保留合适长度， 用夹具卡住， 将 油管匀速旋转，目的为了将油管加热均匀。将其衬管热熔，达到设定 的温度之后， 通过成型装置形成可靠的端部。 而后进行另一端的端部 处理。5.7 管材成品检验油管两端处理情况， 符合标准的衬油管方可安装接箍。 接箍 安装完毕，两端拧上外护丝，保护衬管材不受破坏。6 经济效益6.1 单井效益

19、以泵挂 800 米油井来计算， 按治理前检泵周期 115 天，治理后延 长检泵周期 209 天。配套 800 米高分子聚乙烯衬油管， 100 米为普通 油管，同时需配套抗磨接箍 85 个，高分子聚乙烯衬油管使用 3 年计（1）增加生产成本：800米X 54元/米+85个X 150元/个=5.595万元；（2）减少生产成本： 节约劳务费用（按单次作业劳务 0.8 万元计算）：3 年 X（ 365/115-365/324 ）次/ 年 X 0.8 万元=4.9 万元 节约更换油管、抽油杆泵材料费用（按单次作业更换油管 700 米、 更换抽油杆 500 米计算，其中新管杆按 1/3 ，修复管杆按 2/3 更换）：修复油管费用：13元/米X 800米X 2/3 X 6.3 =3.843万元 抽油泵费用：5000元X 6.3=3.15万元避