内衬油管及生产技术(2015.1.31)

内衬防腐耐磨油管技术胜利油田金达石油技术有限公司山东东营************一、概述胜利油田金达石油技术有限公司位于全国最大的石油装备生产基地—山东东营市，公司依托中国石油大学、胜利油田石油工程技术研究院，集合了一批具有丰富石油技术经验的研发人员，长期专门从事石油开发行业新技术、新产品的研发与制造，形成了具有研发、制造、销售、技术服务一条龙的特色经济实体。

主要产品有：内衬管材料、内衬油管、内衬油管生产线及油管修复生产线。

内衬油管技术是我公司自行开发研制的具有自主知识产权的新技术（发明专利申请号：2013100219090）。

它以内衬管材料为技术核心，生产工艺设备为技术保障，产品经大量应用证实：耐磨、防腐、防垢，寿命是普通油管的5倍以上，截止到2015年底内衬油管已在胜利油田、大港油田、冀东油田、中原油田、延长油田大面积推广应用。

使用该项技术治理油井3000多井次，推广使用防腐耐磨衬里油管500多万米，在油井防腐、防垢、防偏磨治理中收到显著的效果。

我公司自2003年起潜心研究内衬油管耐磨材料配方、生产工艺及生产设备，目前已形成从材料配方、生产工艺技术的优化到专业设备制造等一整套完善的配套技术。

材料耐磨突出，生产工艺优化合理，设备技术先进、自动化程度高、性能可靠。

目前已成功建造旧油管修复内衬油管生产线两条：见图1、图2；撬装式内衬油管生产组合装置两套见图3.图1、唐山内衬油管生产线场景一角第一条生产线见图1，是为唐山三金明盛实业发展有限公司建设的内衬油管生产线，设计生产能力40根/小时，2011年10月完成并投入生产。

图2、定边内衬油管生产线场景一角图3、撬装式内衬油管生产组合装置第二条生产线见图2，是为延长油田定边采油厂设计建造的内衬油管生产线，设计生产能力60根/小时，于2015年底已投入生产运行。

两条生产线都采用了PLC自动控制技术，完全实现了全自动化控制，操作简便、用人少、性能可靠，取得了客户很好的评价。

图3是我公司最新研发的撬装式内衬油管生产组合装置一体机，该装置将衬管装入、加热膨胀、管头切割、翻边封口融入一体，全智能自动控制，无需拆、装油管接箍(省掉两台油管拧扣机)，整机操作只需1～2人，衬管速度：40～60根/小时，装机功率：50kw；整机体积：15m×3m×2.7m，无需厂房，占地面积小，方便移动，适用于小型内衬油管生产规模的用户。

二、技术特性（一）内衬管技术参数内衬管技术参数见表1。

表1、内衬管技术参数（二）、内衬管材料特性 我公司生产的衬里材料HC-II 是由碳纳米管与超高分子聚乙烯通过先进工艺复合而成。

碳纳米管是一种一维纳米材料，具有诸多优越的力学、电学和化学性能，是目前材料领域的前沿技术。

它具有极高的强度 图4、HC-Ⅱ型内衬管 和极大的韧性。

其杨氏模量可达 5TPa 。

在25℃到800℃的温度变化范围内，其杨氏模量不低于1.8Tpa 。

碳纳米管的强度和韧性远远优于任何纤维，被认为是未来的“超级纤维”；既具有碳素材料的特有本性；还具备陶瓷材料的耐热和耐腐蚀性以及高分子材料的轻质、易加工性。

使用碳纳米管作为增强材料可以表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性、耐热性。

超高分子聚乙烯是典型的耐磨、耐腐蚀、耐老化工程塑料，两种性能优异的新型材料所形成的复合材料HC-II 具备如下优异特性：1、耐磨：耐磨性是中碳钢的8倍以上，是尼龙66的5倍以上，采用砂浆磨损试验机对衬里材料进行砂浆冲蚀磨损试验取得数据如表2所示：适用油管规格mm内衬管外径mm 壁厚 mm 技术性能允许工作 环境温度 7365.2±0.23.5±0.2耐磨性是普通油管的5倍以上、不结垢、抗腐蚀≤100℃表2、冲蚀试验磨损率HC-II碳纳米管超高分子聚乙烯复合材料、不锈钢和N80钢管平均磨损率与冲击速度之间的关系如图4所示：图5、磨损率与冲击线速度关系从图4可知，随着冲击线速度的增大，HC-II碳纳米管超高分子聚乙烯、不锈钢和N80钢管的磨损率都增大，但是HC-II碳纳米管超高分子聚乙烯的磨损率增长很缓慢，不锈钢和N80钢管的磨损率相对HC-II碳纳米管超高分子聚乙烯来说，要高出很多，大约是8一10倍，同时随着冲击线速度的增大，其增长也较快。

2、 耐腐蚀：HC-II 为惰性材料，除少数强氧化剂之外，可耐多种化学介质包括强碱和强酸的腐蚀。

其耐药剂腐蚀性能如表3所示：表 3 碳纳米管超高分子量聚乙烯耐药性表药剂20℃ 60℃药剂 20℃ 60℃盐酸 ○ ○醋酸10% ○ ○ 硝酸50% △ ×环乙胺 ○○硝酸20% ○ ○ 二氯乙烯 ××磷酸85% ○ ○ 汽油 ○ ○ 硫酸50% ○ ○ 苯 △ △氨水 ○ ○ 甲苯 △ ×氢氧化钾 ○ ○ 二甲苯 △ ×氢氧化钠 ○ ○ 丙酮 ○ ○ 氯化铵 ○ ○ 苯胺 ○ ○ 硝酸铵 ○ ○ 海水 ○ ○ 氯化钙 ○ ○ 甲酸（蚁酸） ○○碳酸钠 ○ ○ 符号含义：○稳定 △比较稳定 ×不稳定次氯化钠 ○ ○ 氯化锌 ○ ○ 冰醋酸99%○○3、抗冲击：HC-II 材料的耐冲击强度是目前塑料中最高的，它比以耐冲击著称的聚碳酸酯还要高3~5倍。

HC-II 碳纳米管超高分子聚乙烯和其它工程塑料的抗冲击强度如图5所示：PBT ABS 聚硬酚醛 聚甲醛 尼龙66 HC-IIKJ/m2图6 工程塑料抗冲击强度4、拉伸强度高：其拉伸强度达23MPa以上，拉伸弹性模量达100-125GPa，有效解决了内衬翻边易脱落问题。

5、保温、降粘：HC-II的导热系数是钢的1/20，因此它具有良好的保温隔热性，衬入HC-II碳纳米管超高分子聚乙烯衬里的油管可明显减少流体流动的热量损失，降低原油粘度。

6、防垢、防盐：HC-II衬里材料由于摩擦系数小和无极性，因此具有很好的表面非附着性，极不易粘接，即使输送复杂的流体介质也不会结垢、结盐。

7、抗老化：HC-II碳纳米管超高管的理论使用寿命可达百年以上，老化速度和脆化速度非常缓慢，自然日光条件下，其使用寿命超过50年。

8、不吸水：几乎不吸水，在水中也不膨胀。

9、自润滑性好：其摩擦系数比其他工程材料小，与冰的摩擦系数相当，具有良好的自润滑性，可以减阻和提高集输能力，减少沉积物。

10、环境适应性好：能长期在-50℃～+100℃的环境温度下工作。

（三）、内衬油管技术参数内衬油管技术参数见表4。

表4、内衬油管技术参数（四）生产设备及特性1、内衬油管生产工艺介绍用旧油管做基管时生产工艺流程：用新油管做基管时生产工艺流程：2、需要的设备用旧油管做基管时需要的设备：油管分选架、油管矫直机、油管除油除锈机、油管探伤机、锯床、螺纹数控车床、油管拧扣机、油管试压机、内衬管压缩组装机、温控加热室、翻边封口机、通径检验机、打印包装机、油管传输线；用新油管做基管时需要的设备：油管除油除锈机、油管拧扣机、内衬管压缩组装机、温控加热室、翻边封口机、通径检验机、打印包装机、油管传输线；图7、油管除油除锈机以上大部分设备是我公司自主研发、生产的，其中有：油管分选架、油管矫直机、油管除油除锈机、油管试压机、内衬管压缩组装机、温控加热室、翻边封口机、通径检验机、打印包装机、油管传输线。

需要外购的设备有：油管探伤机、锯床、螺纹数控车床、油管拧扣机。

图8、内衬管缩径装管机图9、自动温控加热室图10、自动翻边封口机图11、自动通径检验机我公司承揽全套生产线设计、制作、安装、技术服务；同时提供产品技术跟踪，现场技术服务。

3、生产线生产的产品可达到的技术指标旧油管刚体内外清洁、无油污、锈斑；内衬后承压30MPa以上；内衬附着在油管钢体内壁，稳定、持久，不缩颈；内衬油管的技术参数符合现场需求。

生产线实现全自动智能控制，具有质量控制可靠、操作简便、卫生环保；节省劳动力、生产效率高等特点，7～10人每八小时生产产品达4000m以上（国内其他技术能力一般在1000～1500m），是目前国内生产效率最高的生产线。

三、应用前景及经济效益分析（一）应用前景。

1、随着斜井、水平井新井数量快数增长，防腐耐磨油管需要越来越多。

由于土地资源越来越稀缺，越来越多的新井都布在一个平台上，向四周打斜井或水平井，以期达到占用尽可能少的土地资源，控制地下更多的原油图10、自动通径检验机储量同时石油企业为了降低生产和管理成本，采取一个平台，采取流水作业，打多口斜井或水平井（称为井工厂），减少钻井、修井和日常管理的费用，目前美国采用居多。

另外随着原油需求量的增加，人们不得不在山区或海洋及湖泊等特殊地貌的地区开发油田，也多采取打斜井或水平井进行开采。

因此，国内外水平井、斜井的数量急剧增加。

但另一方面，在斜井、水平井的造斜段，有杆泵上下往复运动中，抽油杆将和油管内壁形成线接触支点，产生摩擦。

而在造斜段的下部，抽油杆由于重力和活塞反作用力的作用下，与油管内壁底部接触并形成螺旋弯曲，也产生摩擦。

长期的往复摩擦，使油管产生磨损，重者磨穿甚至断裂。

因此，防腐耐磨油管的需要越来越多。

2、常规的直井开采的老油田含水率越来越高，也迫切需要防腐耐磨油管。

随着油田长时间的开发，油井的含水量上升达80%到90%，有的含水甚至达到98%以上。

而大部分直井井深都是1000-4000m ，直井在钻井时允许的全角偏离度为1-3度。

所谓的“直井”，几千米的轨迹，也是弯弯曲曲。

有杆泵上下往复运动中，随着油井轨迹的弯曲，抽油杆将和油管内壁产生摩擦。

另外，在抽油杆的下部，抽油杆受活塞反作用力，抽油杆在油管内发生螺旋弯曲，与井壁四周产生摩擦。

这两方面的摩擦在含水量低的油井中，由于油的润滑和保护作用，对油管产生损坏不突出。

而在高含水油井中，高矿化度的地下水，随着抽油杆的上下运动，重复腐蚀油管内壁磨损的新鲜面，使油管产生腐蚀，重者蚀透甚至断裂。

因此，迫切需要防腐耐磨油管，解决老油田的有关腐蚀问题。

斜井、水平井和含水高的直井，由于每时每刻的磨损和腐蚀，对油管损坏量很大，油井的修井周期越来越短，一般在3—5个月。

有的甚至2个月就要修井一次。

据统计，以上两种原因，使油管磨损、腐蚀损坏的油井占总井数的40%以上。

因此防腐耐磨內衬油管具有广泛的应用前景。

（二）应用经济效益分析。

效益分析：73油管内衬市场售价一般是65元/m（含油管修复费、），按照抽油井免修期提高5倍计算，以延长油田为例实施后经济效益见表5：表5.内衬油管推广应用效益对比表表5中的数据分析是以延长油田生产实际情况为依据进行效益分析的，从成本数据看计算比较保守，大多数油田由于油井偏磨造成的经济损失比上述数据更严重。

但就以上保守算法得到的经济效益数据仍十分可观，单井年节约油井维护费在十万元以上，各大油田偏磨油井数量都在一万口井以上，产品推广实施会给油田节省大量生产成本，产生巨大的经济效益。