注水管防腐技术在青海油田的应用

王建辉

（青海油田公司　井下作业公司　，青海　海西816499）①

注水管防腐技术在青海油田的应用

王建辉

（青海油田公司井下作业公司，青海海西816499）①

针对青海油田注水管腐蚀的问题，提取适合青海油田特殊地区使用的工艺参数，采用高密度聚乙烯（HDPE）或超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料通过特殊工艺可靠地衬在油管内部。研发具有知识产权的翻边模具，通过创新地面结合性试验方法，攻克基管与内衬管夹层进水的问题，为有效治理油田油井偏磨、水井腐蚀和结垢提供了技术保障。

油管；内衬；高密度聚乙烯；超高分子量聚乙烯；试验

内衬抗磨、抗腐蚀油管是将高密度聚乙烯（HDPE）或超高分子量聚乙烯（U HMWPE）材料通过特殊工艺可靠地衬在油管内部，衬层可以减少抽油杆与油管管壁的摩擦从而降低管杆磨损，减少油管内壁的腐蚀，将管杆系统的使用寿命提高3倍以上，其寿命是普通油管的4～5倍，高温管长期工作温度可达130℃。

1　技术分析

1） 高密度聚乙烯与超高分子量聚乙烯材料在性能方面的区别。二者材料的区别主要是分子量、断裂伸长率、耐磨性能、抗冲击性能的不同，其中高密度聚乙烯（HDPE）的分子量通常在10～50万分子量，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的分子量通常在100～500万分子量。在使用中，高密度聚乙烯（HDPE）作为防腐型为主，耐轻量磨损；高分子量聚乙烯（UHMWPE）以耐磨性为主，耐磨损性比碳钢高4～7倍，同时抗冲击性能优良，优良的耐低温性，在液氦温度（－269℃）下仍具有延展性、优良的抗内压强度、耐环境应力开裂性、抗快速开裂性，广泛应用于矿山矿浆输送，抽沙疏浚等具有磨损性的砂浆输送工程［1］

2） 高密度聚乙烯与超高分子量聚乙烯材料在加工方面的区别。现场试验证明，高密度聚乙烯材料熔融时呈粘流态，从口模挤出后立即下垂（如图1所示），不易引管。而熔融的超高分子量聚乙烯材料，从高温口模挤出时具有一定的“熔融刚度”，并不是马上下垂，呈半透明固体状水平向偏下方向前移动，表现为高粘弹态（如图2所示）。由此可知，超高分子量聚乙烯材料熔融时是粘度极高、流动极差的特殊熔体。

图1　高密度聚乙烯挤出形态

图2　超高分子量聚乙烯挤出形态

2　试验情况

2．1 高密度聚乙烯

20131124—20140424，青海油田注水管防腐工程基础建设完成，进入现场试验阶段，先后使用不同比例的高密度聚乙烯HDPE5000s、线型低密度聚乙烯DFDA7042、AHPT168X改性材料，后变更为由为HDPE、LCP、UPE、PA11、纳米塑料添加剂、颜料等组成的复合材料，试验25次，现场提取数据记录78413条，分析如下：

1） 试验用高密度聚乙烯复合材料性能不稳定［2］，缺少关键性支撑材料，成品内衬管受外界环境变化影响较大。厂房内温度13℃，厂外多云，温度3～5℃，编号为031612试验样本翻边12 h后公扣端伸出4．7 mm，母扣端缩回15．6 mm，如图3。

图3　成品内衬管受外界环境变化的影响

2） 试验用高密度聚乙烯复合材料反弹效果明显，与油管贴合紧密，但材料性能不稳定，数据变化无规律可循。从试验样本011786间隔48 h后的管壁内部收缩反应（如图4）可以看出内衬管膨胀形成一正方形图形，检查该样本油管外壁发现有疑似液压钳或拧扣机牙钳作用形成的对应的4个深槽。

图4　管壁内部收缩

3） 地面热煮池模拟井内90℃热煮试验，内衬管管端有伸缩现象，无法满足技术协议耐高温130℃的设计要求。编号031704本经过油管加热箱90～100℃加热16 h后，一端伸出2．1 mm，一端伸出1．8 mm，如图5。

图5　内衬管管端的伸缩现象

4） 现场挤出机设备无法满足生产合格内衬管外径650－0．2 mm的要求。所生产内衬管外径小于63．5 mm，压缩记忆恢复空间受限，按照比例将定径套扩大到66 mm，所生产的内衬管外径仍然小于64 mm，按照73 mm（2英寸）油管内径62 mm计算，反弹空间只有1．5～2．0 mm，依然无法满足技术要求。

上述试验表明高密度聚乙烯复合材料不能满足油田现场的要求。

2．2 超高分子量聚乙烯

201407，在前期试验的基础上，对现场的挤出机设备进行更换，同时将生产原材料更换为超高分子量聚乙烯树脂。

1） 通过恒温箱温度试验，取得最佳的恒温箱加热温度参数。恒温箱设置温度65℃，加热2h后进行翻边工艺，随后进热煮池110℃热煮12h，外界放置20d进行拉拔试验（如图6），拉拔出后观察到内衬管管端40～100 cm有水。内衬管在温度65℃，加热2h的情况下达不到反弹效果，不适合做状态调节参数。通过逐步调整加热温度和时间，测量参数的变化规律，观察试验效果，逐步探索出90～95℃，1．5～2．0 h为最佳恒温箱加热温度和时间范围。

图6　拉拔试验

2） 通过现场试验，更换翻边加热圈，增加加热自动匀速旋转装置，研发了封头翻边模具，攻克烘边后翻边多余量的排出问题，也解决了翻边不饱满，无法翻边到油管梯度第1螺纹位置，无支撑力的问题。如图7。

图7　翻边效果

3） 通过数据测量、分析总结，攻克内衬管状态调节时间参数，冬季72～120 h，夏季48～72 h，为不同季节大批量生产合格产品提供了质量保证。

4） 通过调整压缩缩径轮比例，攻克内衬管与基管夹层进水技术难题，保证了入井内衬油管的质量，如图8。

图8　调整压缩缩径轮加压35 MPa拉拔过程

1．3 地面静态加压

为了验证内衬管的承压能力和变形情况，对内衬管进行地面加压试验，如图9。试验样品是将长度9．75 m内衬管两端分别穿1．5 m的油管短节，进行翻边，内衬管露出6．75 m左右。将翻边好的试验样品一端连接丝堵，一端连接转换接头，进行地面注水打压试验，当压力上升到2．14 MPa时，可以明显观察到油管短节公扣端内衬管和中间部分有明显的形变，在加压过程中，由于塑料变形的物理特性，内衬管不断注水，压力上升缓慢，当压力达到2．56 MPa时，内衬管从中间部位爆裂，由此试验可以证明，内衬管穿管用基管必须有一定的壁厚要求，对于偏磨严重的油井油管必须经过详细的工艺检测才可以使用［3］。

图9　地面静态加压试验

密封机构的特点内衬管穿管用基管，必须满足符合GB／T19830的规定，衬入内衬管前，应确保基管内外壁洁净，内壁不含油污、铁锈，外壁无凹陷深槽，油管螺纹无损坏［4-5］。并且满足以下要求：

1） 用于穿管的基管必须经过高压内清，应确保基管内、外壁洁净，内部不含油污、铁锈或腐蚀块，内径满足《标准油管和API不加厚、外加厚及整体接头油管》的规定内径要求。

2） 清洗干净的基管必须经过漏磁探伤检查，壁厚≥3 mm。

3） 探伤合格的基管必须通过油管试压机进行静水压试验，试压压力21 MPa，稳压10 s，油管本体、螺纹、接箍不刺不漏为合格。

通过一系列的试验，内衬管外径满足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，径向收缩率是径向延长率的60%～80%，同时纵向收缩率是纵向延长率的60%～80%，且成正比关系，成品不受室外环境变化等技术要求。

3　下井试验情况

切16-14-3井于2013-06补孔转分注，2014-0521验封，二、三封不密封，四封在四配位置遇阻无法判断，2014-08-13入井防腐内衬管195根，井底最高温度为60℃，30MPa坐封成功，201410验封正常。

切12-8-10井201207转注作业，2013-10换封作业，201403换封作业，此次施工因为二、三封不密封，井底最高温度为65℃，20140814入井防腐内衬管196根，井底最高温度为65℃，23 MPa坐封成功，2014-10验封正常。

跃新35井注水井200908转注分注作业，201405带压解封作业失败，201406大修作业中进行MIDS测井，该井本次安排进行大修作业，进行取换套，恢复该井正常注水。但该井在作业中套管拔不动，无法继续进行取换套作业，故取消对该井的取换套工序，变更为直接下混注管柱完井。20140820入井防腐内衬管363根，目前生产正常。

跃5630井于200801补孔转注，20140617验封，一封密封严，二、三封封隔器密封均不严，20140911入井防腐内衬管164根，目前生产正常。

跃14-7井1994-03转注，2011-07混注作业后至今未动管柱，为避免长时间不动管柱造成大修，进行检管作业，2014-09-15入井防腐内衬管164根，目前生产正常。

4　注意事项

1） 内衬油管使用量和位置的确定。对需要上内衬油管的油井确定偏磨出现的位置。上提油管作业时，在井口进行无损探伤检测，确定出现偏磨的井段，配套内衬油管一般要大于偏磨段100 m。

2） 内径减小后对油井排量的影响。采油井使用内衬油管防偏磨，由于内径缩小，致使抽油杆接箍外径与油管内径很接近，活塞效应增大，应将部分管段用88．9 mm（3英寸）油管代替73 mm（2英寸）油管，保证实际环空不减小，以降低对油井排量的影响。

3） 内衬油管内径缩小，配套的抽油杆和泵径需要进行相应调整。

5　结论

通过现场不断的试验，积累了丰富的试验数据和经验，提取到适合青海油田特殊地区使用的工艺参数，创新内衬油管试验方法、内衬油管短节加工方法，完善缩径穿管、恒温定型、封头翻边工艺设计，研发具有知识产权的翻边模具，通过创新地面结合性试验方法，攻克基管与内衬管夹层进水的问题，为有效治理油田油井偏磨、水井腐蚀和结垢提供了技术保障，推进了油田业务的长效发展。

［1］ 刘英，刘萍，陈成泗，等．超高分子量聚乙烯的特性及应用进展［J］．国外塑料，2005，（11）：3640．

［2］ 王海文，赵雷，杨峰，等．HDPE内衬油管防治抽油机井杆管偏磨研究［J］．石油矿场机械，2008，37（02）：7477．

［3］ 刘汉成，郭吉民，谢江，等．基于三维井眼轨迹的内衬管防偏磨技术研究［J］．石油矿场机械，2014，43（04）：1216．

［4］ 张学东．抽油机井油管判废技术研究［D］．大庆石油学院，2009．

［5］ 史春轩，赵中华，张新杰，等．注水井管柱腐蚀分析及防护措施的应用［J］．石油矿场机械，2006，35（03）：8789．

TE934．1

B

10．3969／j．issn．1001-3842．2015．09．023

1001-3482（2015）09-0089-04