一种金属本体敷缆管及其制造工艺的制作方法

1.本发明涉及采油工程技术领域，尤其是一种金属本体敷缆管及其制造工艺。


背景技术：

2.随着石油工业注采技术的自动化和智能化程度提升，越来越多的井下工具或设备需要供电，常规的电缆固定方式是将其绑定在管柱外侧，靠近井口的电缆需要穿越井口，在地面接入电网，靠近底部工具的电缆需要穿入工具，与工具的电气接口联通，在井下高温、高压、腐蚀性介质的环境中，电缆的安全、密封及绝缘一直都是采油工程中的巨大考验。
3.如今的注采技术采用敷缆管逐渐增多，敷缆管作为一种“管缆一体”的集成创新复合型连续油管，其保护电缆、提高系统可靠性的技术优势得到凸显，被认为是一种颠覆现有无杆采油工艺的新技术。敷缆管有全非金属的和金属基两种。
4.非金属敷缆管是以高分子材料为本体，主要有热固型和热塑型两种类型，然而不论哪种非金属材料，其机械性能均不能与金属相提并论。同时，为了达到与金属连续管同等的强度，非金属连续管的造价将大幅提升，并且当前没有能匹配更高金属强度等级的非金属材料，这严重限制了非金属敷缆管的应用前景。比如大于2000米深井、套压高的井、大斜度井、水平井等等均不能采用非金属敷缆管。
5.以金属为本体的敷缆管(即金属本体敷缆管)具有较高的强度，但其存在的主要问题是：金属基体与非金属外敷层之间结合力不足，金属基体的内表面防垢防蜡性能不佳。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种金属本体敷缆管及其制造工艺，以解决金属本体敷缆管存在的金属基体内表面防垢防蜡性能不佳的问题。
7.为达到上述目的，本发明提出一种金属本体敷缆管，其包括沿其径向方向由内至外依次设置的由高分子材料制成的内涂层、由金属材料制成的管本体、由高分子材料制成的加热电缆层和由高分子材料制成的动力电缆层，所述加热电缆层中设有加热电缆，所述动力电缆层中设有动力电缆。
8.如上所述的金属本体敷缆管，其中，所述加热电缆层由改性高分子材料制成，所述改性高分子材料含有金属粉末、金属氧化物、金属氮化物和无机非金属中的一种或多种。
9.如上所述的金属本体敷缆管，其中，所述内涂层由含氟高分子材料制成。
10.如上所述的金属本体敷缆管，其中，所述加热电缆层和所述动力电缆层由相同的高分子材料制成。
11.如上所述的金属本体敷缆管，其中，所述加热电缆的加热方式为电阻加热方式或集肤加热方式。
12.本发明还提供一种金属本体敷缆管的制造工艺，其用于制造上述的金属本体敷缆管，所述制造工艺包括以下步骤：步骤s100：在管本体的内侧面上建立内涂层；步骤s200：对管本体的外侧面进行表面粗糙处理；步骤s300：将加热电缆布设在管本体的外侧面上，并在
管本体的外侧面包覆加热电缆层；步骤s400：将动力电缆布设在加热电缆层的外侧面上，并在加热电缆层的外侧面包覆动力电缆层。
13.如上所述的金属本体敷缆管的制造工艺，其中，所述步骤s100包括：步骤s101：对管本体的内侧面进行表面清洗处理；步骤s102：采用静电粉末喷涂方法或高分子材料沉积方法在管本体的内侧面上建立内涂层。
14.如上所述的金属本体敷缆管的制造工艺，其中，在所述步骤s200中，所述表面粗糙处理为喷丸处理、喷砂处理或滚花处理。
15.如上所述的金属本体敷缆管的制造工艺，其中，在步骤300中，采用真空包覆技术在管本体的外侧面包覆加热电缆层；在步骤400中，采用真空包覆技术在管本体的外侧面包覆动力电缆层。
16.如上所述的金属本体敷缆管的制造工艺，其中，所述制造工艺还包括：步骤s310：在管本体的外侧面包覆加热电缆层后，对加热电缆层进行热滚压；步骤s410：在加热电缆层的外侧面包覆动力电缆层后，对动力电缆层进行热滚压，再对动力电缆层进行冷却。
17.本发明的金属本体敷缆管及其制造工艺的特点和优点是：
18.1.本发明通过在管本体的内侧面上建立内涂层，解决现有技术中金属基体内表面防垢防蜡性能不佳的问题；通过对管本体的外侧面进行表面粗糙处理，增大管本体(金属基体)与加热电缆层(非金属外敷层)之间的接触面积，提高界面剪切力，提高管本体与加热电缆层间的附着力，改善现有技术中金属基体与非金属外敷层之间结合力不足的问题，从而为管接头、管内电缆的密封和绝缘的可靠性提供良好基础；
19.2.本发明中的内涂层为非金属内涂层，具有较低的摩擦系数，不仅能改善金属管内表面的结垢和结蜡问题，还能提高整管的耐腐蚀性，适应含腐蚀介质的注采环境；
20.3.本发明的敷缆管能采用载波通信方式将井下传感器信号加载到动力电缆中再上传到地面的控制系统，取消了独立的信号缆嵌入，避免了动力电缆工作时的谐波干扰，提高了井下传感系统的可靠性。
附图说明
21.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
22.图1是本发明的金属本体敷缆管的立体结构示意图；
23.图2是本发明的金属本体敷缆管的剖视图；
24.图3是本发明的金属本体敷缆管的制造工艺的流程图。
25.主要元件标号说明：
26.1、内涂层；2、管本体；3、加热电缆层；4、动力电缆层；
27.5、加热电缆；6、动力电缆。
具体实施方式
28.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。在本发明的描述中，除非另有说明，“多种”的含义是两种或两种以上，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.实施方式一
30.如图1、图2所示，本发明提供一种金属本体敷缆管，其包括沿其径向方向由内至外依次设置的由高分子材料制成的内涂层1、由金属材料制成的管本体2、由高分子材料制成的加热电缆层3和由高分子材料制成的动力电缆层4；内涂层1用于防垢防蜡；管本体2为金属管，借助金属管的优良机械性能，大幅提高敷缆管的强度和应用范围，例如管本体2为连续油管，其材质为低碳合金钢；加热电缆层3中设有加热电缆5，动力电缆层4中设有动力电缆6，加热电缆层3和动力电缆层4分别用于包覆加热电缆5和动力电缆6，以保护电缆，提高敷缆管的可靠性。
31.本发明在管本体2的内侧面上设有内涂层1，由高分子材料制成的内涂层1能降低管内壁的表面能，具有疏水疏油特性，具有较低的摩擦系数，可改善管内表面的结垢和结蜡问题，解决了现有金属本体敷缆管存在的金属基体内表面防垢防蜡性能不佳的问题；另外，通过在管本体2外设置加热电缆5和加热电缆层3，还以电加热方式实现了不动管柱清防蜡，进一步提高敷缆管的防蜡性能。
32.本发明中的动力电缆6可作为载波的通道，能实现以载波方式传递信号，提高采油系统信号传输的可靠性，免除了常规敷缆管中的信号缆。
33.进一步，内涂层1覆盖管本体2的整个内表面，因此内涂层1还能提高整管的耐腐蚀性，适应含腐蚀介质的注采环境。
34.进一步，内涂层1由含氟高分子材料制成，使内涂层1具有较低的摩擦系数，耐化学腐蚀性能好。
35.例如，内涂层1由以pe(聚乙烯)、pa(聚酰胺)、pp(聚丙烯)或pvdf(聚偏氟乙烯)为主体的改性材料制成。
36.进一步，加热电缆层3由改性高分子材料制成，改性高分子材料含有金属粉末、金属氧化物、金属氮化物和无机非金属中的一种或多种，采用改性高分子材料能提高加热电缆层3的导热系数，提升加热电缆5的加热效率。
37.例如，加热电缆层3由以pe、pa、pp或pvdf为主体的改性材料制成。
38.例如：金属粉末为铜粉、铝粉、银粉等，可根据需要添加其中的一种或多种；金属氧化物为氧化铝、氧化铋、氧化镁、氧化锌等，可根据需要添加其中的一种或多种；金属氮化物为氮化铝、氮化硼等，可根据需要添加其中的一种或多种；无机非金属为石墨、碳化硅等，可根据需要添加其中的一种或多种。实际应用时，可根据现场需求选择相应的填充物。
39.进一步，动力电缆层4由改性高分子材料制成。例如，动力电缆层4由以pe、pa、pp或pvdf为主体的改性材料制成，在主体材料中添加的材料可以是金属粉末、金属氧化物、金属氮化物和无机非金属中的一种或多种，具体材料请参见上一段的举例。
40.进一步，加热电缆层3和动力电缆层4由相同的高分子材料制成，以同类材料提高两层之间的结合力，使两层融为一体。
41.进一步，加热电缆5的加热方式为电阻加热方式或集肤加热方式，根据不同的需求和工况选择不同的加热方式。
42.进一步，加热电缆层3中设有多根加热电缆5，多根加热电缆5沿敷缆管的圆周方向等间隔排列。
43.进一步，动力电缆层4中设有多组动力电缆6，多根动力电缆6沿敷缆管的圆周方向等间隔排列，每组动力电缆6包括多根并排且邻近的动力电缆6。
44.进一步，敷缆管中嵌设有光纤，以适应井下监控大量数据的传输需要。例如，光纤设置在动力电缆层4中。
45.实施方式二
46.如图3所示，本发明还提供一种金属本体敷缆管的制造工艺，其用于制造实施方式一的金属本体敷缆管，该制造工艺包括以下步骤：
47.步骤s100：在管本体2的内侧面上建立内涂层1，以通过内涂层1实现防垢防蜡；
48.步骤s200：对管本体2的外侧面进行表面粗糙处理，以提高管本体2与加热电缆层3间的附着力；
49.步骤s300：将加热电缆5布设在管本体2的外侧面上，并在管本体2的外侧面包覆加热电缆层3，通过加热电缆层3固定并保护加热电缆5；
50.步骤s400：将动力电缆6布设在加热电缆层3的外侧面上，并在加热电缆层3的外侧面包覆动力电缆层4，通过动力电缆层4固定并保护动力电缆6。
51.本发明通过在管本体2的内侧面上建立内涂层1，解决现有技术中金属基体内表面防垢防蜡性能不佳的问题；通过对管本体2的外侧面进行表面粗糙处理，增大管本体2(金属基体)与加热电缆层3(非金属外敷层)之间的接触面积，提高界面剪切力，提高管本体2与加热电缆层3间的附着力，与现有技术相比，本发明的金属基体与非金属外敷层之间具有较强的结合力，从而改善了现有技术中金属基体与非金属外敷层之间结合力不足的问题。
52.如图3所示，进一步，步骤s100包括：步骤s101：对管本体2的内侧面进行表面清洗处理，以将管本体2的内表面清洗干净，提高管本体2(金属)与内涂层1(非金属)界面的结合力，例如表面清洗处理的方法为酸洗、磷化；步骤s102：然后采用静电粉末喷涂方法或同等效果的高分子材料沉积方法在管本体2的内侧面上建立毫米级的内涂层1。
53.如图3所示，进一步，在步骤s200中，表面粗糙处理方法为喷丸处理、喷砂处理或滚花处理，当然还可以是其它现有的手段，以提高金属管(管本体2)的整个外表面粗糙度或多尺度的表面结构，增大其与非金属材料(加热电缆层3)之间的接触面积。
54.如图3所示，进一步，在步骤300中，采用真空包覆技术在管本体2的外侧面包覆加热电缆层3。真空包覆是借助大气压力将挤出的非金属层(加热电缆层3)更为紧密的压实在金属层(管本体2)的外表面上，同时将二者间的气体排出。由于真空包覆技术本身为现有技术，故不介绍其具体工艺步骤。
55.如图3所示，进一步，在步骤400中，采用真空包覆技术在管本体2的外侧面包覆动力电缆层4，以将动力电缆层4更为紧密的压实在加热电缆层3的外表面上，同时将二者间的气体排出。
56.进一步，步骤s300包括：
57.步骤s301：将加热电缆5布设在管本体2的外侧面上，同时在管本体2的外侧面上挤入预设厚度的第一加热电缆层，以通过第一加热电缆层将加热电缆5固定在管本体2的外侧面上；该步骤相当于初步敷设加热电缆5；
58.步骤s302：在第一加热电缆层外包覆第二加热电缆层，并将第一加热电缆层和第二加热电缆层热熔为一体，完成加热电缆层3的制作。其中第一加热电缆层和第二加热电缆层共同构成加热电缆层3。进一步，步骤s400包括：
59.步骤s401：将动力电缆6布设在加热电缆层3的外侧面上，同时在加热电缆层3的外
侧面上挤入预设厚度的第一动力电缆层，以通过第一动力电缆层将动力电缆6固定在加热电缆层3的外侧面上；该步骤相当于初步敷设动力电缆6；
60.步骤s402：在第一动力电缆层外包覆第二动力电缆层，并将第一动力电缆层和第二动力电缆层热熔为一体，完成动力电缆层4的制作。其中第一动力电缆层和第二动力电缆层共同构成动力电缆层4。
61.如图3所示，进一步，制造工艺还包括：
62.位于步骤s300之后、步骤s400之前的步骤s310：在管本体2的外表面包覆加热电缆层3后，对加热电缆层3进行热滚压，热滚压也就是将加热电缆层3加热到该层材料的热熔温度，如pe是200度，然后滚压压实，以消除材料内的应力集中并进一步压实该层，并使加热电缆层3与管本体2紧密接合；
63.位于步骤s400之后的步骤s410：在加热电缆层3的外表面包覆动力电缆层4后，对动力电缆层4进行热滚压，以消除材料内的应力集中并进一步压实该层，并使动力电缆层4与加热电缆层3紧密融合，再对动力电缆层4进行冷却，即得到实施方式一的金属本体敷缆管。
64.本发明的敷缆管的制造工艺采用表面处理、真空包覆等技术手段，提高金属与非金属材料间的附着力，并且在管内建立可降低结垢结蜡的内涂层作为保护层，具有防垢防蜡性能，解决了现有技术中金属基体与非金属外敷层之间结合力不足、以及金属基体的内表面防垢防蜡性能不佳的问，具有高可靠性和高效率。
65.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。