一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬及其制备方法与流程

1.本发明涉及油田采油设备技术领域，具体涉及一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬及其制备方法。


背景技术：

2.目前，我国多数油田开采进入衰退期，开采原油的含蜡量、粘度、凝固点越来越高。原油在采出时，若使用非保温油管，油液随井深变浅温度会逐渐降低，在靠近井口位置油液易凝固造成油管堵塞，严重影响正常生产。同时，油田井下环境恶劣，温度、压力较高，常规保温介质层容易在压力作用下发生破损，影响保温效果。对此，技术人员往往通过采取改进现有油管、井下掺稀、地面增加加热炉等措施保证原油输送，但此方法运行维护成本较高。
3.中国专利申请cn209494531u公开了一种耐磨防腐保温油管，在油管内部和外部分别设置内保温层和外保温层：内保温层包括由外向内依次设置的第一热反射层、第一隔热层和内保护管，外保温层包括第二热反射层和第二隔热层，油管两端的外表面喷涂设置第三热反射层，接箍内表面的无丝扣部分喷涂设置防腐隔热层，接箍的外表面喷涂设置第四热反射层。可有效减少井下原油及热水从井底流动到井口的原油自然热量损失，提高井口原油温度及热水井井口温度，但其内外均设有多层结构，厚度较厚，增加了油管入井作业施工难度，抗高压性能尚未明确，应用范围有一定的局限性。
4.中国专利申请cn206206816u公开了一种外防腐保温油管，包括基体金属管，所述基体金属管外表面从里至外依次设有高固环氧底层、中间粘结层以及防腐保温面层。该油管下入井筒后，可以有效防止高矿化度地层产出液腐蚀油管。同时，保温材料的加入可以降低原油在井筒的热损失，防止蜡析出，达到防蜡效果。但该专利只能解决油管的外腐蚀问题，不能解决油管内腐蚀问题。
5.《合金化电化学防腐保温油管在喇嘛甸油田的应用》公开了一种把绝热层和保温层同时包覆在钢管外表面上的方法。该方法首先利用多元合金化的金相生长能力，采用合金化电化学修复技术(镀层修复)修复油管，再采用先进的一步法生产工艺，将聚氨酯原料均匀充分混合后，注入模具，形成保温层制成防腐保温管。该专利具有保温作用，只能解决油管的外腐蚀问题，不能解决油管内腐蚀问。
6.中空玻璃微珠是一种中空的圆球粉末状无机非金属新材料，粒径在2-125μm之间。具有重量轻、体积大，导热系数低、化学稳定性高等特点。但其在油田井下高压环境中易发生破裂，影响保温性能，需要对其进行改性以提高其抗压性能。
7.液体橡胶是在常温下为粘稠状的流动性液体，其经过适当反应可形成三维网状结构，拥有与普通橡胶类似的物理与机械性能。将中空玻璃微珠浸渍于液体橡胶中，使其表面包裹一层液体橡胶后固化，可有效提升中空玻璃微珠的抗压性能，从而保证其在高压环境中的保温性能。
8.针对现阶段油田稠油输送面临的难题，关键在于降低稠油输送过程中的温度损失和对油管内壁造成的腐蚀，但现有技术无法同时满足原油保温和油管内壁腐蚀的难题。因
此结合油田实际环境研发结构简单、易施工、低成本、抗高压、防腐，同时兼具保温功能的油管十分必要。


技术实现要素：

9.为克服现有技术中的不足，本发明提供如下技术方案：
10.技术方案一：
11.一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬的制备方法，包括如下步骤：
12.(1)将第一粒料挤出定型为管状结构，得到第一管层；
13.(2)将第二粒料挤出包覆于第一管层的外壁上，得到第二管层；
14.(3)将第三粒料挤出包覆于第二管层的外壁上，得到第三管层，冷却得到所述耐压高密度聚乙烯保温油管内衬；
15.所述第一粒料和第三粒料均为高密度聚乙烯，所述第二粒料为高密度聚乙烯和包覆液体橡胶的改性中空玻璃微珠的混合物。
16.优选地，所述第二粒料的制备步骤包括：
17.(i)将中空玻璃微珠浸渍在液体橡胶中0.5-1h，捞出分散并固化得到包覆液体橡胶的改性中空玻璃微珠；
18.(ii)将高密度聚乙烯与改性中空玻璃微珠共同挤出造粒，得到第二粒料。
19.优选地，所述步骤(1)、(2)、(3)和(ii)中挤出温度为190℃-240℃。
20.优选地，所述步骤(i)中中空玻璃微珠的直径为25-30μm，所述液体橡胶为丁腈橡胶或端羟基聚丁二烯。
21.更优选地，所述步骤(i)中中空玻璃微珠牌号为3m im16k或3m im30k；其中，牌号为3m im16k的中空玻璃微珠粒径为30μm，牌号为3m im30k的中空玻璃微珠粒径为25μm。
22.优选地，所述步骤(ii)中所述高密度聚乙烯和改性中空玻璃微珠的质量比为99-90：1-10。
23.优选地，所述步骤(ii)中挤出温度为190℃-240℃。
24.一种由上述方法制备得到的耐压高密度聚乙烯保温油管内衬，所述油管内衬包括第一管层、第二管层和第三管层，从里到外依次设置为第一管层、第二管层和第三管层。
25.优选地，所述第一管层的厚度为2-4mm，第二管层的厚度为4-6mm，第三管层的厚度为2-4mm。
26.一种包含上述的耐压高密度聚乙烯保温油管内衬的油管。
27.本发明还提供了一种上述耐压高密度聚乙烯保温油管内衬在油管中的应用，将所述油管内衬通过缩径机将管缩小，使用牵引装置穿入油管中，冷却使所述油管内衬与所述油管的内部紧密贴合；使用翻边机将油管内衬管伸出油管两端的连接端进行翻边处理，得到套有油管内衬的油管成品。
28.优选地，所述缩径机处理温度为220-260℃。
29.技术方案二：
30.一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬的制备方法，包括如下步骤：
31.(i)将中空玻璃微珠浸渍在液体橡胶中0.5-1h，捞出分散并固化得到包覆液体橡胶的改性中空玻璃微珠；
32.(ii)将高密度聚乙烯与改性中空玻璃微珠共同挤出造粒，得到第二粒料；
33.(iii)将第二粒料挤出定型为管状结构，冷却得到所述耐压高密度聚乙烯保温油管内衬。
34.优选地，所述步骤(iii)中挤出温度为190℃-240℃。
35.一种由上述方法制备得到的耐压高密度聚乙烯保温油管内衬，所述保温油管内衬只包括第二管层，所述第二管层的材料为高密度聚乙烯和改性中空玻璃微珠的混合物。
36.优选地，第二管层的厚度为4-6mm。
37.一种包含上述的耐压高密度聚乙烯保温油管内衬的油管。
38.本发明还提供了一种上述耐压高密度聚乙烯保温油管内衬在油管中的应用，将所述油管内衬通过缩径机将管缩小，使用牵引装置穿入油管中，冷却使所述油管内衬与所述油管的内部紧密贴合；使用翻边机将油管内衬管伸出油管两端的连接端进行翻边处理，得到套有油管内衬的油管成品。
39.优选地，所述缩径机处理温度为220-260℃。
40.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
41.(1)以高密度聚乙烯共混中空玻璃微珠为保温层，并将中空玻璃微珠以液体橡胶进行包裹改性，在改性后的中空玻璃微珠表面覆盖了一层橡胶，整体厚度较薄，且在不降低保温性能的前提下强度得到提升，在井下高压环境中的破损概率低，在高压工况下保温性能保持良好；
42.(2)该发明既可以解决因温降导致的原油开采难题，又兼具油管防腐作用，再者具有成本低廉、结构简单、易于现场施工等优点，降低原油粘度，延长管柱使用寿命，具有广泛的工程应用前景。同时可减少现场加热炉的应用，节能降耗效果显著，具有较好的经济和社会效益。
附图说明
43.图1是本发明提供的只包括第二管层的油管内衬的油管成品结构示意图；
44.图2是本发明提供的包括第一管层、第二管层和第三管层的油管内衬的油管成品结构示意图。
45.其中，附图标记说明如下：
46.1-油管；2-第三管层；3-第二管层；4-第一管层。
具体实施方式
47.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
48.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
49.实施例1
50.一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬，按如下步骤制备而成：
51.(1)将3m im30k中空玻璃微珠浸渍于过量端羟基聚丁二烯中1h，捞出分散并固化得到改性中空玻璃微珠；
52.(2)使用挤出机将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料与改性中空玻璃微珠以质量比99:1在190℃混合，挤出造粒制成粒径2-4mm的混合粒料；
53.(3)将混合粒料在190℃下挤出、定型为管状结构、冷却得到厚度为6mm的具有保温作用的第二管层3，作为独立于油管之外的油管内衬；
54.(4)将所述油管内衬通过缩径机在260℃将管暂时缩小，使用牵引装置穿入油管1中，自然冷却，使得油管内衬与油管1的内壁紧密贴合；
55.(5)使用翻边机将油管内衬管伸出油管两端的连接端进行翻边处理，得到如图1所示套有油管内衬的油管成品。
56.实施例2
57.一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬，按如下步骤制备而成：
58.(1)将3m im30k中空玻璃微珠浸渍于过量液体丁腈橡胶中0.5h，捞出分散并固化得到改性中空玻璃微珠；
59.(2)使用挤出机将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料与改性中空玻璃微珠以质量比90:10在240℃混合，挤出造粒制成粒径2-4mm的混合粒料；
60.(3)将混合粒料在240℃下挤出、定型为管状结构、冷却得到厚度为6mm的具有保温作用的第二管层3，作为独立于油管之外的油管内衬；
61.(4)将所述油管内衬通过缩径机在240℃将管暂时缩小，使用牵引装置穿入油管1中，自然冷却，使得油管内衬与油管1的内壁紧密贴合；
62.(5)使用翻边机将油管内衬管伸出油管两端的连接端进行翻边处理，得到如图1所示套有油管内衬的油管成品。
63.实施例3
64.一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬，按如下步骤制备而成：
65.(1)将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料用挤出机在190℃挤出、定型为管状结构、冷却得到厚度为3mm的第一管层4；
66.(2)将3m im16k中空玻璃微珠浸渍于过量液体丁腈橡胶中1h，捞出分散并固化得到改性中空玻璃微珠；
67.(3)使用挤出机将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料与改性中空玻璃微珠以质量比99:1在190℃混合，挤出造粒制成粒径2-4mm的混合粒料；
68.(4)将混合粒料在190℃下挤出将其包覆于第一管层4的外壁上，形成厚度为5mm的具有保温作用的第二管层3；
69.(5)将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料在190℃下挤出将其包覆于第二管层3的外壁上，形成厚度3mm的第三管层2，即得到独立于油管之外的油管内衬；
70.(6)将所述油管内衬通过缩径机在220℃将管暂时缩小，使用牵引装置穿入油管1中，自然冷却，使得油管内衬的第三管层2与油管1的内壁紧密贴合；
71.(7)使用翻边机将油管内衬管伸出油管两端的连接端进行翻边处理，得到如图2所示套有油管内衬的油管成品。
72.实施例4
73.一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬，按如下步骤制备而成：
74.(1)将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料用挤出机在200℃挤出、定型为管状结构、冷却得到厚度为2mm的第一管层4；
75.(2)将3m im16k中空玻璃微珠浸渍于过量液体丁腈橡胶中0.5h，捞出分散并固化得到改性中空玻璃微珠；
76.(3)使用挤出机将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料与改性中空玻璃微珠以质量比95:5在200℃混合，挤出造粒制成粒径2-4mm的混合粒料；
77.(4)将混合粒料在200℃下挤出将其包覆于第一管层4的外壁上，形成厚度为5mm的具有保温作用的第二管层3；
78.(5)将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料在200℃下挤出将其包覆于第二管层3的外壁上，形成厚度4mm的第三管层2，得到独立于油管之外的油管内衬；
79.(6)将所述油管内衬通过缩径机在240℃将管暂时缩小，使用牵引装置穿入油管1中，自然冷却，使得油管内衬的第三管层2与油管1的内壁紧密贴合；
80.(7)使用翻边机将油管内衬管伸出油管两端的连接端进行翻边处理，得到如图2所示套有油管内衬的油管成品。
81.实施例5
82.一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬，按如下步骤制备而成：
83.(1)将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料用挤出机在220℃挤出、定型为管状结构、冷却得到厚度为3mm的第一管层4；
84.(2)将3m im30k中空玻璃微珠浸渍于过量端羟基聚丁二烯中1h，捞出分散并固化得到改性中空玻璃微珠；
85.(3)使用挤出机将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料与改性中空玻璃微珠以质量比90:10在220℃混合，挤出造粒制成粒径2-4mm的混合粒料；
86.(4)将混合粒料在200℃下挤出将其包覆于第一管层4的外壁上，形成厚度为6mm的具有保温作用的第二管层3；
87.(5)将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料在220℃下挤出将其包覆于第二管层3的外壁上，形成厚度2mm的第三管层2，得到独立于油管之外的油管内衬；
88.(6)将所述油管内衬通过缩径机在260℃将管暂时缩小，使用牵引装置穿入油管1中，自然冷却，使得油管内衬的第三管层2与油管1的内壁紧密贴合；
89.(7)使用翻边机将油管内衬管伸出油管两端的连接端进行翻边处理，得到如图2所示套有油管内衬的油管成品。
90.实施例6
91.一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬，按如下步骤制备而成：
92.(1)将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料用挤出机在240℃挤出、定型为管状结构、冷却得到厚度为4mm的第一管层4；
93.(2)将3m im16k中空玻璃微珠浸渍于过量端羟基聚丁二烯中0.5h，捞出分散并固化得到改性中空玻璃微珠；
94.(3)使用挤出机将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料与改性中空玻璃微珠以质量比95:5在240℃混合，挤出造粒制成粒径2-4mm的混合粒料；
95.(4)将混合粒料在200℃下挤出将其包覆于第一管层4的外壁上，形成厚度为5mm的具有保温作用的第二管层3；
96.(5)将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料在220℃下挤出将其包覆于第二管层3的外壁上，形成厚度2mm的第三管层2，得到独立于油管之外的油管内衬；
97.(6)将所述油管内衬通过缩径机在240℃将管暂时缩小，使用牵引装置穿入油管1中，自然冷却，使得油管内衬的第三管层2与油管1的内壁紧密贴合；
98.(7)使用翻边机将油管内衬管伸出油管两端的连接端进行翻边处理，得到如图2所示套有油管内衬的油管成品。
99.对比例1
100.一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬，按如下步骤制备而成：
101.(1)使用挤出机将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料与3m im16k中空玻璃微珠以质量比90:10在240℃混合，挤出造粒制成粒径2-4mm的混合粒料；
102.(2)将混合粒料在240℃下挤出、定型为管状结构、冷却得到厚度为6mm的具有保温作用的第二管层3，作为独立于油管之外的油管内衬；
103.(3)将所述油管内衬通过缩径机在240℃将管暂时缩小，使用牵引装置穿入油管1中，自然冷却，使得油管内衬与油管1的内壁紧密贴合；
104.(4)使用翻边机将油管内衬管伸出油管两端的连接端进行翻边处理，得到如图1所示套有油管内衬的油管成品。
105.对比例2
106.一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬，按如下步骤制备而成：
107.(1)将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料用挤出机在220℃挤出、定型为管状结构、冷却得到厚度为3mm的第一管层4；
108.(2)使用挤出机将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料与3m im16k中空玻璃微珠以质量比90:10在220℃混合，挤出造粒制成粒径2-4mm的混合粒料；
109.(3)将混合粒料在200℃下挤出将其包覆于第一管层4的外壁上，形成厚度为6mm的具有保温作用的第二管层3；
110.(4)将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料在220℃下挤出将其包覆于第二管层3的外壁上，形成厚度2mm的第三管层2，得到独立于油管之外的油管内衬；
111.(5)将所述油管内衬通过缩径机在260℃将管暂时缩小，使用牵引装置穿入油管1中，自然冷却，使得油管内衬的第三管层2与油管1的内壁紧密贴合；
112.(6)使用翻边机将油管内衬管伸出油管两端的连接端进行翻边处理，得到如图2所示套有油管内衬的油管成品。
113.对比例3
114.一种耐压高密度聚乙烯保温油管内衬，按如下步骤制备而成：
115.(1)将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料用挤出机在190℃挤出、定型为管状结构、冷却得到厚度为3mm的第一管层4；
116.(2)将聚氨酯粒料在190℃下挤出将其包覆于第一管层4的外壁上，形成厚度为5mm的具有保温作用的第二管层3；
117.(3)将粒径2-4mm的高密度聚乙烯粒料在190℃下挤出将其包覆于第二管层3的外
壁上，形成厚度3mm的第三管层2，即得到独立于油管之外的油管内衬；
118.(4)将所述油管内衬通过缩径机在220℃将管暂时缩小，使用牵引装置穿入油管1中，自然冷却，使得油管内衬的第三管层2与油管1的内壁紧密贴合；
119.(5)使用翻边机将油管内衬管伸出油管两端的连接端进行翻边处理，得到如图2所示套有油管内衬的油管成品。
120.测试例
121.1、厚度、腐蚀测试：
122.厚度测试标准：用游标卡尺分别测量原油管的厚度及复合该油管内衬之后的总厚度，通过计算得到油管内衬的厚度。
123.腐蚀测试方法：使用内衬油管短节作为测试对象，将短节两端是用自制堵头密封，在堵头上加工打压泄压装置，组装后放入耐蚀合金制备的套管中，在模拟工况环境下进行测试，测试结束前后分别在样品管上(多层管取最内层)截取标准拉伸样条，依照gb/t1040-79塑料拉伸性能试验标准，测定样条的拉伸强度，工况腐蚀条件如表1所示，其中矿化水配方如表2所示，厚度、腐蚀测试结果如表3所示。
124.表1
[0125][0126][0127]
表2
[0128][0129]
表3
[0130][0131]
通过表3的性能测试结果可以看出，通过该方法制备得到的耐压保温内衬油管厚度范围在6mm-11mm；且耐腐蚀性能良好，具体来说，耐压保温内衬油管在较高的工况压力下形貌保持完整，内衬层性能保持良好，油液不会渗透过内衬层腐蚀金属管壁；未用橡胶改性的玻璃微珠对比例在高压后力学性能降低更明显。
[0132]
2、保温性能测试：
[0133]
根据sy/t5324-2013(石油天然气工业，预应力隔热油管)标准开展实验，并计算视导热系数。实验对象内注入导热油作为导热介质，使用电热棒加热，两端使用法兰与釜盖密封。
[0134]
测试参数如下：
[0135]
管内导热介质温度：83℃；
[0136]
管内压力：2mpa；
[0137]
导热介质：导热油；
[0138]
加热稳定时间：4h；
[0139]
保温管放置方式：竖直放置。
[0140]
介质达温后测量并计算实际加热功率，并定时测量管外壁温度，通过上述标准中的公式a3计算出管道材的视导热系数，结果如表4所示。
[0141]
表4
[0142] 视导热系数(w/(m
·
℃))油管结构实施例10.132无变化实施例20.137无变化实施例30.104无变化实施例40.105无变化实施例50.099无变化实施例60.102无变化
对比例10.302微有变形对比例20.194微有变形对比例30.155微有变形
[0143]
通过表4的性能测试结果可以看出，通过该方法制备得到的耐压保温内衬油管在高压环境下保温能力保持良好，主要归功于经橡胶包覆改性的中空玻璃微珠在高压环境中破损概率降低，可以满足油田井下高温高压流体输送的要求。
[0144]
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。