王海文;杨峰;赵辉;米海杰
【摘 要】塑料内衬油管的塑料管在高温下会伸长，导致该塑料管损坏，油管报废。建立了管柱受外力和温度变化情况下塑料管的应力分析模型，分别对20℃和80℃条件下制造的塑料内衬油管进行塑料管的内应力分析。在20℃条件下生产的塑料内衬油管，通过油井内高温的作用，塑料管处于压应力状态，从油井内提出时会发生伸长现象；在80℃条件下生产的塑料内衬油管，其塑料管处于拉应力状态，从油井内提出时不会发生伸长现象。因此，钢材和塑料性质差异、地面和油井内温度差异是造成塑料管伸长的主要因素。利用塑料的记忆特性，采取预应力技术加工塑料内衬油管，能够解决塑料管伸长的问题。%The plastic pipe of the plastic lined tubing elongates at high temperature,this phenome-non will lead to plastic pipe destroyed and even tubing scrapped.Plastic tubing stress analysis model was established under the external forces and temperature variations.The stress analysis model is used to analyze the plastic lined tubing,which is made under the 20 ℃ and 80 ℃ condi-tions.The plastic tubing made under the 20 ℃ is in compressive stress by the high temperature effect in the well,the elongation phenomenon occurs when it is taken out from the well.However, the plastic tubing made under the 80 ℃ is in tensile stress in the well,elongation phenomenon does not occur when it is taken out from the well.Therefore,the steel and plastic nature difference and the temperature difference between on the ground and in the well are the main factors of plas-tic pipe elongation.Using plastic memory characteristic and taking the prestressed technology to processing plastic lined tubing can solve the problem of plastic pipe elongation.
【期刊名称】《石油矿场机械》
【年(卷),期】2014(000)008
【总页数】4页(P61-64)
【关键词】光纤环网油管;塑料管;伸长;预防措施
【作 者】王海文;杨峰;赵辉;米海杰
星空轮
【作者单位】中国石油大学 华东，山东 青岛 266580;中石化胜利油田分公司 东辛采油厂，山东 东营 257094;中石化胜利油田分公司 东辛采油厂，山东 东营 257094;甘肃省地矿局 第二地质矿产勘查院，兰州 730020
【正文语种】液压阀芯中 文
【中图分类】TE931.207
塑料内衬油管在国内外油田获得较好的应用效果［1-2］。据不完全统计，2013年胜利油田在用井数超过3 000口，塑料内衬油管的使用量约3×106m，成为解决杆管偏磨问题的最主要技术。塑料内衬油管在现场应用中也存在一些问题，例如塑料管破损、耐温较低、易结蜡、内径减小、抽油杆腐蚀断裂加剧、泵壳腐蚀穿孔加剧和塑料管伸长现象等。塑料管伸长现象是指当油井作业时，从井内提出的塑料内衬油管出现了塑料管从油管内伸长出来的现象，伸出最多的达到50 m m。这种现象不是很常见，有些批次的塑料内衬油管不出现塑料管伸长现象，有些出现该现象的油井也不是所有塑料管都伸长。笔者对塑料内衬油管的制造、储存和应用过程中受力情况进行分析，研究塑料管伸长现象的机理，提出了制造工艺的改进方法，从而解决了塑料管伸长问题，为进一步提高内衬油管质量和使用效果提
供参考。
塑料内衬油管是一种复合材料油管，由外部的A PI标准油管和内衬的塑料管构成［3］。塑料管一般采用H D PE（高密度聚乙烯）加工，也可采用改性或其他材质的塑料，以改善其耐温、耐磨等性能。加入塑料内衬的油管既保持了油管的机械强度，又具有塑料管的优点。H D PE塑料管具有较好的耐磨性能和亲油性能，用在油井内，即使在高含水条件下，其与抽油杆及抽油杆接箍之间的耐磨损性能优异［4］，解决了近些年来困扰高含水油井抽油机和螺杆泵采油遇到的杆管偏磨问题，工业应用价值巨大。
内衬的塑料管在两头有翻边结构，这种结构约束了塑料管，使其不能缩进油管，在油管伸长时，油管顶着翻边使塑料管随之伸长。在井下时，由于有接箍的锥形内螺纹和翻边的约束，塑料管随油管等长度伸缩。当油井作业提出油管卸扣后，接箍的锥形内螺纹对塑料管的约束被取消，如果塑料管处于被压缩状态，塑料管将伸长，伸出油管。出现伸长现象的塑料管在卸开丝扣前应该处于较大的压应力状态，伸长出来的塑料管在井场放置几小时后，有些能缩回一点，但一般无法全部缩回，仍有些外露。有些油田采取报废伸长管的制度，有些采取切割掉伸长部分继续下井使用的处理方法，切割后缺少了塑料管两头翻边，塑料管能轴向自由窜动，两根管之间缝隙加大，成为塑料管损坏的诱因。
饮用水过滤器出现塑料管伸长现象的井必然会发生塑料管破损的情况。处于轴向被压缩状态的塑料管，容易破坏内衬塑料管与油管内壁紧密贴合状态，尤其是在管柱处于弯曲状态时，内衬塑料管与油管内壁之间出现间隙，在抽油杆上下冲程反复刮压下易破损。
数据监测
例如，胜利油田某井配套塑料内衬油管前采用ø56 m m泵，下泵深度1 400 m，冲程3 m，冲次4 min-1，泵以上900 m井段都能观察到偏磨，因杆管偏磨严重，检泵周期仅75 d。针对该情况，在泵上配套塑料内衬油管920 m，连续生产177 d后停产上作业，该井作业原因是塑料管破损。由于破损塑料管阻挡，撞击泄油器不充分，作业时从第50根油管内见液，而这口井的动液面位置处于第103根油管。从第50根油管开始每卸开一根油管都要放出里面的液体，由于油管里有液体，使提出来的油管还有较高的温度。该井作业过程中有11根H D P E塑料管伸长出20～40 m m，均处于第50根油管以下。这个井例提示，在油管还处于较高温度的情况下卸开油管，增加了塑料管伸长出来的可能性。
塑料管伸长的内因是其处于压应力状态，外因可能有多个。本文研究外力和温度变化对塑料管伸长的影响。
银钟花2.1 油管受拉伸力变形分析
塑料内衬油管在生产和储存时处于水平放置状态，认为其轴向不受外力。在油井内时，为简便起见，忽略油管与套管内壁的摩擦力、流体的摩阻力和井内液体浮力等，认为井眼轨迹是竖直的，分析某个油管受轴向力时只考虑其以下油管、泵、其他井下工具和液柱等的重力载荷。
塑料内衬油管的外螺纹与A PI标准油管相同，两根塑料内衬油管依靠接箍连接起来，接箍的结构与A PI标准相同或在中部加长，这种连接方式，使管柱的轴向拉力仍由油管承担，塑料管依附于油管内，其重力由油管承载，可以忽略塑料管自身重力对长度的影响。从井口开始，第i根油管承受其以下管柱重力为：
式中：Pi为第i根油管承受其以下管柱重力，N；H为塑料内衬油管下入深度，m；Lzi为第i根塑料内衬油管下入深度，m；Wy为油管线重，N／m；Ws为塑料管线重，N／m；Pw为塑料内衬油管以下泵、井下工具和液柱载荷等的总重力，N。
塑料内衬油管在其以下管柱重力作用下的伸长量为：
式中：Δ Li为第i根塑料内衬油管在其以下管柱重力作用下的拉伸量，m；Li为第i根油管长
度，m；E为油管钢材的弹性模量，2.06×1011Pa；Ay为油管钢材部分横截面积；m2。Es为塑料（H D P E）的弹性模量，6.89×108Pa；As为塑料管塑料部分横截面积；m2。
由于塑料的弹性模量远小于钢材，式（2）可以简化为：
公称直径73.0 m m（27/8英寸）和88.9 m m（31/2英寸）的塑料内衬油管参数如表1。
分别假设塑料内衬油管下入1 000、1 500、2 000 m 3种情况。泵、尾管等的总重力为5 000 N。内径54.8 m m内衬油管的液柱载荷分别为23 102、34 653、46 204 N。内径67.8 m m内衬油管的液柱载荷分别为35 363、53 045、70 726 N。单根油管长度为8.5 m，下入井的油管与在地面相比，拉伸量计算结果如图1。由于54.8 m m和67.8 m m内径2种情况的计算结果非常相近，绘制的曲线重合，因此图1中只绘制了内径67.8 m m单根油管在不同下入深度情况下的拉伸量曲线。
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