[发明专利]一种用于抽油杆接箍的超高分子量聚乙烯复合材料的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及油田生产技术领域，特别是有杆抽油用防偏磨接箍的耐磨耐温材料的制备方法。

背景技术

有杆抽油是国内外石油行业采用的、占主导地位的石油举升方式。在我国的各个油田，大约有80％的采油井采用了有杆抽油技术。

有杆抽油系统在实现井下流体的举升时需要油管和抽油杆之间的相对运动，由于井眼曲线的三维变化、地层条件的复杂多变、操作条件的苛刻性等原因，使得油管和抽油杆接触并产生摩擦，导致所谓的“杆管偏磨”。

现用于抽油杆管防偏磨的手段主要包括扶正器、油管内衬和抽油杆接箍外衬。

扶正器是固定在抽油杆上的防磨块，是和抽油杆配套的一个关键部件。由于扶正器本身具有较好的耐磨性能，同时能够减少管杆的接触机会，因此扶正器的使用是减缓管杆偏磨的有效途径之一。

油管内衬是在油管管柱内壁衬上一层耐磨、耐腐蚀、耐井下温度的工程塑料，将抽油杆和油管之间的摩擦和磨损转变成抽油杆及其接箍和内衬的耐磨工程塑料之间的摩擦磨损，从而降低杆管磨损。

抽油杆接箍外衬是在抽油杆接箍外覆盖一层耐磨的工程塑料，在不明显增加流体流动阻力的情况下，降低杆管的磨损，延长油井的检修周期。和整个油管管柱内衬工程塑料相比，抽油杆外衬工程塑料具有用量小、投资少、施工方便等优点。

通过改性，可用于抽油杆接箍的外衬材料主要包括：氟树脂(PTFE)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚氨酯，聚苯硫醚(PPS)，聚醚醚酮(PEEK)，聚酰亚胺(PI)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。

聚四氟乙烯具有优良的化学稳定性和耐腐蚀性，能耐王水和几乎所有化学溶剂的腐蚀和溶涨；还具有良好的润滑能力和不粘性，摩擦系数小于0.05；聚四氟乙烯长期使用温度高达200～260℃，具有良好的耐高温能力，因此在耐摩擦磨损、耐腐蚀材料中具有广泛的应用。聚四氟乙烯价格的大幅度下降，也为其在工程领域的广泛使用创造了有利条件。然而，聚四氟乙烯塑料存在着硬度低、耐磨损性能差，分子间引力小、易剥落等缺点，严重限制了其使用。

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是由对苯二甲酸(TA)与乙二醇(EG)经脱水酯化、缩聚后得到的一种热塑性饱和聚酯。聚对苯二甲酸乙二醇酯具有良好的力学性能、耐油溶胀和耐酸碱腐蚀性能。目前，还没有将聚对苯二甲酸乙二醇酯用在油水井内衬、外衬防腐蚀、防偏磨的报道。

天津市超科光纤通讯器材科技有限公司研发了一种耐磨抽油杆接箍(申请号：200420029609.3)，其在抽油杆接箍的金属外表面设置的一层非金属层为聚氨酯，设置的非金属层具有一定的厚度，同时可以具有很好的耐腐蚀性，由此可以具有很好的耐腐蚀性，由此可以大大改善抽油杆接箍的耐磨性能，有效的避免了由于抽油杆接箍的金属部分直接与油管发生摩擦，而导致抽油杆接箍磨损现象的发生，延长了油管的检修周期，减少维修工作量，提高了油井的年采油量。但聚氨酯的使用温度不宜超过120℃。

其他能用于抽油杆接箍的工程塑料包括聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)和聚酰亚胺(PI)等。这些工程塑料都具有耐温200℃以上、优异的耐摩擦磨损、耐腐蚀、耐溶胀能力，基本上满足抽油杆接箍外衬材料的使用要求。但是，这些材料的市场价格较贵，直接全部使用可能会有成本问题。

超高分子量聚乙烯一般指分子量大于150万的线型高密度聚乙烯。作为工程塑料，超高分子量聚乙烯具有耐腐蚀、耐冲击、耐磨损、吸水率低等优良性质。但是，超高分子量聚乙烯在熔融后呈粘弹性，融体流动速率为零，临界剪切速率极低，在工程上极难成型。另外，纯的超高分子量聚乙烯的软化温度较低，约为80℃，不能直接用于抽油杆接箍，特别是深度较大的抽油井。

江苏油田研发了一种柔性防磨抽油杆接箍。通过该柔性防磨接箍，抽油杆可以发生任意方向的偏转，变偏磨为全磨；变刚性连接为柔性连接，降低了抽油杆接箍对油管的正压力，从而减少了磨损。同时，该方法在抽油杆接箍外表面烧结一层耐磨的超高分子量聚乙烯，减缓杆管之间的磨损，延长了杆管的寿命。但是，接箍外表面的超高分子量聚乙烯的软化温度低，在井深较大、井下温度较高时，烧结在抽油杆接箍外表面的超高分子量聚乙烯塑料就很快被磨损、脱落。所以，要对超高分子量聚乙烯进行改性，提高其软化温度和在使用条件下耐磨损性能，才能起到减缓抽油杆接箍和油管之间的摩擦磨损，延长使用寿命的目的。