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产品特点
2017-04-13 14:44浏览数:11
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  用铁层填充报废的油管磨损和腐蚀部位,再把防腐耐磨的Al2O3陶瓷层衬在油管内,把废旧油管再制造成金属陶瓷内衬复合油管,其性能远优于新油管。
再制造金属陶瓷内衬复合油管具有与普通金属陶瓷内衬复合油管相同的特性:
  1、使用寿命是普通油管十倍
  金属陶瓷内衬复合油管具有良好的理化和机械性能,具有超长的使用寿命,是普通油管无法比拟的,表现在它具有极高的机械性能、超强的耐腐蚀性、耐磨性、耐高温性、防结垢、防结蜡等优异的综合性能。
  油田井下设备腐蚀的特点是磨损腐蚀,影响油管寿命最主要的因素是腐蚀和磨损的共同作用。由我们做的磨损试验来看,陶瓷内衬的耐磨性是普通N80油管的10倍以上。资料表明,油田进入高含水期后,污水中的硫酸盐还原菌、CO2H2SCl-等,对钢管的平均腐蚀速率为17mm/a,而污水对陶瓷层的腐蚀速率比钢管要低两个数量级,0.02mm/a以下。因此即使在腐蚀和磨损的共同作用下,金属陶瓷内衬复合油管的寿命比普通油管高出10倍以上。
  2、具有良好的防腐性能
  金属陶瓷内衬复合油管的内衬陶瓷是α-Al2O3,具有极高的化学稳定性,耐各种酸碱腐蚀。防腐性能表现为:
、与不锈钢对比
  陶瓷内衬钢管的耐蚀性优于不锈钢,具体数据见下表:

陶瓷内衬钢管与不锈钢耐蚀性对比(g/m2•h

介质

10%HCl

10%HNO3

10%H2SO4

10%H3PO4

陶瓷内衬钢管

0.056

0.032

0.021

0.047

不锈钢

>1

<0.1

1.8

<0.1

、与普通油管对比
  用动态腐蚀试验装置进行腐蚀试验。把普通油管和陶瓷内衬油管段组合在一起(见右下图),用10H2SO4溶液,以2.7L/min的流速,进行模拟流动腐蚀实验150小时。H2SO4溶液只充半管,这样可以在同一管段内比较腐蚀与未腐蚀的情况。称重结果可知,普通油管失重40g,是原始质量的5.8%,腐蚀速率为43.6mm/a;而陶瓷内衬油管未失重:


腐蚀前质量(g)

腐蚀后质量(g)

损失质量(g)

普通油管

686

646

40

陶瓷内衬油管

749.5

749.5

0

  下面是腐蚀后的照片。左图为陶瓷内衬油管,未见表面损坏;右图是普通油管,可见明显的纤维状腐蚀痕迹:

 陶瓷内衬管段腐蚀后无变化(中左)  

 普通油管腐蚀后出现纤维痕(中右)

      3、具有极佳的耐磨性能

  陶瓷内衬的硬度可达HV 1300,是普通油管硬度的五倍以上,耐磨是金属陶瓷内衬复合油管的最重要特性。Al2O3陶瓷与N80钢的磨损性能比较在MG2000-盘式磨损试验机上进行,所用载荷为50N,滑动速度为0.785m/s,对摩盘为硬度为HRC5450Cr钢。N80钢试样为φ5.3mm的销,陶瓷试样取用SHS重力法合成的厚度为6mm的陶瓷片,磨制成φ5.3mm的试样,然后采用环氧树脂胶粘在销状卡具上以便进行磨损试验。每隔377m测量一次失重,共滑动摩擦1508m,以磨损体积损失表示磨损量,数据如下:

材料

体积损失(10-100px3)

平均

377m

754m

1131m

1508m

N80

11.2

30.8

44.7

59.0


陶瓷

1.31

2.57

4.15

5.47


磨损体积比(N80/陶瓷)

8.55

11.98

10.77

10.78

10.52

  由此可见,Al2O3陶瓷的耐磨性是N80油管的11倍。下图是磨损体积损失与滑动距离曲线:

  4、具有良好的防结蜡结垢性能
  陶瓷油管在使用中另一大特点是不结垢、蜡。右图是由井下取出的陶瓷油管端口照片,油管接箍中间的部位结了厚厚的一层垢,而油管的陶瓷内衬壁上一点垢也没有。
  油田使用三元复合驱后,大量的硅酸盐垢附着在油管和油泵内,成为油田正常生产的一大障碍。我们用大庆油田采油四厂一矿杏五队的井液,在60的恒温水浴中试验陶瓷内衬油管的结垢情况,17天后,油管的外壁结垢了,但陶瓷内壁一点垢都没有:


陶瓷油管内壁无结垢


外壁油管基体结垢

  油管结垢、结蜡的原因很多,一方面跟井液的内容物、温度、压力、流速等多种因素有关,另一方面也跟油管的材质有关。陶瓷油管陶瓷层的4个主要特性能够防垢、防蜡:
、陶瓷层对井液的湿润角较大,不易产生吸附作用;
、陶瓷层的热导率只有钢的一半,导热效果不佳,不会造成管内流体的过大温度梯度,使管壁附近的垢离子或蜡液过饱和而析出;
、陶瓷层是绝缘体,α-Al2O3原子又是无极性的,不会产生对垢离子的电荷吸附,也不会使蜡液极化而吸附;
、陶瓷层的耐蚀性非常好,不会因腐蚀使局部表面能升高而结垢、结蜡。
  上述原因使蜡和垢无法在陶瓷表面生根和集结。
  5、具有很好的机械性能
、基体组织和力学性能不变
  金属陶瓷内衬复合油管与普通油管的管体金相相同l

  上面左图为N80普通油管的金相,右图为内衬陶瓷后的油管金相,两者均为正火珠光体+铁素体,组织结构没有改变。
 金属陶瓷内衬复合油管与普通油管的管体机械性能相同l
  分别用200mm长的N80金属陶瓷内衬复合油管段和N80普通油管段做抗拉强度对比试验,曲线如下:

  由图上可以查出,普通油管和陶瓷内衬油管的断裂拉力分别为591.4 KN586.24KN。测试管段螺纹为M72×3,断裂均发生在螺纹处,断裂处截面积为693.03mm2。经计算可知,金属陶瓷内衬复合油管管体与普通油管的抗拉强度基本相同,两者仅相差0.87%,在材料试验机的误差(1%)之内。数据见下表:


断裂拉力(KN)

断裂处截面积(mm2)

抗拉强度(MPa)

普通油管

591.4

693.03

853.35

金属陶瓷内衬复合油管

586.24

693.03

845.91

  由此可见,陶瓷内衬油管管体的抗拉强度,仍然符合API的标准(689 MPa)。
、油管内陶瓷层的抗拉强度满足使用要求
  陶瓷内衬油管在受到轴向拉力时,油管内陶瓷层断裂时的拉力,称为油管内陶瓷层的抗拉强度。只有油管内陶瓷层的抗拉强度足够大,才可以保证陶瓷内衬油管的工作深度、保证上紧接箍的扭矩。
  Al2O3陶瓷的热胀系数稍小于油管钢基的热胀系数,油管内的陶瓷层受到很大的径向和轴向压应力。当陶瓷内衬油管受到轴向拉力时,陶瓷层首先是随着油管基体的弹性伸长,释放压应力作用下的压缩,待压应力完全释放,陶瓷层才受到拉力。因此,使油管内陶瓷层的抗拉强度要远大于陶瓷本身的抗拉强度。
  陶瓷层断裂均在油管接箍最外侧的螺纹处,陶瓷层能承受的拉力与螺纹部位钢管基体的强度有直接的关系。
  不同钢级油管的陶瓷层抗拉强度不同,钢级越高,抗拉强度也越高。实测常用的三种油管陶瓷层不断裂的载荷分别为:

陶瓷内衬油管钢级

拉伸载荷(KN)

标准要求

结果

J55

500

卸载后陶瓷层及螺纹部位无变化

符合使用要求

N80

600

P110

700

、陶瓷油管的抗冲击性
  一般直觉认为陶瓷很脆,不耐冲击。实际上,由于油管的热胀系数稍高于陶瓷的热胀系数,在铝热反应的后期,陶瓷内衬的熔点高,首先凝固,此时外层油管逐渐降温收缩,紧抱着内衬陶瓷层,陶瓷层受到径向和轴向很大的压应力,同时金属陶瓷层增加了内衬层的韧性,这种应力状态使陶瓷层具有相当的耐机械冲击能力,在冲击功为25J时,机械冲击钢管至少15次,陶瓷不产生裂纹。可以满足油田正常作业。
、陶瓷油管的压溃强度
  陶瓷内衬油管的径向压溃强度在实际应用中很有意义,表示陶瓷内衬油管的径向承压能力。实测陶瓷内衬油管的径向压溃强度在400MPa以上。
  我们分别用小田原修的公式和GB6804-1986 烧结金属衬套径向压溃强度测定法测定了陶瓷内衬油管的压溃强度,其中D t分别为复合管的外径和厚度, 为复合管的长度:D = 73 mmt = 7.8 mmL =50 mm,数值如下表:

试          样

1

2

压溃载荷(kN)

22.9

25.38

按小田原修公式计算压溃强度(MPa)

432.02

478.81

按GB6804-1986测定压溃强度(MPa)

490

543

  下图是实验用设备美国MTS810材料试验机。陶瓷内衬显示了非常好的抗压溃性能,在径向压缩15mm左右,管子上部和下部陶瓷层才开始各出现一道裂纹,见右下图:

、陶瓷层有很高的结合强度
  内衬陶瓷层受到油管基体径向上很大的压应力,同时陶瓷层与铁层之间的金属陶瓷层把两层在微观上相互镶嵌在一起,因此两者之间有很高的结合强度,可以承受25MPa的剪切强度,不会因为热胀冷缩而分离,也不会鼓包或开裂。
  6、具有极好的耐高低温性能
  金属陶瓷内衬复合油管可在-50900的温度下正常工作。极好的耐高低温性能使金属陶瓷内衬复合油管可以适应油田恶劣的作业环境,这是陶瓷本身的分子结构所决定的。
  7、再制造油管的静水压试验
  由于再制造过程中金属铁(或合金)以冶金结合的方式填充了油管内壁的犁沟和腐蚀坑,使用缺欠处得到修补,机械强度得到恢复。
  实测φ73*5.5mm*250mm J55油管,带有10mm宽、3mm深犁沟的管段,最薄处管壁厚度2.5mm。未内衬陶瓷时,静水压试验压力48MPa,犁沟处破裂;内衬陶瓷以后,试验压力70MPa,犁沟处破裂,比未内衬陶瓷时承受的压力提高了46%。这说明,内衬金属陶瓷提高了废旧油管的抗压能力。
生产中,每根再制造油管必经静水压试验,符合API规范者才能出厂。
  8、端口内嵌不锈钢保护环
  金属陶瓷内衬复合油管现场使用中发现,修井队一般都没安装扭矩仪,上紧油管接箍的扭矩,全凭经验,不按API规范给定的扭矩和旋转速度操作。在扭矩过大或速度过快的情况下,端口部分的陶瓷层往往会被挤裂。为适应现场操作,避免修井作业扭矩过高破坏油管端口内壁陶瓷层,特在端口处内嵌2mm厚的不锈钢保护环,既防止了端口陶瓷层破裂,又使端口部位提高了耐蚀性。


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联系电话:+86-438-2164333

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