專利名稱：油井管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用作套管的油井管，它不會因地面下沉而被毀壞。
一口生產(chǎn)原油的油井是由油管和套管構(gòu)成的，其中油管是將原油從油層中抽到地表上的油井管，套管是用于保護上述油管的油井管。因為大多數(shù)油井沿大致垂直方向鉆孔，由于受抽出原油等引起地面下沉的作用，用作套管的油井管受到一個向下拉的摩擦阻力。
然而，在一般的油井中，上述作用于油井的摩擦阻力不總是高的，所以油井受摩擦阻力破壞的可能性也不總是高的。因而，用于減少該阻力的儀器還沒有被制作出來。
近來隨著油井深度愈來愈深，由地面下沉引起的油井管破壞問題變得嚴重了。井管被埋在地下深處，受到高的地下壓力，所以摩擦阻力的作用加大，則油井管的破壞不能被忽略了。由于這個原因，使在地層和井管之間起作用的阻力減少的儀器已經(jīng)制成，而且已經(jīng)需要一種在地面下沉?xí)r不損壞的油井管。
本發(fā)明的目的是提供一種在地面下沉?xí)r不易被破壞的油井管，它是通過降低作用于油井管的摩擦阻力而使該管不易被破壞的，還提供了一種制造上述油井管的方法。
為達到此目的，本發(fā)明提供的一個油井管包括
一個油井管體，和一個在所述油井管體的外層上形成的滑動層;
還有，本發(fā)明提供了一種制造油井管的方法，包含步驟為準備一個油井管體;和在所述的油井管體的外邊形成滑動層;
所述的滑動層可用一種材料制成，這種材料在油井管的工作溫度下一年后，t秒鐘的剛度S(t)是10-5至103N/m2，剛度S(t)用下列等式表達其中采用的t秒后的變形量d(t)mm，摩擦阻力τN/m2和滑動層的厚度h mmS(t)＝3h.τ/d(t)

圖1是本發(fā)明的油井管的一剖示圖。
圖2是制造本發(fā)明油井管的方法的示意圖。
圖3表示了滑動層的不同狀態(tài)的示意圖。
本發(fā)明的油井管具有油井管體和在所述油井管體外面形成的滑動層。
若因地面下沉產(chǎn)生的摩擦阻力作用在垂直埋在地下的一根油井管上，在所述油井管外側(cè)的滑動層具有韌性(viscosity)，它受阻力被向下拉而產(chǎn)生變形，因而減少了作用在油井管體上的摩擦阻力。
具體見圖3所示，當一個恒定的剪切應(yīng)力(阻力)τ作用于滑動層21(具有各種狀態(tài)、且具有厚度h)的上表面上，在t秒鐘后，出現(xiàn)如圖虛線所示的滑動變形(各種狀態(tài)的)。
過t秒鐘后的變形量d(t)同摩擦阻力τ之間的關(guān)系可以用等式(1)表達。式中有滑動層的剛性(the stiffness)S(t)和其厚度h。
τ＝S(t).d(t)/3h···(1)從等式(1)中可以看出，使用具有低剛度S(t)的材料作滑動層，減少了阻力τ。
本發(fā)明的發(fā)明人做了實驗?zāi)Ｐ停l(fā)現(xiàn)為使油井管不易于因地面下沉而損壞，應(yīng)該使摩擦阻力τ為2×103N/m2或者更少，另外，我們發(fā)現(xiàn)該阻力τ減少到2×102N/m2或更低時，幾乎沒有油井管的損壞。
從上述結(jié)果中我們確定了滑動層的剛度S(t)值為103N/m2，假設(shè)滑動層的厚度是2mm，一年以后的滑動層的變形量d(t)是20mm，和連續(xù)作用的摩擦阻力是2×103N/m2的情況下，上述S(t)值不會造成油井管的損壞。
已發(fā)現(xiàn)一年后剛變S(t)為103N/m2或更低，油管不易于被損壞，如果剛度S(t)為102N/m2或更低，這時對應(yīng)的阻力是2×102N/m2或更低的值，油井管幾乎不出現(xiàn)損壞。
換言之，一種材料，其使用后一年的剛度S(t)超過103N/m2不會減少摩擦阻力，因為變形不夠，此時油管損壞的可能性很高。
還發(fā)現(xiàn)如果一年后的剛度S(t)低于10-5N/m2，滑動層則被軟化和變軟。
依本發(fā)明所用的材料的剛度S(t)在一年沒過去的期間逐步降低，但在一年過去之后，剛度S(t)則很少變化，基本上等于在一年過去那個時刻的剛度S(t)值，因而，在一年以后，所需S(t)的范圍是相同的。
如上所述，按本發(fā)明的油井管在其油井管體和下沉的地面之間有降低了的摩擦阻力，防止所述油井管的損壞，所以按在油井管應(yīng)用處的溫度選擇滑動層的原料。
就是說用作滑動層的材料必須在預(yù)定溫度范圍內(nèi)自然地顯示出預(yù)期的各種特性。
因而，當油井管用在溫度范圍100至130℃時，提出了一個油井管損壞的問題;在溫度為100至130℃之間選擇一種剛度為10-5到103N/m2，最好剛度為10-5至102N/m2的材料用作滑動層的材料，以防止油井管的損壞。
不用說，這種情況最好也符合除上述溫度范圍以外的溫度范圍。因此，所選用的材料最好在盡可能寬的溫度范圍內(nèi)具有上述剛度范圍。
現(xiàn)在，油井管的溫度是130°或更低，從上述條件下的幾種材料的試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，那幾種材料可以被用作滑動層。
首先，可用瀝青作原料，通過按預(yù)定的比例將直餾瀝青同加熱的瀝青混合，獲得在40至100℃的條件下一年后的剛度S(t)在10-5至103N/m2的范圍內(nèi)，得到的瀝青中可含粘合劑如樹脂、脂和油、橡膠、顏料和填充劑。
可以用聚乙烯作原料，通過改聚乙烯的密度可以改變它的軟化點。例如，當油井管用在溫度范圍為100-130℃時，必須選擇的聚乙烯具有密度是0.930g/cm3或更低的密度，符合這個溫度范圍內(nèi)上述剛度S(t)范圍的條件。
在100℃溫度下，具有大于0.930g/cm3密度的聚乙烯的一年后的剛度是103N/m2或更高，所以它不夠軟，不能起到滑動層的作用。與此相反具有0.930g/cm3密度或更低密度的聚乙烯，它的軟化溫度低于100℃，所以它作為滑動層時能夠起作用，因其一年后的剛度S(t)在100℃下是103N/m2或更低。
對于具有低密度(0.930g/cm3或較低)的聚乙烯，不需具體限定較低的密度下限，因為在130℃下一年后的剛度S(t)是10-5N/m2或者更高的狀態(tài)下，聚乙烯已經(jīng)符合要求。
馬來酸改性聚乙烯也可以被采用。當馬來酸改性聚乙烯的軟化點可以隨其密度變化而變化。例如，當油井管用在100-130℃的溫度時，馬來酸改性聚乙烯具有0.930g/cm3或更低的密度，正符合這個溫度范圍的上述剛度S(t)的條件。
馬來酸改性聚乙烯，具有超過0.930g/cm3的密度時，在100℃下一年后的剛度S(t)是103N/m2或者更大，所以它軟化不足，作為滑動層時不能起作用。相反，馬來酸改性聚乙烯具有0.930g/cm3或較低的密度時，其軟化溫度低于100℃，所以作為滑動層時它起作用，因為其密度S(t)一年后是103N/m2或更低。
對于具有較低密度(0.930g/cm3或較低)的馬來酸改性聚乙烯，不必明確其密度的下限，因為在130℃一年后的剛變S(t)是10-5N/m2或較高的條件，是滿足要求的。相對于油井管的鋼，馬來酸改性聚乙烯具有高粘性質(zhì)，因為它具有馬來酸的極性基團(apolan group)。
乙烯乙酸乙烯酯共聚物可供作為原料，通過選擇最佳的比例，可以在預(yù)定的溫度內(nèi)符合上述剛度S(t)范圍。因為乙烯乙酸酯比乙烯組分有較低的軟化溫度，通過在一固定區(qū)域內(nèi)改變其配合比例而自由選擇剛度S(t)。
為符合在40至130°溫度下上述的剛度S(t)范圍，在乙烯乙酸乙烯酯共聚物中的乙烯乙酸酯含量可以在5至60重量百分比范圍內(nèi)。
而且，為了制成滑動層可以允許馬來酸同乙烯乙酸乙烯酯共聚物起反應(yīng)，這時它相對油井管的鋼的粘性高，因為馬來酸是極性基團(a poaz gzoup)。
同理，一種馬來酸改性聚乙烯添加到乙烯乙酸乙烯酯共聚物中的材料是可用作滑動層。
如果需要，一種添加劑等可以同上述樹脂混合。這樣的滑動層可在油井管的表面上制成，例如，用擠壓貼膠(extruction coating)的方法制成。
下面將說明提供保護層的理由。保護層作于防止滑動層和油井管的損壞，當油井管被輸送或被埋時。本發(fā)明包含了需要具有保護層的油井管的狀況。
對于保護層，使用的材料在油井管所處的環(huán)境下不被軟化，當工作溫度的上限是130℃時，所使用的材料的軟化點超過130℃。
這樣的材料包括聚丙烯和聚烯樹脂，如乙烯-丙烯嵌段共聚物，最好采用聚丙烯或乙烯-丙烯嵌段共聚物，它的軟化溫度是140至170℃。
當由馬來酸改性聚乙烯制成的滑動層用乙烯-丙烯嵌段共聚物涂覆時，兩種材料都符合需要，因為它們具有高粘性。與滑動層相似，在需要時可以將添加劑混入保護層中。
用樹脂制成的保護層可以在滑動層的外圓周表面上形成，例如用擠壓貼膠的方法成形。另一方面，一種如低碳鋼的金屬用作保護層，例如，低碳鋼帶可以以螺旋的形式纏繞成形提供保護層。不用說，存在的保護層不影響作用在油井管的摩擦力。
舉例參考圖1和2，將說明作為本發(fā)明的一個實施例的油井管，圖1是本發(fā)明的油井管的剖示圖，在圖中，數(shù)字1代表油井管體，2是滑動層，3是保護層。
圖2是制造油井管方法的示意圖，用滑動層擠壓機4在油井管體的外周表面上［上擠壓貼膜制作滑動層2，用保護層擠壓機］5在所述滑動層2的外表面熱涂覆保護層3，制成油井管。
使用的鋼管是一個具有外直徑177.8mm，側(cè)壁厚度23.8mm和長度12000mm的油井管。用滑動層擠壓貼膜機4在其外表面上形成滑動層2，涂覆融化的瀝青、聚乙烯、馬來酸改性聚乙烯，乙烯乙酸乙烯酯共聚物，馬來酸改性乙烯基乙酸酯共聚物，或乙烯乙酸乙烯酯共聚物和馬來酸改性聚乙烯的混合物。在例子10、13和15號中及對照物的序號1和2號中，滑動層的厚度是1mm，其它例子中滑動層厚度是2mm。
用保護層擠壓貼膜機5將融化的聚乙烯，聚丙烯或乙烯-丙烯嵌段共聚物成形于滑動層2的外表面上構(gòu)成保護層3。保護層的厚度在例10中是4mm，對其它例是3mm。還有，一個油井管具有一層保護層，它是0.3mm厚，200mm寬的低碳鋼帶以螺旋形式纏繞的。不必說，當管子被作為例子樣品和對照例制作時，它沒有保護層。在這些例子對照例中，表1中給出了例子1至15及對照物例1至4，表2中給出了例子16至44，而表3中給出了例子45至60。
對于例1至60的油井管和對照例1至4，在溫度40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃和130℃的溫度下，一年后滑動層的剛度S(t)及保護層留在爐中以相同的溫度經(jīng)過一小時的穩(wěn)定性被測量。這些試驗的結(jié)果在表4至6中給出。
例1至60的油井管可以被用在該溫度范圍內(nèi)其一年后的剛度S(t)是10-5于103N/m2。在這個溫度范圍中，存在因地面下沉損壞油井管的可能性很小。對于在該溫度范圍中、在剛度S(t)為10-5至102N/m2下使用油井管是很安全的。
相反，在對照例1和2中在溫度不超過120℃時，和在對照例3和4中在任何溫度下發(fā)現(xiàn)一年后的剛度超過了103N/m2，所以摩擦力大，油井管在地面下沉?xí)r傾向于被損壞。
因為在例1至60中，在很寬的溫度范圍內(nèi)，油井管沒有不正常，所以，不僅在油井管被輸送、而油井管被埋在地下時，可以防止滑動層和油井管體的損壞。
因而，具有滑動層的油井管是安全的，對于由地面下沉引起的損壞是很安全的，它用在常溫到130℃的溫度范圍內(nèi)，該滑動層的材料主要包含瀝青，聚乙烯、馬來酸改性聚乙烯乙烯乙酸乙烯酯共聚物，馬來酸改性乙烯基乙酸酯共聚物，或這些材料的混合物。
本發(fā)明防止了由地面下沉引起的油井管破壞，也防止了當油井管被輸送或被埋時滑動層和油井管體的損壞。







權(quán)利要求
1.一種油井管，包含一種油井管體，和一種在所述油井管外側(cè)成形的滑動層。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的油井管，其中滑動層是用一種材料制成的，這種材料在所述油井管的工作溫度下經(jīng)過一年或更長的時間后具有t秒后的剛度S(t)為10-5至103N/m2;所述的剛度S(t)可以用下式表達，式中采用t秒后的變形量d(t)，其單位為mm，還采用摩擦阻力τ，單位N/m2，和滑動層的厚度h，單位是mmS(t)＝3h.τ/d(t)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井管，其中所述的滑動層是用瀝青制成的。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的油井管，其中所述的滑動層是由具有0.93g/cm3或更小密度的聚乙烯制成的。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的油井管，其中所述的滑動層是由馬來酸改性聚乙烯(maleic acid modified polyethylene)制成的，其密度為0.93g/cm3或者更小的密度。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述的油井管，其中所述的滑動層是用乙烯乙酸乙烯共聚物制成的。
7.據(jù)權(quán)利要求6所述的油井管，其中所述的乙烯乙酸乙烯共聚物含有5%至60%重量的乙烯基乙酸酯。
8.據(jù)權(quán)利要求1所述的油井管，其中所述的滑動層是用樹脂制成的，所述的樹脂是用乙烯乙酸乙烯酯共聚物同馬來酸改性聚乙烯相混合的。
9.據(jù)權(quán)利要求8所述的油井管，其中所述的乙烯乙酸乙烯酯共聚物含有5%-60%重量的乙烯基乙酸酯。
10.據(jù)權(quán)利要求1所述的油井管，其中所述的滑動層是由馬來酸改性乙烯乙酸乙烯酯共聚物構(gòu)成的。
11.據(jù)權(quán)利要求10所述的油井管，其中所述的馬來酸改性乙烯乙酸乙烯酯共聚物含有5%至60%重量的乙烯基乙酸酯。
12.據(jù)權(quán)利要求1所述的油井管，其中所述的滑動層是用擠壓貼膠工藝制成的。
13.據(jù)權(quán)利要求1所述的油井管，還包括在所述滑動層外側(cè)形成的保護層。
14.據(jù)權(quán)利要求13所述的油井管，其中所述的保護層，是由一種其軟化溫度超過油井管工作溫度的材料制成的。
15.據(jù)權(quán)利要求13所述的油井管，其中所述的保護層是用擠壓貼膠工藝制成的。
16.一種制造油井管的方法，包含下列步驟準備油井管體;和在所述油井管體的外表面上形成滑動層。
17.據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述滑動層是一種材料制成，這種材料在油井管的工作溫度下，經(jīng)過一年或更長的時間后，t秒后的剛度S(t)為10-5至103N/m2，所述的剛度可用下等式表達，式中采用了t秒后的變形量d(t)，其單位mm，采用了摩擦阻力τ，其單位N/m2，和滑動層的厚度h，單位mmS(t)＝3h.τ/d(t)
18.據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的滑動層是用瀝青制成的。
19.據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的滑動層用具有0.93g/cm3或更小密度的聚乙烯制成。
20.據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的滑動層是用馬來酸改性聚乙烯制成的，其密度為0.93g/cm3或更小。
21.據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的滑動層是用乙烯乙酸乙烯酯共聚物制成的。
22.據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述的乙烯乙酸乙烯酯共物含有5%至60%重量的乙烯基乙酸酯。
23.據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的滑動是用樹脂制成的，所述的樹脂是在乙烯乙酸乙烯共聚物中混合有馬來酸改性聚乙烯。
24.據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述的乙烯乙酸乙烯酯共聚物包含有5%至60%重量的乙烯基乙酸酯。
25.據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的滑動層是用馬來酸改性的乙烯乙酸乙烯酯共聚物。
26.據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中馬來酸改性的乙烯乙酸乙烯酯共聚物含有5%至60%重量的乙烯基乙酸酯。
27.據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的滑動層是用擠壓貼膜工藝制成的。
28.據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還進一步包括在所述滑動層外成形的保護層。
29.據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的保護層是用一種材料制成的，所述的材料具有一個超過所述油井管工作溫度的軟化溫度。
30.據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的保護層是通過擠壓貼膜工藝制成的。
全文摘要
一種油井管，由一個油井管體和所述油井管體外層形成的滑動層。一種制造油井管的方法，包含準備一個油井管體的工步和在所述油井管體的外側(cè)形成一個滑動層的工步。所述的滑動層是用一種材料制成的，這種材料在所述油井管的工作溫度下，一年或更長的時間后的剛度S(t)是10S(t)＝3h.τ/d(t)
文檔編號F16L9/12GK1107929SQ94113689
公開日1995年9月6日 申請日期1994年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月6日
發(fā)明者堀光昭, 中村壽男, 岡野嘉宏, 大須賀昭一, 黑澤利幸 申請人:日本鋼管株式會社