專利名稱：：油井管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及即使在由于地基下沉而蒙受變形的環(huán)境下使用也不被破壞的套管用的油井管。用于將原油從油層提吸到地上的油井是由油井管所構(gòu)成的。該油井管是由用于將原油提吸上來的管道用的油井管以及從外面保護(hù)管道用的油井管的套管用的油井管所組成。上述的油井由于一般都是垂直鉆探的，所以當(dāng)發(fā)生地基下沉?xí)r特別對套管用油井管(以下簡稱為油井管)起到向下的摩擦力作用。然而，在歷來大多數(shù)油井中，作用在上述油井管上的摩擦力不大，因此，油井管由于摩擦力而被破壞的幾率低，歷來并未采取減輕摩擦力的對策?？墒?，近年來隨著原油開采條件的惡化，油井的深度趨向于高深度化，構(gòu)成油井的油井管因地基下沉而破壞的問題開始明顯。也就是，由于高深度化而對油井管施加大的壓力，結(jié)果作用于其上的摩擦力變大，油井管破壞的事件已不能忽視。作為對其解決的方法，US-4483396中公開了一種油井管，是組合二根直徑不同的管子，它們滑動并相互移動，結(jié)果，使總長度改變，吸收應(yīng)變，減輕地基下沉的影響。然而，這是根據(jù)機(jī)械學(xué)原理而設(shè)計的，其本身以及用于其運行的周邊設(shè)備的成本都非常高。而且，由于它對減輕管子本身的應(yīng)變無效，因此，僅是由于導(dǎo)入了這種設(shè)備部分而減輕應(yīng)變的效果，因此不現(xiàn)實。本發(fā)明就是為解決這種問題而進(jìn)行的，本發(fā)明目的在于提供一種通過油井管體外部所設(shè)滑層來減輕作用于油井管上的摩擦力、即使由于地基下沉也難以破壞的油井管。而且，在很多場合，油井管的制造場所和實際使用的場所相距甚遠(yuǎn)，其運輸不易；又在施工時必須安裝到高深度，所以直到其實際使用時它從外部受到各種物理沖擊。本發(fā)明研究了在其間滑層的損傷情況，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有的由于滑層從鋼板表面產(chǎn)生部分剝離；在使用時，使滑層不能發(fā)揮其本來功能。也發(fā)現(xiàn)，在施工埋設(shè)油井管時，滑層有被損傷的可能性。又發(fā)現(xiàn)，當(dāng)考慮到安置油井管的環(huán)境時，在施工時油井管的溫度已達(dá)到作業(yè)時同樣的溫度，在安裝油井管的階段，滑層已開始移動。本發(fā)明的目的在于提供一種油井管，它在規(guī)定滑層的物理性值下減少施工時的滑動現(xiàn)象，更由于提高滑層和油井管體的粘結(jié)力；在滑層上導(dǎo)入保護(hù)層，從而防止由于在油井管運輸時或施工時因外部沖擊而受破壞以及防止摩擦力減低效果的下降。本發(fā)明是為解決以上課題而進(jìn)行，由于規(guī)定滑層的物理性值，所以施工時滑層不移動，它在作業(yè)時與地基下沉一起變形，使摩擦力減低而防止油井管的破壞。又，由于設(shè)有粘結(jié)層，使滑層和鋼管間的粘結(jié)牢固；由于在滑層上導(dǎo)入保護(hù)層，能防止直到安裝時因物理沖擊所受的損傷。在油井管外部所被覆的滑層在作業(yè)時的溫度下具有粘性，因此，當(dāng)伴隨地基下沉的摩擦力作用于地中垂直埋設(shè)的油井管時，在油井管外部所被覆的具有粘性的滑層由于摩擦力而向下方拖曳，并變形。對油井管作用的摩擦力大部分消耗于滑層的變形，因此，減輕作用于油井管本身的摩擦力。對這樣的現(xiàn)象用圖3所示的示意圖說明，也就是，因地基下沉所致的剪切應(yīng)力在具有粘性行為的、厚度為h的滑層10上作用時，在t秒后，發(fā)生圖中以虛線所示的剪切變形(粘性行為)，殘余負(fù)摩擦力τ在起作用。該t秒后的剪切變形量d(t)和殘余負(fù)摩擦力τ的關(guān)系是當(dāng)使用滑層的剛性系數(shù)S(t)和滑層厚度為h時，可以(1)式表示τ＝S(t)·d(t)/3h……(1)從(1)式可知，如使用剛性系數(shù)S(t)小的材料用作滑層時，可使殘余負(fù)摩擦力τ變小。通過模型實驗可知，為了降低由于地基下沉所引起的油井管的破壞，使摩擦力τ在4×103N/m2以下，特別是2×103N/m2以下時，則可完全抑制破壞。由于摩擦力τ依賴于油井溫度、滑層厚度、地基下沉量和時間，所以，如將在實際使用條件下的這些參數(shù)值代入(1)式時，可求得為使摩擦力τ在2×103N/m2以下的、滑層厚度和滑層材料所應(yīng)具有的剛性S(t)，這樣，將這種設(shè)計的滑層裝入油井管就能防止在油井處因地基下沉而引起的油井管的破壞。而且，作為S(t)值，通過動態(tài)粘彈性測定儀、剪切蠕變測試儀、滑板流變儀等所測定的時間-剛性曲線，以外推法而求得的1年后的剛性是足夠的。一般滑層的厚度為1mm以上，一年間的變形量為5mm以上，當(dāng)1年后的剛性系數(shù)S(t)如在10-5N/m2～103N/m2范圍內(nèi)，則摩擦力τ是在2×103N/m2內(nèi)，則油井管難以被破壞，實際上油井管的破壞不會發(fā)生。又，如S(t)在10-5N/m2以下時，則發(fā)生熔融流出。換言之，在上述的一般條件下，經(jīng)過1年后的剛性系數(shù)S(t)超過103N/m2的材料，其滑層的變形能力不充分，不能減輕摩擦力，所以油井管的破壞幾率高。也就是，如果滑層的厚度為2mm、1年后的滑層變形量d(t)為10mm時，1年后的剛性系數(shù)S(t)為103N/m2以下，則摩擦力τ在2×103N/m2以內(nèi)，油井管難以破壞，而且，當(dāng)經(jīng)過1年后的剛性系數(shù)S(t)在102N/m2以下時，對滑層作用的摩擦力在2×102N/m2以內(nèi)，實質(zhì)上油井管的破壞不會發(fā)生。還發(fā)現(xiàn)了，油井管在施工時的溫度往往比作業(yè)時的溫度低20℃左右，由于該溫度仍然是高溫，所以，由于滑層的自重和施工時所產(chǎn)生的各種應(yīng)力而使滑層開始變形。還發(fā)現(xiàn)，為了防止滑層變形，在施工時的溫度范圍內(nèi)，10天后的材料剛性如在2×102N/m2以上、特別是在103N/m2以上，則上述變形實際上不會發(fā)生。如上所述，本發(fā)明油井管依靠滑層的粘性行為而使下沉地基與油井管本體的摩擦力降低，從而防止油井管的破壞，可按照油井管所使用的溫度、地基下沉量來選定滑層的材料及其厚度。圖1是本發(fā)明實例的油井管的部分截面圖；圖2說明本發(fā)明實施例的油井管的制造方法；圖3說明滑層的粘性行為的示意圖。以下說明圖中的標(biāo)號。1油井管體2化學(xué)轉(zhuǎn)換處理、底漆處理等的底層處理層(需要時也可省略)3粘結(jié)層4滑層5保護(hù)層6底漆涂布槽7加熱爐8粘結(jié)層擠壓機(jī)9滑層擠壓機(jī)10保護(hù)層擠壓機(jī)實施發(fā)明的最佳方式由于油井溫度不同，通過在各種溫度范圍下在滿足上述條件的材料進(jìn)行研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有幾種材料可用于作為滑層。也就是，如上所述，根據(jù)有地基下沉問題的油井的一般地基下沉量、一般的滑層厚度，在工作溫度下的一年后的滑層剛性S(t)是在10-5～103N/m2之間范圍內(nèi)是優(yōu)選的，有幾種材料可以達(dá)到上述要求，滿足油井管不破壞的條件。首先，通過使直餾瀝青和熱瀝青按預(yù)定比例混合的瀝青，在40～100℃溫度范圍內(nèi)經(jīng)過1年后的剛性系數(shù)是在10-～103N/m2范圍內(nèi)的材料，在這些瀝青中可含有樹脂、油脂、橡膠、顏料和填料等添加劑。又，也可使用聚乙烯?；瑢铀镁垡蚁┢淙埸c在95℃以上，優(yōu)選在95～130℃范圍，特別好是在100～130℃范圍；軟化點為50～120℃，優(yōu)選為90～120℃。其它物理性質(zhì)中，MI在20g/10分鐘以下，優(yōu)選在0.01～20g/10分鐘，特別好的在0.1～10g/10分鐘；屈服點應(yīng)力為200kgf/cm2以下，優(yōu)選為80～150kgf/cm2，特別好的是80～120kgf/cm2。又，馬來酸酐與聚乙烯反應(yīng)所得的馬來酸酐改性的聚乙烯也可使用。至于乙烯-醋酸乙烯共聚物通過選擇其最適當(dāng)?shù)慕M成就可制得在目標(biāo)的溫度范圍內(nèi)滿足上述剛性范圍的材料。例如，為滿足在40～130℃范圍內(nèi)上述剛性值，將在乙烯-醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯的比例定在5～60重量％。又，通過馬來酸酐和乙烯-醋酸乙烯共聚物反應(yīng)，而得到的馬來酸酐改性的乙烯-醋酸乙烯共聚物也可供使用。又，還可使用乙烯-馬來酸酐共聚樹脂、乙烯-丙烯酸酯共聚樹脂、乙烯-馬來酸酐丙烯酸共聚樹脂等。而且，當(dāng)油井溫度高時，可使用聚丙烯、馬來酸酐改性的聚丙烯、聚丁烯、乙烯-丙烯共聚樹脂等。在上述滑層所用樹脂中，如有必要，也可在無損于所需性能范圍內(nèi)混合或添加抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、顏料、無機(jī)填料、阻燃劑、增塑劑、成核劑、抗靜電劑等?；瑢拥暮穸入S著所預(yù)測地基的下沉量、材料等的不同而不同，但其厚度為0.5mm～10mm，通常為1～5mm。又，在大多數(shù)情況下，油井管的制造場所和實際使用場所距離較遠(yuǎn)，不易運輸；又，在施工時必須安裝直到高深度等，因此，在其實際使用時，油井管要經(jīng)受各種外來的物理性沖擊。結(jié)果，嚴(yán)重時，上述滑層因受物理沖擊而被破壞，從油井管體剝離或脫落，以致有可能在施工后不能發(fā)揮其本來的功能。然而，按照本發(fā)明，由于在滑層和油井管體之間設(shè)有粘結(jié)層，使油井管體和滑層問的粘結(jié)力提高，以致能防止因物理沖擊所導(dǎo)致的滑層損壞。粘結(jié)層優(yōu)選是由對滑層有粘結(jié)性的、不飽和羧酸類改性的聚烯徑樹脂或不飽和羧酸類和鏈烯烴的共聚樹脂所形成。不飽和羧酸類是不飽和羧酸及其衍生物的總稱。衍生物是其酯類、酰胺類、酐類等。作為不飽和羧酸類的實例有丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、富馬酸、依康酸、裸酸、馬來酸酐、檸康酸酐、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸縮水甘油基酯、馬來酸二甲酯、丙烯酸酰胺、馬來酸一酰胺、N-丁基馬來酰亞胺等，其中，優(yōu)選的是丙烯酸、馬來酸、馬來酸酐，裸酸，而馬來酸酐特別好。鏈烯烴是乙烯、丙烯、乙烯/醋酸乙烯等，其中以乙烯和丙烯最好。該粘結(jié)性樹脂可按N-聚合物(Nポリマ-)、阿德馬(アドマ-)、莫狄克(モディツク)等商品名而從各公司購得。用于本發(fā)明粘結(jié)層的優(yōu)選樹脂是馬來酸酐改性的聚乙烯、乙烯-馬來酸酐共聚樹脂、乙烯-馬來酸酐丙烯酸酯共聚樹脂、馬來酸酐改性的乙烯一醋酸乙烯共聚樹脂、馬來酸酐改性的聚丙烯等，粘結(jié)層優(yōu)選是以上述樹脂為主成分。在使用上述材料作為粘結(jié)層時，在由于成型時加熱所致的融合而使粘結(jié)層牢固地粘結(jié)到位于粘結(jié)層外面的滑層，在粘結(jié)層內(nèi)部的化學(xué)轉(zhuǎn)換處理、底漆處理或基鐵由于在上述樹脂中的馬來酸酐基等與基底的羥基等的極性基通過氫鍵、共價鍵、靜電鍵等而牢固地結(jié)合，結(jié)果，使滑層與油井管體牢固地粘結(jié)。在上述樹脂中，馬來酸酐成分、丙烯酸成分等的含量以達(dá)到具有所需粘結(jié)力為優(yōu)選，而且可選擇其含量能夠形成易于成型的粘度。一般，不飽和羧酸類的含量為0.01～20重量％，優(yōu)選為0.05～5重量％。粘結(jié)層的厚度為0.05～2mm，優(yōu)選為0.1～0.5mm。在上述粘結(jié)層中所用的樹脂也可按需要，并在無損于所要求性能范圍內(nèi)混合、添加抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、顏料、無機(jī)填料、阻燃劑、增塑劑、成核劑、抗靜電劑等添加劑。這樣的粘結(jié)層和滑層可在油井管的外面以例如擠壓貼膠、層壓或粉末涂層等而形成。又，為了使粘結(jié)層和基底粘結(jié)良好，或者為了加強(qiáng)抗銹能力，也可進(jìn)行鉻酸鹽處理等的化學(xué)轉(zhuǎn)換處理和/或由環(huán)氧樹脂等所構(gòu)成的底漆處理。在滑層上可設(shè)置保護(hù)層，保護(hù)層是用于防止油井管在運輸和埋設(shè)施工時滑層和油井管體受損傷。在保護(hù)層中使用的材料是在油井管所使用的環(huán)境下不會軟化的，也就是，當(dāng)使用溫度的上限是130℃時，所使用的材料的軟化點要大于130℃。作為這種材料，可以是聚丙烯和乙烯-丙烯嵌段共聚物等的聚烯烴樹脂，尤其是軟化溫度為140-170℃的聚丙烯和乙烯-丙烯嵌段共聚物。保護(hù)層也與滑層一樣，必要時可混入添加劑。保護(hù)層的厚度為0.1～10mm，優(yōu)選為0.5～5mm。保護(hù)層可用例如擠壓貼膠在滑層外周上成型。另一方面，軟鋼等金屬也可用作保護(hù)層，例如，可將軟鋼的鋼帶卷成螺旋狀而用作保護(hù)層。這種保護(hù)層對作用在油井管上的摩擦力沒有影響。作為本發(fā)明油井管的制造方法，首先，按需要進(jìn)行前處理再進(jìn)行表面處理。本發(fā)明所說的前處理是按照常規(guī)除去油分、進(jìn)行酸洗、噴砂處理等。表面處理是在鋼管表面上形成膜的處理，除鉻酸鹽處理、磷酸鋅處理等外，還包含使用環(huán)氧樹脂系的底漆進(jìn)行底漆處理。前處理，表面處理后，在油井管體1的外周面上用二層模將加熱熔融到熔點以上的粘結(jié)層3和滑層4一起擠壓成管狀或片狀而貼膠，再在其上涂層保護(hù)層5，以制造油井管。又，作為另外的涂層方法也可用單層模按順序涂層粘結(jié)層、滑層、保護(hù)層。作為本發(fā)明實例的油井管用圖1和2加以說明。圖1是該油井管的截面圖，1是油井管體，2是化學(xué)轉(zhuǎn)換處理，底漆處理等的基底處理層(必要時也可以省略)，3是粘結(jié)層、4是滑層，5是保護(hù)層。另外，圖2是表示油井管的一個制造方法的說明圖。在該油井管體1的外周面上分別以底漆涂槽6涂層底漆層2，以加熱爐7加熱硬化后，用粘結(jié)層擠壓機(jī)8貼膠粘結(jié)層3，接著，用滑層擠壓機(jī)9施加滑層4，并用保護(hù)層擠出機(jī)10施加保護(hù)層5。實施例1～63使用圖2所示裝置，在外徑177.8mm、壁厚23.8mm、長12,000mm的鋼管外周面上，提供在表1～4(實施例1～36)所示的滑層、粘結(jié)層(厚0.2mm)、保護(hù)層(厚3mm)。表中的可拉引速度是在200℃下將樹脂以3g/min擠壓成股線時、以恒速拉引、使股線不致斷開的拉引速度。表1表2表3>對上述實施例1～63的油井管的粘結(jié)力、耐熱沖擊性、耐水性進(jìn)行了評價。結(jié)果示于表5、6。又，將實施例1～63的各試料放入不同溫度的爐中，在最外層上在1mm2的面積負(fù)載1kg的力，并放置1小時。評價最外層穩(wěn)定性是通過其外觀(裂紋、剝離、變形)而進(jìn)行的，結(jié)果示于表7、8。粘結(jié)力在管長方向上開一個寬1cm的切口，用一部分作為夾緊端，以拉伸速度為50mm/min，剝離角度為90°，測定其剝離時的強(qiáng)度，其測定溫度為23℃。耐熱沖擊性將油井管放入80℃23℃5℃(各1小時)循環(huán)的氣氛中，測定20個循環(huán)后的粘結(jié)力。防水試驗將油井管浸入水(23℃)中，30天后觀察剝離狀態(tài)?！鸩粍冸x△剝離1mm以下×剝離1mm以上對實施例1～63、比較例1的油井管，在表所示溫度下，測定經(jīng)過1年后滑層的剛性系數(shù)S(t)，并測得在變形量為200mm時的殘余負(fù)摩擦力τ。此外在該環(huán)境下進(jìn)行了使用性的試驗，結(jié)果示于表9～14。對實施例1～63的油井管，在表所示溫度下，測定其經(jīng)過10天后滑層的剛性系數(shù)S(t)，其結(jié)果以及在該溫度下滑層是否變形的評價示于表15～20。在表21～22中列出了實施例1～63、比較例1的粘結(jié)層、保護(hù)層的評價結(jié)果以及滑層的可能施工溫度、作業(yè)溫度的范圍。表5<p>表6p><p>表7表8<p>表>表11*實施例27實施例35，36，39，40也同樣表12*實施例37實施例38也同樣表13實施例41實施例43～實施例45也同樣實施例47實施例48，49也同樣實施例52實施例53，54也同樣表14>*實施例55實施例57也同樣、實施例58實施例59也同樣、實施例60實施例61也同樣、實施例62實施例63也同樣表15表16*實施例5實施例19，21也同樣、實施例8實施例20，22，23也同樣實施例10實施例12～15也同樣、實施例16實施例18也同樣表17實施例27實施例35，36，39，40也與之相同表18實施例37實施例38也與之相同表19*實施例41實施例43，44，45也與之相同實施例47實施例48，49也與之相同實施例52實施例53，54也與之相同表20上行經(jīng)過10天后在各溫度下的剛性系數(shù)(N/m2)下行評價◎最適宜(滑層不變形)○可使用(滑層有點變形)×不可使用(變形)120℃130℃140℃150℃160℃170℃180℃190℃實施例55*10610610610510610610210-1◎◎◎◎◎◎××實施例5610610610610610610210-110-1◎◎◎◎◎×××實施例58*10610610610610610210-110-1◎◎◎◎◎×××實施例60*10610610610610210-110-110-3◎◎◎◎××××實施例62*10610610610210-110-110-410-5◎◎◎×××××</table></tables>*實施例55實施例57也同樣實施例58實施例59也同樣實施例60實施例61也同樣實施例62實施例63也同樣表21>表22<p>從表21、22可見，設(shè)有粘結(jié)層的油井管其滑層和鋼管牢固地粘結(jié)，并且，耐熱沖擊性、防水性等的結(jié)果也良好，因此，在油井管運輸時，對施工時的物理沖擊具有充分耐受的粘結(jié)力，即使在苛刻條件下滑層也不會脫落，因此，施工后可發(fā)揮滑層本來的性能，油井管不會因地基下沉而破壞。又，作為滑層使用粘結(jié)樹脂時其結(jié)果也相同。又，設(shè)有保護(hù)層的油井管在寬廣的溫度范圍內(nèi)都無異常，在油井管運輸直到施工、作業(yè)時都可防止油井管的損傷。再者，實施例1-的油井管可在經(jīng)過1年后的殘余負(fù)摩擦力為2×103N/m2以下，經(jīng)過1年后的剛性系數(shù)S(t)為10-5～103范圍內(nèi)的溫度范圍下使用，油井管因地基下沉而破壞的可能性小。又，在十天后的剛性系數(shù)S(t)為2×102以上的溫度范圍內(nèi)可施工。根據(jù)本發(fā)明，能防止油井管因地基下沉所致的破壞，同時，在油井管運輸以及油井管埋設(shè)施工時也能防止滑層和油井管體的損傷。權(quán)利要求1.油井管，其特征在于，在管體的外面設(shè)有以有機(jī)物為主成分的滑層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述油井管，其特征在于，所述滑層是由經(jīng)過1年變形后使其殘余摩擦力成為2×103N/m2以下的材料·厚度所構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述油井管，其特征在于，所述滑層是由在油井管使用溫度下，經(jīng)過一年變形后的剛性系數(shù)S(t)在10-5N/m2到103N/m2范圍內(nèi)的材料所構(gòu)成。4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的油井管，其特征在于，在油井管的施工溫度下，上述滑層由經(jīng)過10天變形后其剛性系數(shù)S(t)為2×102N/m2以上的材料·厚度所構(gòu)成。5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的油井管，其特征在于，所述滑層是以瀝青為主的材料所構(gòu)成。6.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的油井管，其特征在于，所述滑層是由以聚乙烯、馬來酸酐改性的聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚樹脂、馬來酸酐改性的乙烯-醋酸乙烯共聚樹脂、乙烯馬來酸酐共聚樹脂、乙烯-丙烯酸酯共聚樹脂、乙烯馬來酸酐丙烯酸酯共聚樹脂、聚丙烯、聚丁烯、馬來酸酐改性的聚丙烯、或乙烯-丙烯共聚合樹脂為主的材料或者將它們混合所得樹脂為主的材料所構(gòu)成。7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的油井管，其特征在于，在管體和滑層之間有粘結(jié)層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的油井管，其特征在于，所述粘結(jié)層是由以馬來酸酐改性的聚乙烯或乙烯-馬來酸酐共聚樹脂、或乙烯-馬來酸酐丙烯酸酯共聚樹脂、馬來酸酐改性的乙烯-醋酸乙烯共聚樹脂、馬來酸酐改性的聚丙烯為主的材料所構(gòu)成。9.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的油井管，其特征在于，在滑層的外面有保護(hù)層。10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的油井管，其特征在于，在滑層的外面有保護(hù)層。11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的油井管，其特征在于，所述保護(hù)層由以聚丙烯、聚丁烯或乙烯-丙烯共聚物為主的材料所構(gòu)成。全文摘要本發(fā)明提供通過在油井管本體外部所設(shè)滑層來減輕作用于油井管上的摩擦力、即使由于地基下沉也難以破壞的油井管。其特征在于，在油井管使用溫度下，滑層由經(jīng)過1年變形后其殘余負(fù)摩擦力成為2×10文檔編號E21B17/00GK1239539SQ98801291公開日1999年12月22日申請日期1998年7月17日優(yōu)先權(quán)日1997年7月22日發(fā)明者長谷川佳代,菅原啟司,西正嗣,和田英之申請人:日本鋼管株式會社