CN103600503A - 超高分子量聚乙烯复合油管生产方法及生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高分子聚乙烯油管生产方法及生产系统，方法中，通过利用超高分子聚乙烯材料的记忆性，采用特殊的复合工艺：将外径大于钢管内径的超高分子量聚乙烯内衬管进行缩径处理、套入钢管、再加热使得超高分子量聚乙烯内衬管直径复原，与钢管之间形成一体式结构，其结合致密、牢固，不会出现分层与剥离；本发明还通过引入添加剂，大幅改善超高分子量聚乙烯的流动性，以生产出壁厚度小的内衬管，降低了成本。本发明的超高分子聚乙烯复合油管全面保留了超高分子量聚乙烯管特有的记忆性好、耐冲击性高、耐温性好、耐磨、防腐、防结蜡，防结垢等优越性能。本发明还公开了上述生产方法配套的生产系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合油管的生产方法及生产系统，尤其涉及一种超高分子量聚乙烯复合油管生产工艺及生产系统。
背景技术
油井管作为石油、天然气勘探、开发领域的重要耗材，在石油工业中占有重要的位置，其主要包括钻柱构件，如钻杆、方钻杆、钻铤，套管及油管等。目前我国每年消耗油井管200多万吨，其中油管的消耗约50万吨。
现有技术中，一般采用钢质油管，其使用寿命短、更换周期短，主要原因来自于使用过程中的磨损和腐蚀两个方面。其中，磨损主要表现为偏磨，偏磨之后易加剧油管的电化学腐蚀。另一方面，由于钢质油管内壁容易出现结垢，主要是结蜡，导致油管有效孔径减小，造成不得不频繁升井、停车清洗，既降低生产效率，又导致生产成本的增加。
为解决油管的磨损、腐蚀、管壁结垢堵孔等问题，人们尝试了如内壁涂层、内衬管等多种方法。
其中，采用内壁涂层处理方法进行油管处理，由于油管内除锈无法做到干净、彻底，造成内壁涂层附着力降低，在油管使用过程中涂层会逐渐剥落、脱离；更为严重的是，脱落下来的涂料杂质甚至还可能引发井下事故；
采用衬胶、衬塑等内衬方法进行油管处理，是目前相对较好的一种解决办法，对于延长油管的使用寿命、减少油管内壁结垢造成堵孔等方面具有较好地技术效果。但现有技术中的各种衬胶、衬塑复合油管由于所衬衬里层材质及内衬工艺的原因，或多或少地均存在与钢管贴合性不好，容易出现内衬层剥离、松脱，使用寿命短的问题。
近年来，超分子量聚乙烯产业发展更是十分迅速。主要原因在于，超高分子量聚乙烯管具有极高的耐磨特性、极高的耐冲击性、优良的耐腐蚀性能和良好的自润滑性、独特的耐低温性、不易结垢、耐环境应力开裂性能优异、抗疲劳强度高等性能。
基于上述超高分子量聚乙烯的优越的材料性能，近年来，超高分子量聚乙烯材料作为衬里的各种钢衬超高分子量聚乙烯的管材得到了开发和应用。其采用的加工工艺一直沿用传统的将待衬塑料加热熔化至流态再进行注塑的工艺的但传统注塑方法进行钢衬塑，这其中，钢铁表面处理工序复杂、处理要求高，注塑过程需要预先制作模具，成型后还需要脱模等繁琐工艺步骤，一定程度造成了成品质量及质量的稳定性和一致性差，甚至出现超高分子量聚乙烯材料与钢管贴合性不好、内衬层剥离、松脱等现象，且产品的制造成本高等诸多方面的不足。
发明内容
本发明的目的是，提供一种复合工艺简单、制造成本低廉、复合效果好的超高分子量聚乙烯管复合油管的生产方法。其利用超高分子聚乙烯材料记忆性好的特性，将外径大于钢管内径的超高分子量聚乙烯内衬管经缩径机缩径处理后插入钢管中，再在高温的作用下将超高分子量聚乙烯内衬管恢复到缩径处理前的直径，使得超高分子量聚乙烯管内衬管与钢管之间形成一体式结构，其结合致密、牢固，不会出现分层与剥离。
本发明要解决的技术问题是，如何将外径大于钢管内径的超高分子量聚乙烯内衬管进行缩径处理，并将缩径处理后的超高分子量聚乙烯内衬管在插入钢管之后实现其“直径记忆性恢复”的技术问题；并有效解决传统复合工艺生产的复合管易于出现分层剥离或松动的技术问题。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是，一种超高分子量聚乙烯复合油管的生产方法，包括以下步骤：
将超高分子量聚乙烯原料和添加剂加到低速混料机中混合，得到混合料的步骤；
将混合料加到挤出机，在挤出机内加热至熔点以上并挤出至成型模具，在成型模具内成型为超高分子量聚乙烯管的步骤；其中，所述添加剂中含有纳米二硫化钼，纳米石墨；
将上述超高分子量聚乙烯管依次经过真空定径、冷却定型、定长切断，制得超高分子量聚乙烯内衬管的步骤；
将超高分子量聚乙烯内衬管经缩径机进行缩径处理的步骤；
其中，所述缩径机具有多组压辊，每组压辊由三个同直径的压辊组成，每个压辊的外端面表面均为120度圆弧面，每组压辊的外端面沿超高分子量聚乙烯内衬管进入的方向形成一个封闭的由粗到细的圆台形空腔；所述超高分子量聚乙烯内衬管从所述圆台形空腔的粗端进入，在每组压辊旋转带动和挤压下从该圆台形空腔的细端出来，对所述内衬管进行缩径处理；经缩径处理后的超高分子量聚乙烯内衬管外径比钢管内径小2mm；
将缩径后的超高分子量聚乙烯内衬管与钢管在复合模具内进行复合制得半成品复合管的步骤；其中，缩径处理前的超高分子量聚乙烯内衬管的外径大于所述钢管的内径；
本步骤中，所制得的半成品复合管其超高分子量聚乙烯内衬管的长度比所述钢管的长度长；
上述半成品复合管进入热箱进行加热处理，再将超高分子量聚乙烯内衬管两端伸出钢管的部分分别通过翻边装置进行翻边，制得成品复合管的步骤。
上述技术方案直接产生的技术效果是，在超高分子量聚乙烯内衬管制备原料中引入含有纳米二硫化钼，纳米石墨的添加剂成分，可大幅改善超高分子量聚乙烯的流动性，提高挤出速度，获得的超高分子量聚乙烯内衬管管壁厚度大大减小。因而，可大幅降低主要原材料的制造成本，进而大幅降低整个生产制造成本；
上述方法充分利用超高分子聚乙烯材料记忆性好的特性，将外径大于钢管内径的超高分子量聚乙烯内衬管经缩径机缩径处理后插入钢管中，再在高温的作用下将超高分子量聚乙烯内衬管恢复到缩径处理前的直径，使得超高分子量聚乙烯管内衬管与钢管之间成过盈配合并成为牢固结合的一体式结构，从而完成复合过程。现对于现有技术的复合工艺，本发明的超高分子量聚乙烯管内衬管与钢管之间的复合工艺简单、控制与操作难度大幅降低，相应地，复合成本更低，超高分子量聚乙烯内衬管与钢管结合更加致密、牢固，并且不会产生分层剥离等问题。
采用上述技术方案生产出的超高分子量聚乙烯管复合油管全面保留了超高分子量聚乙烯管特有的记忆性好、耐冲击性高、耐温性好、耐磨、防腐、防结蜡，防结垢等优越性能。
作为优选，上述超高分子聚乙烯复合油管的生产方法中，还包括将所述成品复合管经通径检验合格后，再经过拧扣机进行接箍的步骤。
上述优选技术方案直接产生的技术效果是，便于超高分子聚乙烯复合油管之间的标准化安装和连接，使得所制取的超高分子聚乙烯复合油管具备互换性。
作为另一种优选，上述钢管为旧油管，所述旧油管需预先经过清洗装置进行清洗干净。
该优选技术方案直接产生的技术效果是，上述超高分子聚乙烯复合油管生产方法中，其主要原材料之一的钢管，既可以采用新钢管、也可以采用旧油管。这有利于资源的综合利用，并具有更为广阔的市场推广应用前景。
综上所述，本发明的超高分子量聚乙烯管复合油管的生产方法，充分利用超高分子聚乙烯材料记忆性好的特性，将外径大于钢管内径的超高分子量聚乙烯内衬管经缩径机缩径处理后插入钢管中，再在高温的作用下将超高分子量聚乙烯内衬管恢复到缩径处理前的直径，使得超高分子量聚乙烯管内衬管与钢管之间成过盈配合并成为牢固结合的一体式结构，从而完成复合过程；其复合工艺更简单、复合过程控制难度更小，相应地，复合成本更低，超高分子量聚乙烯内衬管与钢管结合更加致密、牢固，并且不会产生分层剥离等问题；采用本发明的方法其制造成本低，生产出的超高分子量聚乙烯管复合油管全面保留了超高分子量聚乙烯管特有的记忆性好、耐冲击性高、耐温性好、耐磨、防腐、防结蜡，防结垢等优越性能。
本发明的另一个目的是，提供一种用于上述超高分子量聚乙烯复合油管生产方法的生产系统。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是，一种用于权利要求1所述的超高分子量聚乙烯复合油管生产方法的生产系统，包括混料机、挤出机、内衬管成型模具、真空定径机、冷却定型机缩径机、复合模具、加热箱、翻边机、通径检验机、拧扣机；其中，
所述挤出机与混料机直接相连，所述混料机用于将超高分子量聚乙烯原料与添加剂混合；
所述内衬管成型模具用于将挤出机挤出的混合料加工成管；
所述真空定径机用于将内衬管真空定径；
所述冷却定型机用于将定径后的内衬管冷确定型；
所述定长切断机将上述冷却后的内衬管定长切断，得到不同长度的内衬管；
所述缩径机具有多组压辊，每组压辊由三个同直径的压辊组成，每个压辊的外端面表面均为120度圆弧面，每组压辊的外端面沿超高分子量聚乙烯内衬管进入的方向形成一个封闭的由粗到细的圆台形空腔；所述超高分子量聚乙烯内衬管从所述圆台形空腔的粗端进入，在每组压辊旋转带动和挤压下从该圆台形空腔的细端出来，完成所述超高分子量聚乙烯内衬管的缩径处理；
所述复合模具用于将上述缩径后的内衬管和油管进行复合，得到复合管内衬管长于外管；
所述翻边机用于将上述复合油管的内衬管的两端分别进行翻边处理；
所述通径检验机用于检验复合管通径是否均匀；
所述拧扣机对上述复合油管进行接箍。
作为优选，上述专用生产系统中，还包括有清洗机，所述清洗机专用于旧油管的清洗。
采用上述优选技术方案，使得上述专用生产系统既能采用新钢管，也能使用旧油管作为原料生产超高分子量聚乙烯复合油管。
附图说明
图1为超高分子量聚乙烯复合油管生产工艺流程示意图；
图2为缩径机工作原理示意图。
具体实施方式
以下分别结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
如图1所示，本发明的超高分子量聚乙烯复合油管生产方法，包括以下步骤：
将超高分子量聚乙烯原料和添加剂加到低速混料机中混合，得到混合料的步骤；
将混合料加到挤出机，在挤出机内加热至熔点以上并挤出至成型模具，在成型模具内成型为超高分子量聚乙烯管的步骤；其中，所述添加剂中含有纳米二硫化钼，纳米石墨；
将上述超高分子量聚乙烯管依次经过真空定径、冷却定型、定长切断，制得超高分子量聚乙烯内衬管的步骤；
将超高分子量聚乙烯内衬管经缩径机进行缩径处理的步骤；
其中，所述缩径机具有多组压辊，每组压辊由三个同直径的压辊组成，每个压辊的外端面表面均为120度圆弧面，每组压辊的外端面沿超高分子量聚乙烯内衬管进入的方向形成一个封闭的由粗到细的圆台形空腔；所述超高分子量聚乙烯内衬管从所述圆台形空腔粗端进入，在每组压辊旋转带动和挤压下从该圆台形空腔的细端出来，对所述内衬管进行缩径处理；经缩径处理后的超高分子量聚乙烯内衬管外径比钢管内径小2mm；
将缩径后的超高分子量聚乙烯内衬管与钢管在复合模具内进行复合制得半成品复合管的步骤；其中，缩径处理前的超高分子量聚乙烯内衬管的外径大于所述钢管的内径；
本步骤中，所制得的半成品复合管其超高分子量聚乙烯内衬管的长度比所述钢管的长度长；
上述半成品复合管进入热箱进行加热处理，再将超高分子量聚乙烯内衬管两端伸出钢管的部分分别通过翻边装置进行翻边，制得成品复合管的步骤。
通过上述方法步骤制得的超高分子量聚乙烯复合油管，还包括将所述成品复合管经通径检验合格后，再经过拧扣机安装接箍标准件的步骤。
若钢管为旧油管，则该旧油管需预先经过清洗装置进行清洗干净。
图2为缩径机工作原理示意图，图中，1表示压辊的旋转轴方向，2表示压辊，3表示超高分子量聚乙烯内衬管。如图2所示，3个压辊2的外端面形成一个封闭圆形，供超高分子量聚乙烯内衬管3进入，每个压辊2沿其旋转轴方向1旋转，这样3个压辊2的外端面通过摩擦力提供超高分子量聚乙烯内衬管3运动的动力。
以下结合实施例，对本发明作进一步的说明：
实施例1
超高分子量聚乙烯内衬管内径53±0.5mm，外径65±0.2mm，壁厚3.4～3.7mm；
钢管外径75±0.2mm，管通径规直径为51mm，通径规长度为1200mm，接箍最小长度158mm。
本实施例中，超高分子量聚乙烯内衬管与钢管复合后，内衬管两端伸出钢管的部分分别通过翻边装置进行翻边之前，其内衬管从钢管中抽拔出来所需要的拔出力大于10KN。
实施例2
超高分子量聚乙烯内衬管内径67±0.5mm，外径79±0.2mm，壁厚4.2～4.5mm；
钢管外径89±0.2mm，通径规直径为51mm，通径规长度为1200mm，接箍最小长度171mm。
本实施例中，超高分子量聚乙烯内衬管与钢管复合后，内衬管两端伸出钢管的部分分别通过翻边装置进行翻边之前，其内衬管从钢管中抽拔出来所需要的拔出力大于12KN。
实施例3
超高分子量聚乙烯内衬管内径90±0.5mm，外径105±0.2mm，壁厚4.7～5.3mm；
钢管外径119±0.2mm，通径规直径为86mm，通径规长度为1200mm，接箍最小长度186mm。
本实施例中，超高分子量聚乙烯内衬管与钢管复合后，内衬管两端伸出钢管的部分分别通过翻边装置进行翻边之前，其内衬管从钢管中抽拔出来所需要的拔出力大于14KN。
Claims (5)
1.一种超高分子量聚乙烯复合油管的生产方法，包括以下步骤：
将超高分子量聚乙烯原料和添加剂加到低速混料机中混合，得到混合料的步骤；
将混合料加到挤出机，在挤出机内加热至熔点以上并挤出至成型模具，在成型模具内成型为超高分子量聚乙烯管的步骤；其中，所述添加剂中含有纳米二硫化钼，纳米石墨；
将上述超高分子量聚乙烯管依次经过真空定径、冷却定型、定长切断，制得超高分子量聚乙烯内衬管的步骤；
将超高分子量聚乙烯内衬管经缩径机进行缩径处理的步骤；
其中，所述缩径机具有多组压辊，每组压辊由三个同直径的压辊组成，每个压辊的外端面表面均为120度圆弧面，每组压辊的外端面沿超高分子量聚乙烯内衬管进入的方向形成一个封闭的由粗到细的圆台形空腔；所述超高分子量聚乙烯内衬管从所述圆台形空腔的粗端进入，在每组压辊旋转带动和挤压下从该圆台形空腔的细端出来，对所述内衬管进行缩径处理；经缩径处理后的超高分子量聚乙烯内衬管外径比钢管内径小2mm；
将缩径后的超高分子量聚乙烯内衬管与钢管在复合模具内进行复合制得半成品复合管的步骤；其中，缩径处理前的超高分子量聚乙烯内衬管的外径大于所述钢管的内径；
本步骤中，所制得的半成品复合管其超高分子量聚乙烯内衬管的长度比所述钢管的长度长；
上述半成品复合管进入热箱进行加热处理，再将超高分子量聚乙烯内衬管两端伸出钢管的部分分别通过翻边装置进行翻边，制得成品复合管的步骤。
2.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯复合油管的生产方法，其特征在于，还包括将所述成品复合管经通径检验合格后，再经过拧扣机安装接箍标准件的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的超高分子量聚乙烯复合油管的生产方法，其特征在于，所述钢管为旧油管，所述旧油管需预先经过清洗装置进行清洗干净。
4.一种用于权利要求1所述的超高分子量聚乙烯复合油管生产方法的生产系统，包括混料机、挤出机、内衬管成型模具、真空定径机、冷却定型机缩径机、复合模具、加热箱、翻边机、通径检验机、拧扣机；其中，
所述挤出机与混料机直接相连，所述混料机将超高分子量聚乙烯原料与添加剂混合；
所述内衬管成型模具将挤出机挤出的混合料加工成管；
所述真空定径机将内衬管真空定径；
所述冷却定型机将定径后的内衬管冷确定型；
所述定长切断机将上述冷却后的内衬管定长切断，得到不同长度的内衬管；
所述缩径机具有多组压辊，每组压辊由三个同直径的压辊组成，每个压辊的外端面表面均为120度圆弧面，每组压辊的外端面沿超高分子量聚乙烯内衬管进入的方向形成一个封闭的由粗到细的圆台形空腔；所述超高分子量聚乙烯内衬管从所述圆台形空腔的粗端进入，在每组压辊旋转带动和挤压下从该圆台形空腔的细端出来，完成所述超高分子量聚乙烯内衬管的缩径处理；
所述复合模具将上述缩径后的内衬管和油管进行复合，得到复合管内衬管长于外管；
所述翻边机将上述复合油管的内衬管的两端分别进行翻边处理；
所述通径检验机检验复合管通径是否均匀；
所述拧扣机对上述复合油管进行接箍。
5.根据权利要求4所述的超高分子量聚乙烯复合油管的生产系统，其特征在于，还包括有清洗机，所述清洗机专用于旧油管的清洗。
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