CN107355187A - 一种智能井下用柔性复合连续油管及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能井下用柔性复合连续油管及其制造工艺，替代传统钢制油管+外敷电缆采油方式，解决腐蚀、结垢、结蜡的基础上避免管道腐蚀破损及相关安全事故，同时将潜油电缆内置于管体内部对其进行保护，防止外部油气侵蚀、起下作业的磨损破坏，通过内置于管体内部的相关传感器对井底信息进行采集、监控，并将信息反馈于地面控制系统。本发明在实现上，采取多排、多束纤维浸渍成型工艺，使纤维干丝经过树脂浸渍、成型后，形成具有一定柔韧性、高强度的多排纤维带，并将该种纤维带应用于管道的抗压铠装、抗拉铠装等多种功能层上，增强管道的结构强度，同时树脂基体还具备耐化学试剂溶胀、水解、油气侵蚀及高温等特性，有助于更好地保护纤维。

Description

一种智能井下用柔性复合连续油管及其制造工艺

技术领域

本发明涉及流体输送技术领域，特别涉及一种智能井下用柔性复合连续油管及其制造工艺。

背景技术

现有油气井在开发过程中，无杆采油传统作业方式为使用钢制油管并外敷潜油线缆下井作业。

由于原油、天然气、凝析气等介质中含有较高的腐蚀性细菌、化学物质，如：硫化氢、二氧化硫、铁化细菌、腐生菌、硫化菌等。经过长时间化学流体介质输送使用后，在高温状态下造成对钢制管线、外敷潜油线缆的腐蚀破坏，给油气田开发造成安全事故、高昂的维护开发成本，严重的会导致钢管断裂等重大事故，破坏油井的正常生产作业。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种智能井下用柔性复合连续油管，替代传统钢制油管+外敷电缆采油方式，解决腐蚀、结垢、结蜡的基础上避免管道腐蚀破损及相关安全事故。

本发明还提供了一种制造上述油管的工艺。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智能井下用柔性复合连续油管，包括内芯管、抗压层、抗拉层和外保护层；

所述抗压层由纤维带缠绕在所述内芯管外壁构成；

所述抗拉层由纤维带沿所述内芯管轴向敷设在所述抗压层外构成；

所述外保护层设置在所述抗拉层外。

优选的，所述抗压层和/或所述抗拉层的纤维带由涤纶纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酯纤维或碳纤维以束状或者带状构成。

优选的，所述抗压层和/或所述抗拉层的纤维带经过树脂浸渍处理，由树脂基体包裹。

优选的，所述树脂为聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚丁烯数值、酚醛或环氧树脂。

优选的，所述抗压层的纤维带与所述内芯管轴向呈一定夹角均匀缠绕于其外壁。

优选的，还包括线缆层和填充层；

所述线缆层螺旋缠绕在所述抗压层外；

所述填充层填充在所述线缆层相邻各段之间的间隙，且同时填充于所述抗压层和所述抗拉层之间的间隙。

优选的，所述内芯管和所述外保护层均为挤出成型。

一种智能井下用柔性复合连续油管制造工艺，用于制造上述的智能井下用柔性复合连续油管，包括：在所述内芯管外依次设置所述抗压层、抗拉层和外保护层；

所述抗压层和/或所述抗拉层的纤维带的成型工艺包括步骤：

S1、将纤维在模具中预排，然后进入步骤S2；

S2、采用树脂浸渍所述纤维，然后进入步骤S3；

S3、将所述树脂和所述纤维热塑压制定型得到所述纤维带。

优选的，在所述步骤S1中，将纤维在模具中预排后，还对所述纤维进行超声波分散预处理，然后进入步骤S2。

优选的，还包括步骤S4：对压制定型后的所述纤维带进行后处理，所述后处理包括加热并保温一段时间。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的智能井下用柔性复合连续油管及其制造工艺，其意义在于替代传统钢制油管+外敷电缆采油方式，在替换传统钢制油管解决腐蚀、结垢、结蜡的基础上避免管道腐蚀破损及相关安全事故，同时将潜油电缆内置于管体内部，对潜油电缆进行保护，防止外部油气侵蚀、起下作业的磨损破坏，并对井下进行相应的智能调控，通过内置于管体内部的相关传感器对井底信息进行采集、监控，并将信息反馈于地面控制系统以及远程控制室内，实现油气井联网监控、统一安全管理，降低开发成本，实现油田的利润增长。

本发明在工艺实现上，采取先进的多排、多束纤维浸渍成型工艺，使纤维干丝经过树脂浸渍、成型后，形成具有一定柔韧性、高强度的多排纤维带，并将该种纤维带应用于管道的抗压铠装、抗拉铠装等多种功能层上，增强管道的结构强度，同时纤维浸渍基体还具备耐化学试剂溶胀、水解、油气侵蚀及高温等特性，有助于更好地保护纤维树脂，为管体强度提供良好的保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的智能井下用柔性复合连续油管的纵截面剖视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的智能井下用柔性复合连续油管的横截面剖视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的多层浸渍纤维带加工工艺的侧视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的多层浸渍纤维带加工工艺的轴测结构示意图；

图5为本发明实施例提供的多层浸渍纤维带的结构示意图。

其中，1.内芯管，2.抗压层，3.填充层，4.线缆层，5.抗拉层，6.外保护层。

具体实施方式

本发明提供了一种智能井下用柔性复合连续油管及其制造工艺，安装使用在油田注水开发使用，可实现井下管线笼统注水井的油气田开发应用，并替换传统钢制管线，解决传统钢制管线腐蚀问题的同时做到保护潜油电缆，同时还可对生产井实现远程监测与控制

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的智能井下用柔性复合连续油管，其核心改进点在于，包括内芯管1、抗压层2、抗拉层5和外保护层6，其结构可以参照图1和图2所示，上述各管层由内至外依次设置；

其中，抗压层2由纤维带缠绕在内芯管1外壁构成，提高管体的环向承压能力；

抗拉层5由纤维带沿内芯管1轴向敷设在抗压层2外构成，具有厚度薄、强力高和柔韧性好等特性，能够达到良好的管体抗拉性能；

外保护层6设置在抗拉层5外，用以对管体内部功能层进行相应的防护以及对整管道的保护，以防止外来因素对管道造成的破坏。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的智能井下用柔性复合连续油管，其抗压层2和抗拉层5采用具有一定柔韧性、高强度的纤维带，增强管道的结构强度；该型管道在结构上属于非粘接结构管道，功能层之间允许存在滑移，具有良好的柔性、抗拉伸、抗压性能，其意义在于替代传统钢制油管+外敷电缆采油方式，在替换传统钢制油管解决腐蚀、结垢、结蜡的基础上避免管道腐蚀破损及相关安全事故。

作为优选，抗压层2和/或抗拉层5的纤维带由涤纶纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酯纤维或碳纤维以束状或者带状构成，上述材料和构造使得纤维带牢固可靠。进一步的，纤维带为多排、多束纤维干丝组成的结构，强度更高。

在本实施例中，抗压层2和/或抗拉层5的纤维带经过树脂浸渍处理，由树脂基体包裹，其结构可以参照图5所示。树脂基体具备耐化学试剂溶胀、水解、油气侵蚀及高温等特性，有助于更好地保护纤维本体，为管体强度提供良好的保障。

具体的，树脂为聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚丁烯数值、酚醛或环氧树脂，能够实现对纤维良好的保护效果。该型纤维带中，树脂与纤维的比例、纤维排站可根据实际使用情况要求进行灵活变更达到纤维多层排列、纤维排列顺序与结构进行增减。

作为优选，抗压层2的纤维带与内芯管1轴向呈一定夹角均匀缠绕布满于其外壁，以起到更好的环形抗压效果，其结构可以参照图1和图2所示。进一步的，缠绕步骤重复正反2-4次，形成正反方向2-4层增强抗内压层；纤维带缠绕不宜过多，壁厚不宜过厚，以避免造成管道内径减小、导致流量输送降低、输送压力升高、成本增加。

进一步的，抗拉层5采用在管道截面周向上可采用均布处理或者对称敷设纤维带，以达到管体抗拉性能均衡。

本发明实施例提供的智能井下用柔性复合连续油管，还包括线缆层4和填充层3，其结构可以参照图1和图2所示；

其中，线缆层4螺旋缠绕在抗压层2外；

填充层3填充在线缆层4相邻各段之间的间隙，且同时填充于抗压层2和抗拉层5之间的间隙；经过对层间的间隙填充层3固定线缆层4中线缆的位置及增强管体强度，同时用于对内层固定以及消除层间磨损。与现有技术中外敷电缆方式相比，将线缆层4内置于管体内部，对潜油电缆进行保护，防止外部油气侵蚀、起下作业的磨损破坏。

具体的，内芯管1可以由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚偏氟乙烯或改性高分子树脂聚合物挤出成型；外包覆层7可由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚偏氟乙烯或改性高分子聚合物挤出成型。采用上述工艺生产操作简单，工艺控制容易，生产效率高，产品质量稳定，且其结构上具有耐腐蚀和防结垢的优点。

本发明实施例还提供了一种智能井下用柔性复合连续油管制造工艺，用于制造上述的智能井下用柔性复合连续油管，其核心改进点在于，包括：在内芯管1外依次设置抗压层2、抗拉层5和外保护层6；

其中，抗压层2和/或抗拉层5的纤维带的成型工艺包括步骤：

S1、将纤维在模具中预排，然后进入步骤S2；

S2、采用树脂浸渍纤维，然后进入步骤S3；

S3、将树脂和纤维热塑压制定型得到纤维带；可以参照图3、图4和图5所示。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的智能井下用柔性复合连续油管制造工艺，其抗压层2和抗拉层5采用具有一定柔韧性、高强度的纤维带，增强管道的结构强度；该型管道在结构上属于非粘接结构管道，功能层之间允许存在滑移，具有良好的柔性、抗拉伸、抗压性能，其意义在于替代传统钢制油管+外敷电缆采油方式，在替换传统钢制油管解决腐蚀、结垢、结蜡的基础上避免管道腐蚀破损及相关安全事故；

且抗压层2和/或抗拉层5的纤维带经过树脂浸渍处理，由树脂基体包裹；树脂基体具备耐化学试剂溶胀、水解、油气侵蚀及高温等特性，有助于更好地保护纤维本体，为管体强度提供良好的保障。

作为优选，在步骤S1中，将纤维在模具中预排后，还对纤维进行超声波分散预处理，使纤维在模具凹槽中的分布更加均匀，然后进入步骤S2。

进一步的，本制造工艺还包括步骤S4：对压制定型后的纤维带进行后处理，后处理包括加热并保温一段时间，以达到更好的成型效果。根据相关的浸渍树脂种类和纤维材料，可以在模具凹槽中通入不同温度的水或者相关的热温介质，使模具中的树脂和纤维加热固化成型，该模具可根据不同的固化要求在长度上、固化时间上得到良好的成型工艺控制，从而使纤维树脂带性能达到最佳。

在本实施例的步骤S1中，将纤维在模具中预排为平行的多层，以增大最终得到的纤维带的强度；模具的槽截面为矩形，从而可以得到截面为矩形的纤维带，便于缠绕或敷设，其结构可以参照图3-图5所示。

下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

该型柔性复合油管具体各功能层结构、功能作用如下：

1、内芯管：其材料可以由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚偏氟乙烯或改性高分子树脂聚合物挤出成型。

2、抗压层：由涤纶纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酯纤维或碳纤维以束状或者带状纤维经过对纤维预排、超声波分散预处理、浸渍树脂粉化、纤维与粉化树脂充分接触、树脂热熔粘接、压制定型、成型后处理工艺后一次成型，形成多序多排、特定尺寸规格的浸渍树脂纤维带，且该型纤维带中，树脂与纤维的比例、纤维排站可根据实际使用情况要求进行灵活变更达到纤维多层排列、纤维排列顺序与结构进行增减。同时浸渍纤维采用成品束状结构纤维，浸渍树脂可采用多种树脂材料，如聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚丁烯数值以及酚醛、环氧树脂等材料。成型后将其延沿管体轴向一定角度于芯管外壁进行缠绕成型，缠绕步骤重复正反2-4次，形成正反方向2-4层增强抗内压层，该类型树脂浸渍纤维带经过特殊工艺目前该类型树脂浸渍纤维带成型工艺包含在本专利使用内。

3、填充层：该层主要用聚乙烯树脂对线缆之间的间隙进行填充，以用来固定线缆的位置及增强管体的结构稳定性。

4、线缆层：该层结构由特制结构潜油线缆、信号控制缆以及放置在管道接头端部位置、管道中间位置的传感器集成组成。其中，线缆采用具有耐高电压、耐油结构层的潜油线缆沿管道轴向一定夹角正向或者反向缠绕于管体上，在位置及数量上可依据具体使用情况进行相应调整，线缆在结构上采用圆角扁形或者圆形结构均可。信号控制缆可采用增强结构光纤、钢管缆等进行信号的传输与控制，在结构层上与动力线缆分属同一层，数量及敷设缠绕角度可根据实际应用情况进行变更，但不与动力线缆有交叉，由于非金属管道在抗拉性能上不及钢管，因此为了避免动力线缆、信号控制缆以及相应的端部传感器集成收到管道轴向抗拉性能影响可进行相应的增加或者减小螺距处理。

5、端部传感器集成：端部传感器可以包括光学传感器、机械传感器和电传感器等多种传感器类型，可用于对管体应力应变性能、管体温度、井底温度、气体压力、流体输送振动、下入位置以及管道内外压力变动、压差进行监测。传感器的布置位置优选地放置在管道芯管外壁或其他功能层，如：抗压层。本发明将传感器放置在管道接头端部位置以及芯管内外表面。同时在本发明中所采用传感器导体可以单独放置也可进行串联、平行连接。

6、抗拉层：除了前述的浸渍树脂纤维带形式外，该型管道结构上还可以采用特制高强抗拉纤维带用于管道的抗拉层，该纤维带可由涤纶纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酯纤维或碳纤维通过编织或者成捻、成束等结构组成，沿管体轴向敷设，在管道截面周向上采用均布处理或者对称敷设以达到管体抗拉性能均衡。

7、外保护层：该层可由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚偏氟乙烯或改性高分子聚合物挤出成型，用以对管体内部功能层进行相应的防护以及对整管道的保护，以防止外来因素对管道造成的破坏。

内芯管1通过挤出成型构成管体芯管层；抗内压层2由经过树脂浸渍、包裹、热塑压制等加工工艺成型的高强度树脂浸渍纤维带或纤维束均匀缠绕分布在内芯管外壁构成，参见图2多结构。线缆层4是缠绕在抗压层2外构成，线缆层4包括井下泵组动力线缆以及信号监测、控制、传输线缆以及传感器集成，沿管体轴向一定角度螺旋缠绕而成，参照图1示意，同时经过对层间的间隙填充3固定线缆层中线缆的位置及管体强度，同时用于对内层固定以及消除层间磨损。抗拉层5及外护套层6通过由高分子材料同时挤出包覆而成，该材料可参照内芯管材料，如：聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等高分子材料。

本柔性复合管较常用的钢管具有耐腐蚀、维护、施工成本低、效率高、低碳环保、重复利用等优异的设计理念和优良产品性能。

本发明的意义在于替代传统钢制油管+外敷电缆采油方式，在替换传统钢制油管解决腐蚀、结垢、结蜡的基础上避免管道腐蚀破损及相关安全事故，同时将潜油电缆内置于管体内部，对潜油电缆进行保护，防止外部油气侵蚀、起下作业的磨损破坏，并对井下进行相应的智能调控，通过内置于管体内部的相关传感器对井底信息进行采集、监控，并将信息反馈于地面控制系统以及远程控制室内，实现油气井联网监控、统一安全管理，降低开发成本，实现油田的利润增长。

本发明在工艺实现上，采取先进的多排、多束纤维浸渍成型工艺，使纤维干丝经过树脂浸渍、成型后，形成具有一定柔韧性、高强度的多排纤维带，并将该种纤维带应用于管道的抗压铠装、抗拉铠装等多种功能层上，增强管道的结构强度，同时纤维浸渍基体还具备耐化学试剂溶胀、水解、油气侵蚀及高温等特性，有助于更好地保护纤维树脂，为管体强度提供良好的保障。

综上所述，本发明公开了一种智能井下用柔性复合连续油管及其制造工艺，实现油、气、水源井的采油和注水开发等油田作业，由于其良好的抗拉伸、抗压、信号传输、集中监控等性能，在油、水井采油、抽水时将井下泵组下放到目的地层进行作业，且在管道内置有连续高性能线缆、信号控制线缆以及相应的压力、温度、流量、测调等传感器和控制装置系统，能有效的改善传统钢制油管、外敷线缆长期作业时的腐蚀、油侵破坏造成的安全生产问题，同时在作业效率上也较传统单节钢制管线有着很大程度的提高，管线下放速度可以达到3-4m/s，上提速度可以达到2-3m/s。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种智能井下用柔性复合连续油管，其特征在于，包括内芯管(1)、抗压层(2)、抗拉层(5)和外保护层(6)；

所述抗压层(2)由纤维带缠绕在所述内芯管(1)外壁构成；

所述抗拉层(5)由纤维带沿所述内芯管(1)轴向敷设在所述抗压层(2)外构成；

所述外保护层(6)设置在所述抗拉层(5)外。

2.根据权利要求1所述的智能井下用柔性复合连续油管，其特征在于，所述抗压层(2)和/或所述抗拉层(5)的纤维带由涤纶纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酯纤维或碳纤维以束状或者带状构成。

3.根据权利要求1所述的智能井下用柔性复合连续油管，其特征在于，所述抗压层(2)和/或所述抗拉层(5)的纤维带经过树脂浸渍处理，由树脂基体包裹。

4.根据权利要求3所述的智能井下用柔性复合连续油管，其特征在于，所述树脂为聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚丁烯数值、酚醛或环氧树脂。

5.根据权利要求1所述的智能井下用柔性复合连续油管，其特征在于，所述抗压层(2)的纤维带与所述内芯管(1)轴向呈一定夹角均匀缠绕于其外壁。

6.根据权利要求1所述的智能井下用柔性复合连续油管，其特征在于，还包括线缆层(4)和填充层(3)；

所述线缆层(4)螺旋缠绕在所述抗压层(2)外；

所述填充层(3)填充在所述线缆层(4)相邻各段之间的间隙，且同时填充于所述抗压层(2)和所述抗拉层(5)之间的间隙。

7.根据权利要求1所述的智能井下用柔性复合连续油管，其特征在于，所述内芯管(1)和所述外保护层(6)均为挤出成型。

8.一种智能井下用柔性复合连续油管制造工艺，用于制造如权利要求1-5任意一项所述的智能井下用柔性复合连续油管，其特征在于，包括：在所述内芯管(1)外依次设置所述抗压层(2)、抗拉层(5)和外保护层(6)；

所述抗压层(2)和/或所述抗拉层(5)的纤维带的成型工艺包括步骤：

S1、将纤维在模具中预排，然后进入步骤S2；

S2、采用树脂浸渍所述纤维，然后进入步骤S3；

S3、将所述树脂和所述纤维热塑压制定型得到所述纤维带。

9.根据权利要求8所述的智能井下用柔性复合连续油管制造工艺，其特征在于，在所述步骤S1中，将纤维在模具中预排后，还对所述纤维进行超声波分散预处理，然后进入步骤S2。

10.根据权利要求8所述的智能井下用柔性复合连续油管制造工艺，其特征在于，还包括步骤S4：对压制定型后的所述纤维带进行后处理，所述后处理包括加热并保温一段时间。