CN107401638A - 智能恒温柔性复合输油伴热管线及其制造方法 - Google Patents

智能恒温柔性复合输油伴热管线及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种智能恒温柔性复合输油伴热管线，从内向外，依次包括内衬管、伴热带、增强层、内保护层、保温层和外保护层，其中：内衬管外表面设置螺旋槽，伴热带与螺旋槽的尺寸相匹配，伴热带缠绕设置在内衬管外表面的螺旋槽内，增强层覆盖伴热带并包覆内衬管，内保护层覆盖在增强层的外部，保温层覆盖在内保护层的外部，外保护层覆盖在保温层的外部。还提供了该复合输油伴热管线的制造方法。本发明的结构设计合理，在工作过程中无需对管道开孔就可实现通过载体与原油(稠油、含蜡原油、高凝油)进行热交换，补充热量损失，高效节能、耐腐蚀性好。同时，在工作环境下即可解堵或防止堵塞；在伴热带出现问题的时候，不需停产即可进行更换，提高了开采效率。

Description

智能恒温柔性复合输油伴热管线及其制造方法
技术领域
本发明涉及热力采油领域，尤其涉及一种智能恒温柔性复合输油伴热管线及其制造方法。
背景技术
原油中的稠油、含蜡原油、高凝油等石油均因物性差，在开采生产中，当原油从油层通过油管和输油管到达集泵站时，由于热量损失，使原油温度低于临界流动温度这会导致结蜡堵塞的现象，国内外都在积极研究预防输油管线堵塞和快速解决输油管线堵塞的产品。目前，油田管线结蜡堵塞后，解堵的方法为热力采油，热力采油是利用热源沿采输过程中，通过载体与原油(稠油、含蜡原油、高凝油)进行热交换，补充热量损失，克服上述问题，达到顺利采油之目的。
热力采油的具体的方法包括1.向管道内通入热水蒸汽的方法，通过蒸汽温度逐步将结蜡堵塞的地方解堵，此解堵方法必须停产作业，降低了开采的效率。2.采用自限温电热带做成的装置配合其他的加热装置可以解决热力采油开采过程中存在的问题。CN104019318B描述了一种伴热带在输油管道中的应用，但其需将伴热带引入管道内部对原油加热，虽然解决了工作环境下解堵或防止堵塞的问题，但在伴热带出现问题的时候，需要停产进行维修或更换，同样存在影响开采效率的问题。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出一种智能恒温柔性复合输油伴热管线,在工作环境下即可解堵或防止堵塞；在伴热带出现问题的时候，不需停产即可进行更换，提高了开采效率。通过采用DTU温度传感对柔性复合输油伴热管线进行温度监测和智能控制，保证有效伴热，并能节约能源。
本发明的技术方案如下：
一种智能恒温柔性复合输油伴热管线，从内向外，依次包括内衬管、伴热带、增强层、内保护层、保温层和外保护层，其中：
所述内衬管外表面设置螺旋槽，
所述伴热带与所述螺旋槽的尺寸相匹配，所述伴热带缠绕设置在所述内衬管外表面的所述螺旋槽内，
所述增强层覆盖所述伴热带并包覆所述内衬管，
所述内保护层覆盖在所述增强层的外部，
所述保温层覆盖在所述内保护层的外部，
所述外保护层覆盖在所述保温层的外部。
进一步的，所述内衬管的材料包括基料和添加剂，其中：
所述基料选自耐热聚乙烯(PE-RT)、尼龙-11(PA11)或聚偏氟乙烯(PVDF)之一，
所述添加剂包括润滑剂和热稳定剂，
所述润滑剂为硬脂酸钡，所述热稳定剂为钛白粉，
所述内衬管材料的组分和重量百分比为：硬脂酸的用量为0.6％、钛白粉的用量为0.2％
以及基料的用量为99.2％。
进一步的，所述螺旋槽的深度为5mm,宽度为12mm，所述螺旋槽的螺旋导程为200-250mm，
或者所述螺旋导程为所述内衬管直径的3倍。
进一步的，所述伴热带为恒功率伴热带，伴热温度为80℃±2℃。
进一步的，所述增强层的材料为超强涤纶工业丝或芳纶丝，所述增强层缠绕的行程为内衬管直径的2.2倍，缠绕角度为54°，缠绕张力为4-6kgf；所述保温层的材料为发泡交联聚乙烯，所述保温层的厚度为30mm,热导率为0.030-0.040W/(m·k)。
进一步的，根据权利要求1所述的伴热管线，其特征在于：所述内保护层和所述外保护层的材料均包括重量百分比为89％的聚乙烯、重量百分比为2％的抗老化剂、重量百分比为6％的阻燃剂以及重量百分比为3％的耐低温剂。
进一步的，所述抗老化剂为亚磷二苯酯，阻燃剂为磷酸三酯，耐低温剂为邻苯二甲酸二辛酯。
根据本发明的另一方面，一种制造智能恒温柔性复合输油伴热管线的方法，包括如下步骤：
S1：混配内衬管的原料：选定耐热聚乙烯(PE-RT)、尼龙-11(PA11)或聚偏氟乙烯(PVDF)三者之一作为基料，与硬脂酸钡和钛白粉混配形成内衬管的原料，其中基料、硬脂酸钡和钛白粉的重量百分比分别为99.2％、0.6％和0.2％；
S2：将混配的内衬管原料放入烘干箱内，烘干温度80℃，烘干时间4小时；
S3：将烘干后的原料放入挤出机的料箱内，通过挤出机高温熔融后通过定型套冷却定型后将原材料加工成内衬管；
S4：开槽，将加工后的内衬管通过旋转切槽的方法，在内衬管外表面上开螺旋槽；
S5：将伴热带缠绕在内衬管外表面的所述螺旋槽内；
S6：缠绕增强层：将超强涤纶工业丝或芳纶丝作为增强层缠绕在内衬管外表面，增强层缠绕的行程为内衬管直径的2.2倍，缠绕角度为54°，缠绕张力为4-6kgf；
S7：形成内保护层：以重量百分比为89％的聚乙烯为基料，加入重量百分比为2％的抗老化剂，重量百分比为6％的阻燃剂和重量百分比为3％的耐低温剂，将混配烘干后的原料放入挤出机的料箱内，挤出高温熔融的原料并将其包覆在增强层的外表面经冷却定型后形成内保护层；
S8：形成保温层，以发泡交联聚乙烯为材料的保温棉为保温材料，将保温棉包覆在内保护层外表面；
S9：形成外保护层：以重量百分比为89％的聚乙烯为基料，加入重量百分比为2％的抗老化剂，重量百分比为6％的阻燃剂和重量百分比为3％的耐低温剂，将混配烘干后的原料放入挤出机的料箱内，挤出高温熔融的原料并将其包覆在保温层的外表面经冷却定型后形成外保护层。
进一步的，所述步骤S3中挤出机的挤出温度控制为六个区：一区的温度为160～170℃、二区的温度为175～185℃、三区的温度为185～200℃、四区的温度为185～201℃、五区的温度为175～190℃以及六区的温度为160～170℃；挤出机的真空度为：-0.04兆帕至-0.06兆帕；冷却定型用的冷却水的温度不高于20℃。
进一步的，所述步骤S7和步骤S9中挤出机的挤出温度均控制为六个区：一区的温度为145～150℃、二区的温度为160～175℃、三区的温度为175～195℃、四区的温度为180～195℃、五区的温度为165～175℃以及六区的温度为155～160℃；冷却定型时冷却水的温度不高于20℃。
与现有技术相比，本发明的结构设计合理，在工作过程中无需对管道开孔就可实现通过载体与原油(稠油、含蜡原油、高凝油)进行热交换，补充热量损失，高效节能、耐腐蚀性好。同时，在工作环境下即可解堵或防止堵塞；在伴热带出现问题的时候，不需停产即可进行更换，提高了开采效率。同时，管线所采用的材料使其保持柔性的同时具有较强的抗拉抗压特性，方便施工和结实耐用。
附图说明
图1为本发明的输油伴热管线结构示意图。
所有附图中的标记如下：
1-内衬管，11-螺旋槽，2-伴热带，3-增强层，4-内保护层，5-保温层，6-外保护层。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的部件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
如图1所示，一种智能恒温柔性复合输油伴热管线，从内向外，依次包括内衬管1、伴热带2、增强层3、内保护层4、保温层5和外保护层6。
如图1所示，内衬管1外表面设置螺旋槽11。优选内衬管1的材料包括基料和添加剂。基料可以选自耐热聚乙烯(PE-RT)、尼龙-11(PA11)或聚偏氟乙烯(PVDF)这三种材料之一。PE-RT具有良好的稳定性、抗冲击性能好、耐老化等优点，PA11具有质量轻、耐腐蚀、不易疲劳开裂、窦密封性好等优点，PVDF具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性等优点，选用这三种材料中的任一种作为内衬管1的基料，都可使内衬管1具有耐油、耐酸碱腐蚀性能及支撑作用。当然，具有同样或类似性能的其他聚合物也可作为内衬管1的基料。添加剂包括润滑剂和热稳定剂。优选润滑剂为硬脂酸钡，硬脂酸钡的用量为0.6％(重量百分比)。硬脂酸钡具有良好的长期耐热性及润滑性，可作为内衬管1基料的润滑剂。当然，也可选择其他具有相同或相似性质的润滑剂。优选热稳定剂为钛白粉，钛白粉的用量为0.2％(重量百分比)。钛白粉的主要成分为二氧化钛。二氧化钛的化学性质极为稳定，在内衬管1的基料中加入钛白粉，可以提高内衬管1的耐热性、耐光性、耐候性，使内衬管1的物理化学性能得到改善，增强机械强度，延长使用寿命。当然，也可选择其他具有相同或相似性质的热稳定剂，能达到热稳定的效果即可。优选螺旋槽11的深度为5mm,宽度为12mm，螺旋槽的螺旋导程为200-250mm，或者所述螺旋导程为所述内衬管1直径的3倍。其中，螺旋槽11的深度、宽度、螺旋导程等参数，均可根据实际使用的需要进行匹配设计。
如图1所示，伴热带2与螺旋槽11的尺寸相匹配设置，伴热带2缠绕设置在内衬管1外表面的螺旋槽11内。伴热带2采用恒功率伴热带，伴热温度可控，控制在80℃±2℃，优选控制在80℃即可，即低于内衬层和增强层的使用温度，又可以保证不结蜡或解除内部的结蜡。优选伴热带2包括镀锡铜合金丝电热芯，其外层依次分别套有氟塑料绝缘层、不锈钢编织层和半导体护套层。该伴热带可最高维持温度可达230摄氏度。另外，根据实际产品需求，该电伴热带中还可以带有温度传感器，优选采用光纤温度传感器，传感器设于镀锡铜合金丝电热芯内部或周围，传感器采集到的温度数据通过数据传输单元(DTU)传送到远程控制中心。伴热带2长度可设定，中间无连接点，一次性完成整体管线的使用，以达到给管线加温的作用，这样也能保证管线的耐用可靠性。当然，伴热带2的长度也可根据实际需要，设置成一段一段的，而非一次性完成整体管线的使用。
增强层3的材料为超强涤纶工业丝或芳纶丝。超强涤纶工业丝具有高强度、低伸长、高模量、干热收缩率较高等特点，芳纶丝，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。作为增加层3，两种材料均具有增大抗内部压力的作用。当然，也可选择其他具有相同或相似性质的增强层材料，能达到增大抗内部压力的效果即可。增强层3覆盖伴热带2并包覆内衬管1。优选增强层缠绕的行程为内衬管1直径的2.2倍，缠绕角度为54°，缠绕张力为4-6kgf，也可根据实际需要，设置相匹配的缠绕的行程、缠绕角度、缠绕张力等参数。
保温层5覆盖在内保护层4的外部。保温层5的材料为发泡交联聚乙烯。由发泡交联聚乙烯制作的保温棉包覆在内保护层外面。优选保温层的厚度为30mm,热导率为0.030-0.040W/(m·k)。可根据实际情况，调整保温层厚度、热导率等参数，也可选择其他具有保温性能的材料制作保温棉。
内保护层4覆盖在增强层3的外部，保护增强层3，防止脱落或磨损。外保护层6覆盖在保温层5的外部，保护保温层，防止磨损。内保护层4和外保护层6的材料可以一样，例如均包括重量百分比为89％的聚乙烯、重量百分比为2％的抗老化剂、重量百分比为6％的阻燃剂以及重量百分比为3％的耐低温剂。当然，由于内保护层4位于内部，其材料也可以不包括耐低温剂，仅采用聚乙烯即可。优选抗老化剂为亚磷酸二苯酯，阻燃剂为磷酸三酯，耐低温剂为邻苯二甲酸二辛酯。也可选择具有相同或相似作用的抗老化剂、阻燃剂和耐低温剂，能达到抗老化、阻燃、耐低温的作用即可。
根据本发明的另一方面，一种制造上述伴热管线的方法，包括以下步骤：
S1：混配内衬管的原料：选定耐热聚乙烯(PE-RT)、尼龙-11(PA11)或聚偏氟乙烯(PVDF)三者之一作为基料，与添加剂例如硬脂酸钡和钛白粉混配形成内衬管的原料，其中硬脂酸钡和钛白粉的重量百分比分别为0.6％和0.2％，其余为基料，基料的重量百分比为99.2％；
S2：将混配的内衬管原料放入烘干箱内，烘干温度80℃，烘干时间4小时；
S3：将烘干后的原料放入挤出机的料箱内，通过挤出机高温熔融后再通过定型套经冷却定型后将原材料加工成管材；挤出温度控制为六个区：一区的温度为160～170℃、二区的温度为175～185℃、三区的温度为185～200℃、四区的温度为185～201℃、五区的温度为175～190℃以及六区的温度为160～170℃；
其中：挤出机的真空度为：-0.04兆帕至-0.06兆帕；冷却定型用的冷却水的温度不高于20℃，挤出机的流率或挤出量根据实际需要进行控制，例如根据具体的原料、内衬管的厚度等需要进行控制。
S4：开槽，将加工后的内衬管通过旋转切槽的方法，在内衬管上开螺旋槽；
S5：将伴热带缠绕在内衬管的螺旋槽内；
S6：编织或缠绕增强层：将超强涤纶工业丝或芳纶丝缠绕在内衬管外部；
S7：形成内保护层：以聚乙烯为基料，基料的重量百分比为89％，加入2％(重量百分比)抗老化剂、6％(重量百分比)的阻燃剂和3％(重量百分比)的耐低温剂作为添加剂，将由上述基料和添加剂混配烘干后得到的原料放入挤出机的料箱内，挤出机挤出高温熔融的原料并将其包覆在S6中形成的增强层的外表面，经冷却定型后形成内保护层；其中，挤出温度控制为六个区：一区的温度为145～150℃、二区的温度为160～175℃、三区的温度为175～195℃、四区的温度为180～195℃、五区的温度为165～175℃和六区的温度为155～160℃；冷却定型时冷却水的温度不高于20℃，各温区的控制时间与原料种类、挤出机的流率或拉出量相匹配设置，挤出机的流率或挤出量根据实际需要进行控制，例如根据内保护层的厚度等参数进行控制；
S8：形成保温层，以发泡交联聚乙烯为材料的保温棉为保温材料，将保温棉包覆在内保护层外面；
S9：形成外保护层：以89％(重量百分比)的聚乙烯为基料，加入2％(重量百分比)的抗老化剂、6％(重量百分比)的阻燃剂和3％(重量百分比)的耐低温剂作为添加剂，将由上述基料和添加剂混配烘干后得到的原料放入挤出机的料箱内，挤出高温熔融的原料并将其包覆在保温层的外表面经冷却定型后形成外保护层；挤出温度控制为六个区：一区的温度为145～150℃；二区的温度为160～175℃；三区的温度为175～195℃；四区的温度为180～195℃；五区的温度为165～175℃；六区的温度为155～160℃；冷却定型时冷却水的温度不高于20℃，各温区的控制时间与原料种类、挤出机的流率或拉出量相匹配设置，挤出机的流率或挤出量根据实际需要进行控制，例如根据外保护层的厚度等参数进行控制。
使用时，根据管线中输油量的变化情况，来判断是否需要伴热，可通过手动或自动的方式来控制伴热带的工作，实现对管线的内衬管加热或停止加热，通过温度传感器以及DTU传输的数据，来判断伴热带的工作情况，可以实现远程控制，无需停止输油，即可保证在工作环境下实现管线的解堵或防止堵塞；当伴热带出现故障或需进行更换时，将原有伴热带从螺旋槽中撤出，并放置新的伴热带，再持续对内衬管进行加热或停止加热，在整个操作过程中，均不需要停止内衬管中原油的输送，保证了开采效率。
与现有技术相比，本发明的结构设计合理，在工作过程中无需对管道开孔就可实现通过载体与原油(稠油、含蜡原油、高凝油)进行热交换，补充热量损失，高效节能、耐腐蚀性好；同时，在工作环境下即可解堵或防止堵塞；在伴热带出现问题的时候，不需停产即可进行更换，提高了开采效率。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种智能恒温柔性复合输油伴热管线，其特征在于：从内向外，依次包括内衬管、伴热带、增强层、内保护层、保温层和外保护层，其中：
所述内衬管外表面设置螺旋槽，
所述伴热带与所述螺旋槽的尺寸相匹配，所述伴热带缠绕设置在所述内衬管外表面的所述螺旋槽内，
所述增强层覆盖所述伴热带并包覆所述内衬管，
所述内保护层覆盖在所述增强层的外部，
所述保温层覆盖在所述内保护层的外部，
所述外保护层覆盖在所述保温层的外部。
2.根据权利要求1所述的伴热管线，其特征在于：所述内衬管的材料包括基料和添加剂，其中：
所述基料选自耐热聚乙烯(PE-RT)、尼龙-11(PA11)或聚偏氟乙烯(PVDF)之一，
所述添加剂包括润滑剂和热稳定剂，
所述润滑剂为硬脂酸钡，所述热稳定剂为钛白粉，
所述内衬管材料的组分和重量百分比为：硬脂酸的用量为0.6％、钛白粉的用量为0.2％
以及基料的用量为99.2％。
3.根据权利要求1所述的伴热管线，其特征在于：所述螺旋槽的深度为5mm,宽度为12mm，所述螺旋槽的螺旋导程为200-250mm，或者所述螺旋导程为所述内衬管直径的3倍。
4.根据权利要求1所述的伴热管线，其特征在于：所述伴热带为恒功率伴热带，伴热温度为80℃±2℃。
5.根据权利要求1所述的伴热管线，其特征在于：所述增强层的材料为超强涤纶工业丝或芳纶丝，所述增强层缠绕的行程为内衬管直径的2.2倍，缠绕角度为54°，缠绕张力为4-6kgf；所述保温层的材料为发泡交联聚乙烯，所述保温层的厚度为30mm,热导率为0.030-0.040W/(m·k)。
6.根据权利要求1所述的伴热管线，其特征在于：所述内保护层和所述外保护层的材料均包括重量百分比为89％的聚乙烯、重量百分比为2％的抗老化剂、重量百分比为6％的阻燃剂以及重量百分比为3％的耐低温剂。
7.根据权利要求6所述的伴热管线，其特征在于：所述抗老化剂为亚磷二苯酯，阻燃剂为磷酸三酯，耐低温剂为邻苯二甲酸二辛酯。
8.一种制造权利要求1-7任一项所述伴热管线的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：混配内衬管的原料：选定耐热聚乙烯(PE-RT)、尼龙-11(PA11)或聚偏氟乙烯(PVDF)三者之一作为基料，与硬脂酸钡和钛白粉混配形成内衬管的原料，其中基料、硬脂酸钡和钛白粉的重量百分比分别为99.2％、0.6％和0.2％；
S2：将混配的内衬管原料放入烘干箱内，烘干温度80℃，烘干时间4小时；
S3：将烘干后的原料放入挤出机的料箱内，通过挤出机高温熔融后通过定型套冷却定型后将原材料加工成内衬管；
S4：开槽，将加工后的内衬管通过旋转切槽的方法，在内衬管外表面上开螺旋槽；
S5：将伴热带缠绕在内衬管外表面的所述螺旋槽内；
S6：缠绕增强层：将超强涤纶工业丝或芳纶丝作为增强层缠绕在内衬管外表面，增强层缠绕的行程为内衬管直径的2.2倍，缠绕角度为54°，缠绕张力为4-6kgf；
S7：形成内保护层：以重量百分比为89％的聚乙烯为基料，加入重量百分比为2％的抗老化剂、重量百分比为6％的阻燃剂和重量百分比为3％的耐低温剂，将混配烘干后的原料放入挤出机的料箱内，挤出高温熔融的原料并将其包覆在增强层的外表面经冷却定型后形成内保护层；
S8：形成保温层，以发泡交联聚乙烯为材料的保温棉为保温材料，将保温棉包覆在内保护层外表面；
S9：形成外保护层：以重量百分比为89％的聚乙烯为基料，加入重量百分比为2％的抗老化剂、重量百分比为6％的阻燃剂和重量百分比为3％的耐低温剂，将混配烘干后的原料放入挤出机的料箱内，挤出高温熔融的原料并将其包覆在保温层的外表面经冷却定型后形成外保护层。
9.根据权利要求8所述的制造输油管道的方法，其特征在于：所述步骤S3中挤出机的挤出温度控制为六个区：一区的温度为160～170℃、二区的温度为175～185℃、三区的温度为185～200℃、四区的温度为185～201℃、五区的温度为175～190℃以及六区的温度为160～170℃；挤出机的真空度为：-0.04兆帕至-0.06兆帕；冷却定型用的冷却水的温度不高于20℃。
10.根据权利要求8所述的制造输油管道的方法，其特征在于：所述步骤S7和步骤S9中挤出机的挤出温度均控制为六个区：一区的温度为145～150℃、二区的温度为160～175℃、三区的温度为175～195℃、四区的温度为180～195℃、五区的温度为165～175℃以及六区的温度为155～160℃；冷却定型时冷却水的温度不高于20℃。
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