洛阳国润新材料科技股份有限公司燃气管道

超高分子量聚乙烯内衬油管技术可行性分析报告
     一、第五代超高分子量聚乙烯（UHMW PE）结构材料

      1．聚乙烯(PE)原料方面的主要进展

      1989年，比利时SOLVAY公司开发了第三代聚乙烯（PE）管材树脂，该材料具有双峰型分子量分布，结构上与第二代中密度聚乙烯（MDPE）管材树脂显著不同。双峰型树脂较单峰型树脂性能上的进步主要体现在如下几个方面：优异的慢速裂纹增长抵抗能力，卓越的快速裂纹扩展抵抗能力和较好改善了刮痕敏感度，以及具有较高的刚度，成为聚乙烯(PE)管材料发展的亮点。

      第四代聚乙烯（PE），高密度聚乙烯（HDPE）管材树脂是通过PE交联实现的，其可使PE管在壁很薄的情况下耐更高的压力。交联聚乙烯（PE）管材树脂的成本比传统的PE成本高5倍。

      第四代聚乙烯（PE）新型管材树脂（双峰乙烯—已烯共聚物）在物理性能上超过所有第三代树脂，具有卓越的耐慢速裂纹生长和耐快速开裂扩展性能，并且是第一个耐性超过已烯共聚中密度聚烯材料的高密度材料，比第三代聚乙烯（PE）管材树脂具有更均匀的挤出性能。

      聚乙烯（PE）是最常用的高分子材料，第一个合成高分子材料，是1909年报道的美国Baekeland发明的酚醛树脂。1920年，德国科学家Staudinger提出高分子的长链分子概念后，开始了用化学合成的方法大规模制造合成高分子材料的时代。1935年，英国帝国化学公司（ICI）开发出高压聚乙烯（PE）树脂因其极低的介电常数而在第二次世界大战期间用作雷达电缆和潜水艇电缆的绝缘材料。1940年，美国杜邦公司（Du Pont）推出尼龙纺织品(如尼龙丝袜),因其经久耐用而在当时的美国和欧洲风靡一时,而尼龙66纤维制造的降落伞,更是大大提高了美国军队在第二次世界大战中的作战能力。
      第五代超高分子量聚乙烯（UHMW PE）智能结构材料，材料智能化是未来各类材料发展的方向。智能材料是指材料的作用和功能可随外界条件的变化而有意识的调节、修饰和修复，高分子材料中长链分子的丰富构象变化及较弱的分子链间相互作用，赋予高分子材料以自适应性。高分子表现出的其结构、作用和功能随外界环境而变化的物质特征，是智能材料应用的基础。已经知道无论是最大的力学载荷的传递，还是最快的功能信号的传递，都是沿着高分子的链轴方向，因此掌握外场存在下分子链的取向和聚集，实现外场方向与分子链取向和聚集的同步变化，则能在不同方向和不同层次上调节和发挥高分子结构材料的功能和性质，使其表现出智能性。

      第五代超高分子量聚乙烯（UHMW PE）智能材料，是一种仿生科学高分子聚合物材料。20世纪70年代中期，美国科学家Heeger，MacDiarmid和日本白川英树发现改变了高分子只能是绝缘体的观念，在塑料导电研究领域取得突破性的发现，具有光、电、磁活性的导电聚合物成为对物理学家和化学家都具有重要意义的研究领域。导电聚合物在发光二极管、太阳能电池、移动电话和微型电视显示装置等领域不断找到新的用武之地。

      2．内衬UHMW PE抗磨、抗腐油管的发展：

      内衬聚乙烯（PE），最早是应用在输送管上。早在上个世纪90年代初，德国、美国、日本等国家就开始应用。

      内衬UHMW PE抗磨、抗腐油管是于1995年由美国首先研发，后来经过了多次的变化和改进。到2000年，该技术被许多石油公司认可，并广泛应用。到现在为止，北美地区约有16，000口油井和8，000口左右的水井采用了UHMW PE内衬油管。在全球范围内，约有近30，000口油水井使用该产品。由于该产品具有优良的抗磨、抗腐性能，用户很满意，享有良好的口碑。内衬UHMW PE抗磨、抗腐油管的使用，大大降低了井下故障。因而，在过去的几年时间里，越来越多的石油公司对该特种油管表示青睐。

      2003年，克拉玛依油田从美国引进了内衬UHMW PE油管，这是我国对内衬UHMW PE油管的最早使用。2003年底，胜利石油管理局总机械厂在国外公司生产60吨内衬油管，先后在胜利油田东辛采油厂的6口偏磨、腐蚀严重的抽油机井中使用。胜利石油管理局总机械厂于2004年引进了国外先进的内衬UHMW PE抗磨、抗腐油管缩径和端口处理技术及生产线，于2005年开始正式投产和推广。目前已经在东辛、胜利、临盘等采油厂进行了推广使用，凭借优越的性能，该产品得到了用户的充分认可。胜利油田的桩西、纯梁、河口等采油厂都将该产品列入了使用计划。江苏油田、河南油田、大港油田也对该产品有了使用意向。

      3．内衬UHMW PE /EXPE抗磨抗腐油管的查新报告

      UHMW PE为低温型聚乙烯PE管材；EXPE为高温型聚乙烯PE管材。

      (1) 有较多文献（主要是美国石油文摘）报道了内衬超高分子量聚乙烯油管在有杆泵井中的应用情况及应用效果。内衬超高分子量聚乙烯油管及接箍的应用降低了管杆的磨损及摩阻，并且有良好的防腐效果，有效地减少了管杆磨损和断脱。加拿大的Wise Wood公司报导了该公司已生产内衬超高分子量聚乙烯油管。美国的Texas油气制造商刊（Producer New April 2002）报道了内衬超高分子量聚乙烯油管用于有杆泵井，检泵周期从112天增加到1500多天，作业费用从9600＄年下降到1100＄/年。Western Falcon报道了内衬超高分子量聚乙烯油管用于有杆泵井达1200多口，注水井1000多口。

      SPE（SPE39815）报道了在德克萨斯克伦MCElroy油田的17口抽油井中安装了内衬超高分子量聚乙烯油管，不但减少了因抽油杆与油管间的摩擦造成的磨损；而且使密封系统降低了因油管腐蚀而造成的故障。试验结果显示，有杆泵平均运行时间大约增加了400%，包括故障在内运行时的增幅也超过了300%。试验油井的平均故障率也从原来的4.3大幅降至0.59。此外，旧油管还可有效地继续使用。

      (2) 有文献报道了内衬超高分子量聚乙烯油管及接箍用于注水井注水，有效避免了盐水及其它腐蚀液体造成的腐蚀损害。也可以制成连续油管节约作业时间及费用。目前加拿大W.exas公司有20口井应用了内衬超高分子量聚乙烯油管,今后可能扩大应用井数.Western Falcon报道了内衬超高分子量聚乙烯油管用于注水井达1000多口。内衬超高分子量聚乙烯油管可重复使用期，基本不需要维修费用。

      (3) 美国专利（US.patent005511619A）介绍了将耐磨聚合物内衬在油管柱中,以降低管柱和杆柱以及管柱和杆柱接箍的磨损.聚合物内衬是一种挤压成型的聚合物材料,密度高、抗磨且摩擦系数比金属柱低，如超高分子量聚乙烯。

      (4) 内衬超高分子量聚乙烯油管，是20世纪90年代初期开发出的一项新工艺技术、生产出的管材防腐、耐磨、性能优良。20世纪90年代中后期大量推广应用。从报道的内衬超高分子量聚乙烯油管的使用效果和使用规模以及应用井数扩大趋势看，内衬超高分子量聚乙烯油管的生产技术和应用技术已成熟。