专利名称：：油井管的制作方法
技术领域：
：本发明涉及即使在由于地基下沉而蒙受变形的环境下使用也不被破坏的套管用的油井管。用于将原油从油层提吸到地上的油井是由油井管所构成的。该油井管是由用于将原油提吸上来的管道用的油井管以及从外面保护管道用的油井管的套管用的油井管所组成。上述的油井由于一般都是垂直钻探的，所以当发生地基下沉时特别对套管用油井管(以下简称为油井管)起到向下的摩擦力作用。然而，在历来大多数油井中，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坏的几率低，历来并未采取减轻摩擦力的对策。可是，近年来随着原油开采条件的恶化，油井的深度趋向于高深度化，构成油井的油井管因地基下沉而破坏的问题开始明显。也就是，由于高深度化而对油井管施加大的压力，结果作用于其上的摩擦力变大，油井管破坏的事件已不能忽视。作为对其解决的方法，US-4483396中公开了一种油井管，是组合二根直径不同的管子，它们滑动并相互移动，结果，使总长度改变，吸收应变，减轻地基下沉的影响。然而，这是根据机械学原理而设计的，其本身以及用于其运行的周边设备的成本都非常高。而且，由于它对减轻管子本身的应变无效，因此，仅是由于导入了这种设备部分而减轻应变的效果，因此不现实。本发明就是为解决这种问题而进行的，本发明目的在于提供一种通过油井管体外部所设滑层来减轻作用于油井管上的摩擦力、即使由于地基下沉也难以破坏的油井管。而且，在很多场合，油井管的制造场所和实际使用的场所相距甚远，其运输不易；又在施工时必须安装到高深度，所以直到其实际使用时它从外部受到各种物理冲击。本发明研究了在其间滑层的损伤情况，结果，发现有的由于滑层从钢板表面产生部分剥离；在使用时，使滑层不能发挥其本来功能。也发现，在施工埋设油井管时，滑层有被损伤的可能性。又发现，当考虑到安置油井管的环境时，在施工时油井管的温度已达到作业时同样的温度，在安装油井管的阶段，滑层已开始移动。本发明的目的在于提供一种油井管，它在规定滑层的物理性值下减少施工时的滑动现象，更由于提高滑层和油井管体的粘结力；在滑层上导入保护层，从而防止由于在油井管运输时或施工时因外部冲击而受破坏以及防止摩擦力减低效果的下降。本发明是为解决以上课题而进行，由于规定滑层的物理性值，所以施工时滑层不移动，它在作业时与地基下沉一起变形，使摩擦力减低而防止油井管的破坏。又，由于设有粘结层，使滑层和钢管间的粘结牢固；由于在滑层上导入保护层，能防止直到安装时因物理冲击所受的损伤。在油井管外部所被覆的滑层在作业时的温度下具有粘性，因此，当伴随地基下沉的摩擦力作用于地中垂直埋设的油井管时，在油井管外部所被覆的具有粘性的滑层由于摩擦力而向下方拖曳，并变形。对油井管作用的摩擦力大部分消耗于滑层的变形，因此，减轻作用于油井管本身的摩擦力。对这样的现象用图3所示的示意图说明，也就是，因地基下沉所致的剪切应力在具有粘性行为的、厚度为h的滑层10上作用时，在t秒后，发生图中以虚线所示的剪切变形(粘性行为)，残余负摩擦力τ在起作用。该t秒后的剪切变形量d(t)和残余负摩擦力τ的关系是当使用滑层的刚性系数S(t)和滑层厚度为h时，可以(1)式表示τ＝S(t)·d(t)/3h……(1)从(1)式可知，如使用刚性系数S(t)小的材料用作滑层时，可使残余负摩擦力τ变小。通过模型实验可知，为了降低由于地基下沉所引起的油井管的破坏，使摩擦力τ在4×103N/m2以下，特别是2×103N/m2以下时，则可完全抑制破坏。由于摩擦力τ依赖于油井温度、滑层厚度、地基下沉量和时间，所以，如将在实际使用条件下的这些参数值代入(1)式时，可求得为使摩擦力τ在2×103N/m2以下的、滑层厚度和滑层材料所应具有的刚性S(t)，这样，将这种设计的滑层装入油井管就能防止在油井处因地基下沉而引起的油井管的破坏。而且，作为S(t)值，通过动态粘弹性测定仪、剪切蠕变测试仪、滑板流变仪等所测定的时间-刚性曲线，以外推法而求得的1年后的刚性是足够的。一般滑层的厚度为1mm以上，一年间的变形量为5mm以上，当1年后的刚性系数S(t)如在10-5N/m2～103N/m2范围内，则摩擦力τ是在2×103N/m2内，则油井管难以被破坏，实际上油井管的破坏不会发生。又，如S(t)在10-5N/m2以下时，则发生熔融流出。换言之，在上述的一般条件下，经过1年后的刚性系数S(t)超过103N/m2的材料，其滑层的变形能力不充分，不能减轻摩擦力，所以油井管的破坏几率高。也就是，如果滑层的厚度为2mm、1年后的滑层变形量d(t)为10mm时，1年后的刚性系数S(t)为103N/m2以下，则摩擦力τ在2×103N/m2以内，油井管难以破坏，而且，当经过1年后的刚性系数S(t)在102N/m2以下时，对滑层作用的摩擦力在2×102N/m2以内，实质上油井管的破坏不会发生。还发现了，油井管在施工时的温度往往比作业时的温度低20℃左右，由于该温度仍然是高温，所以，由于滑层的自重和施工时所产生的各种应力而使滑层开始变形。还发现，为了防止滑层变形，在施工时的温度范围内，10天后的材料刚性如在2×102N/m2以上、特别是在103N/m2以上，则上述变形实际上不会发生。如上所述，本发明油井管依靠滑层的粘性行为而使下沉地基与油井管本体的摩擦力降低，从而防止油井管的破坏，可按照油井管所使用的温度、地基下沉量来选定滑层的材料及其厚度。图1是本发明实例的油井管的部分截面图；图2说明本发明实施例的油井管的制造方法；图3说明滑层的粘性行为的示意图。以下说明图中的标号。1油井管体2化学转换处理、底漆处理等的底层处理层(需要时也可省略)3粘结层4滑层5保护层6底漆涂布槽7加热炉8粘结层挤压机9滑层挤压机10保护层挤压机实施发明的最佳方式由于油井温度不同，通过在各种温度范围下在满足上述条件的材料进行研究的结果，发现有几种材料可用于作为滑层。也就是，如上所述，根据有地基下沉问题的油井的一般地基下沉量、一般的滑层厚度，在工作温度下的一年后的滑层刚性S(t)是在10-5～103N/m2之间范围内是优选的，有几种材料可以达到上述要求，满足油井管不破坏的条件。首先，通过使直馏沥青和热沥青按预定比例混合的沥青，在40～100℃温度范围内经过1年后的刚性系数是在10-～103N/m2范围内的材料，在这些沥青中可含有树脂、油脂、橡胶、颜料和填料等添加剂。又，也可使用聚乙烯。滑层所用聚乙烯其熔点在95℃以上，优选在95～130℃范围，特别好是在100～130℃范围；软化点为50～120℃，优选为90～120℃。其它物理性质中，MI在20g/10分钟以下，优选在0.01～20g/10分钟，特别好的在0.1～10g/10分钟；屈服点应力为200kgf/cm2以下，优选为80～150kgf/cm2，特别好的是80～120kgf/cm2。又，马来酸酐与聚乙烯反应所得的马来酸酐改性的聚乙烯也可使用。至于乙烯-醋酸乙烯共聚物通过选择其最适当的组成就可制得在目标的温度范围内满足上述刚性范围的材料。例如，为满足在40～130℃范围内上述刚性值，将在乙烯-醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯的比例定在5～60重量％。又，通过马来酸酐和乙烯-醋酸乙烯共聚物反应，而得到的马来酸酐改性的乙烯-醋酸乙烯共聚物也可供使用。又，还可使用乙烯-马来酸酐共聚树脂、乙烯-丙烯酸酯共聚树脂、乙烯-马来酸酐丙烯酸共聚树脂等。而且，当油井温度高时，可使用聚丙烯、马来酸酐改性的聚丙烯、聚丁烯、乙烯-丙烯共聚树脂等。在上述滑层所用树脂中，如有必要，也可在无损于所需性能范围内混合或添加抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、颜料、无机填料、阻燃剂、增塑剂、成核剂、抗静电剂等。滑层的厚度随着所预测地基的下沉量、材料等的不同而不同，但其厚度为0.5mm～10mm，通常为1～5mm。又，在大多数情况下，油井管的制造场所和实际使用场所距离较远，不易运输；又，在施工时必须安装直到高深度等，因此，在其实际使用时，油井管要经受各种外来的物理性冲击。结果，严重时，上述滑层因受物理冲击而被破坏，从油井管体剥离或脱落，以致有可能在施工后不能发挥其本来的功能。然而，按照本发明，由于在滑层和油井管体之间设有粘结层，使油井管体和滑层问的粘结力提高，以致能防止因物理冲击所导致的滑层损坏。粘结层优选是由对滑层有粘结性的、不饱和羧酸类改性的聚烯径树脂或不饱和羧酸类和链烯烃的共聚树脂所形成。不饱和羧酸类是不饱和羧酸及其衍生物的总称。衍生物是其酯类、酰胺类、酐类等。作为不饱和羧酸类的实例有丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、依康酸、裸酸、马来酸酐、柠康酸酐、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸缩水甘油基酯、马来酸二甲酯、丙烯酸酰胺、马来酸一酰胺、N-丁基马来酰亚胺等，其中，优选的是丙烯酸、马来酸、马来酸酐，裸酸，而马来酸酐特别好。链烯烃是乙烯、丙烯、乙烯/醋酸乙烯等，其中以乙烯和丙烯最好。该粘结性树脂可按N-聚合物(Nポリマ-)、阿德马(アドマ-)、莫狄克(モディツク)等商品名而从各公司购得。用于本发明粘结层的优选树脂是马来酸酐改性的聚乙烯、乙烯-马来酸酐共聚树脂、乙烯-马来酸酐丙烯酸酯共聚树脂、马来酸酐改性的乙烯一醋酸乙烯共聚树脂、马来酸酐改性的聚丙烯等，粘结层优选是以上述树脂为主成分。在使用上述材料作为粘结层时，在由于成型时加热所致的融合而使粘结层牢固地粘结到位于粘结层外面的滑层，在粘结层内部的化学转换处理、底漆处理或基铁由于在上述树脂中的马来酸酐基等与基底的羟基等的极性基通过氢键、共价键、静电键等而牢固地结合，结果，使滑层与油井管体牢固地粘结。在上述树脂中，马来酸酐成分、丙烯酸成分等的含量以达到具有所需粘结力为优选，而且可选择其含量能够形成易于成型的粘度。一般，不饱和羧酸类的含量为0.01～20重量％，优选为0.05～5重量％。粘结层的厚度为0.05～2mm，优选为0.1～0.5mm。在上述粘结层中所用的树脂也可按需要，并在无损于所要求性能范围内混合、添加抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、颜料、无机填料、阻燃剂、增塑剂、成核剂、抗静电剂等添加剂。这样的粘结层和滑层可在油井管的外面以例如挤压贴胶、层压或粉末涂层等而形成。又，为了使粘结层和基底粘结良好，或者为了加强抗锈能力，也可进行铬酸盐处理等的化学转换处理和/或由环氧树脂等所构成的底漆处理。在滑层上可设置保护层，保护层是用于防止油井管在运输和埋设施工时滑层和油井管体受损伤。在保护层中使用的材料是在油井管所使用的环境下不会软化的，也就是，当使用温度的上限是130℃时，所使用的材料的软化点要大于130℃。作为这种材料，可以是聚丙烯和乙烯-丙烯嵌段共聚物等的聚烯烃树脂，尤其是软化温度为140-170℃的聚丙烯和乙烯-丙烯嵌段共聚物。保护层也与滑层一样，必要时可混入添加剂。保护层的厚度为0.1～10mm，优选为0.5～5mm。保护层可用例如挤压贴胶在滑层外周上成型。另一方面，软钢等金属也可用作保护层，例如，可将软钢的钢带卷成螺旋状而用作保护层。这种保护层对作用在油井管上的摩擦力没有影响。作为本发明油井管的制造方法，首先，按需要进行前处理再进行表面处理。本发明所说的前处理是按照常规除去油分、进行酸洗、喷砂处理等。表面处理是在钢管表面上形成膜的处理，除铬酸盐处理、磷酸锌处理等外，还包含使用环氧树脂系的底漆进行底漆处理。前处理，表面处理后，在油井管体1的外周面上用二层模将加热熔融到熔点以上的粘结层3和滑层4一起挤压成管状或片状而贴胶，再在其上涂层保护层5，以制造油井管。又，作为另外的涂层方法也可用单层模按顺序涂层粘结层、滑层、保护层。作为本发明实例的油井管用图1和2加以说明。图1是该油井管的截面图，1是油井管体，2是化学转换处理，底漆处理等的基底处理层(必要时也可以省略)，3是粘结层、4是滑层，5是保护层。另外，图2是表示油井管的一个制造方法的说明图。在该油井管体1的外周面上分别以底漆涂槽6涂层底漆层2，以加热炉7加热硬化后，用粘结层挤压机8贴胶粘结层3，接着，用滑层挤压机9施加滑层4，并用保护层挤出机10施加保护层5。实施例1～63使用图2所示装置，在外径177.8mm、壁厚23.8mm、长12,000mm的钢管外周面上，提供在表1～4(实施例1～36)所示的滑层、粘结层(厚0.2mm)、保护层(厚3mm)。表中的可拉引速度是在200℃下将树脂以3g/min挤压成股线时、以恒速拉引、使股线不致断开的拉引速度。表1表2表3>对上述实施例1～63的油井管的粘结力、耐热冲击性、耐水性进行了评价。结果示于表5、6。又，将实施例1～63的各试料放入不同温度的炉中，在最外层上在1mm2的面积负载1kg的力，并放置1小时。评价最外层稳定性是通过其外观(裂纹、剥离、变形)而进行的，结果示于表7、8。粘结力在管长方向上开一个宽1cm的切口，用一部分作为夹紧端，以拉伸速度为50mm/min，剥离角度为90°，测定其剥离时的强度，其测定温度为23℃。耐热冲击性将油井管放入80℃23℃5℃(各1小时)循环的气氛中，测定20个循环后的粘结力。防水试验将油井管浸入水(23℃)中，30天后观察剥离状态。○不剥离△剥离1mm以下×剥离1mm以上对实施例1～63、比较例1的油井管，在表所示温度下，测定经过1年后滑层的刚性系数S(t)，并测得在变形量为200mm时的残余负摩擦力τ。此外在该环境下进行了使用性的试验，结果示于表9～14。对实施例1～63的油井管，在表所示温度下，测定其经过10天后滑层的刚性系数S(t)，其结果以及在该温度下滑层是否变形的评价示于表15～20。在表21～22中列出了实施例1～63、比较例1的粘结层、保护层的评价结果以及滑层的可能施工温度、作业温度的范围。表5<p>表6p><p>表7表8<p>表>表11*实施例27实施例35，36，39，40也同样表12*实施例37实施例38也同样表13实施例41实施例43～实施例45也同样实施例47实施例48，49也同样实施例52实施例53，54也同样表14>*实施例55实施例57也同样、实施例58实施例59也同样、实施例60实施例61也同样、实施例62实施例63也同样表15表16*实施例5实施例19，21也同样、实施例8实施例20，22，23也同样实施例10实施例12～15也同样、实施例16实施例18也同样表17实施例27实施例35，36，39，40也与之相同表18实施例37实施例38也与之相同表19*实施例41实施例43，44，45也与之相同实施例47实施例48，49也与之相同实施例52实施例53，54也与之相同表20上行经过10天后在各温度下的刚性系数(N/m2)下行评价◎最适宜(滑层不变形)○可使用(滑层有点变形)×不可使用(变形)120℃130℃140℃150℃160℃170℃180℃190℃实施例55*10610610610510610610210-1◎◎◎◎◎◎××实施例5610610610610610610210-110-1◎◎◎◎◎×××实施例58*10610610610610610210-110-1◎◎◎◎◎×××实施例60*10610610610610210-110-110-3◎◎◎◎××××实施例62*10610610610210-110-110-410-5◎◎◎×××××</table></tables>*实施例55实施例57也同样实施例58实施例59也同样实施例60实施例61也同样实施例62实施例63也同样表21>表22<p>从表21、22可见，设有粘结层的油井管其滑层和钢管牢固地粘结，并且，耐热冲击性、防水性等的结果也良好，因此，在油井管运输时，对施工时的物理冲击具有充分耐受的粘结力，即使在苛刻条件下滑层也不会脱落，因此，施工后可发挥滑层本来的性能，油井管不会因地基下沉而破坏。又，作为滑层使用粘结树脂时其结果也相同。又，设有保护层的油井管在宽广的温度范围内都无异常，在油井管运输直到施工、作业时都可防止油井管的损伤。再者，实施例1-的油井管可在经过1年后的残余负摩擦力为2×103N/m2以下，经过1年后的刚性系数S(t)为10-5～103范围内的温度范围下使用，油井管因地基下沉而破坏的可能性小。又，在十天后的刚性系数S(t)为2×102以上的温度范围内可施工。根据本发明，能防止油井管因地基下沉所致的破坏，同时，在油井管运输以及油井管埋设施工时也能防止滑层和油井管体的损伤。权利要求1.油井管，其特征在于，在管体的外面设有以有机物为主成分的滑层。2.根据权利要求1所述油井管，其特征在于，所述滑层是由经过1年变形后使其残余摩擦力成为2×103N/m2以下的材料·厚度所构成。3.根据权利要求2所述油井管，其特征在于，所述滑层是由在油井管使用温度下，经过一年变形后的刚性系数S(t)在10-5N/m2到103N/m2范围内的材料所构成。4.根据权利要求1到3中任一项所述的油井管，其特征在于，在油井管的施工温度下，上述滑层由经过10天变形后其刚性系数S(t)为2×102N/m2以上的材料·厚度所构成。5.根据权利要求1到4中任一项所述的油井管，其特征在于，所述滑层是以沥青为主的材料所构成。6.根据权利要求1到4中任一项所述的油井管，其特征在于，所述滑层是由以聚乙烯、马来酸酐改性的聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚树脂、马来酸酐改性的乙烯-醋酸乙烯共聚树脂、乙烯马来酸酐共聚树脂、乙烯-丙烯酸酯共聚树脂、乙烯马来酸酐丙烯酸酯共聚树脂、聚丙烯、聚丁烯、马来酸酐改性的聚丙烯、或乙烯-丙烯共聚合树脂为主的材料或者将它们混合所得树脂为主的材料所构成。7.根据权利要求1到6中任一项所述的油井管，其特征在于，在管体和滑层之间有粘结层。8.根据权利要求7所述的油井管，其特征在于，所述粘结层是由以马来酸酐改性的聚乙烯或乙烯-马来酸酐共聚树脂、或乙烯-马来酸酐丙烯酸酯共聚树脂、马来酸酐改性的乙烯-醋酸乙烯共聚树脂、马来酸酐改性的聚丙烯为主的材料所构成。9.根据权利要求1到6中任一项所述的油井管，其特征在于，在滑层的外面有保护层。10.根据权利要求7或8所述的油井管，其特征在于，在滑层的外面有保护层。11.根据权利要求9或10所述的油井管，其特征在于，所述保护层由以聚丙烯、聚丁烯或乙烯-丙烯共聚物为主的材料所构成。全文摘要本发明提供通过在油井管本体外部所设滑层来减轻作用于油井管上的摩擦力、即使由于地基下沉也难以破坏的油井管。其特征在于，在油井管使用温度下，滑层由经过1年变形后其残余负摩擦力成为2×10文档编号E21B17/00GK1239539SQ98801291公开日1999年12月22日申请日期1998年7月17日优先权日1997年7月22日发明者长谷川佳代,菅原启司,西正嗣,和田英之申请人:日本钢管株式会社