CN100549486C - 新型双金属复合管及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种新型双金属复合管，应用于石油、天然气田开发。外壁管内有内衬管。外壁管的两端焊接有短节，外壁管与短节之间有焊缝，内衬管的两端部焊接在短节的内壁上。在外壁管壁上钻有至少1个直径在2-10毫米的通孔。水压试验后采用电焊焊死通孔，即水压试验后用电焊将通孔补实。新型双金属复合管两端加工有螺纹或两端加工成焊接坡口。效果是：外壁管以碳钢或低合金钢管为基材，发挥碳钢管或低合金钢管优良的机械力学性能和价廉特征；内衬采用层耐腐蚀合金具有优异的耐蚀性能和优良的机械力学性能。彻底解决现有双金属复合管使用时的螺纹接箍连接密封问题和双金属复合管地面焊接问题，扩大双金属复合管的使用领域，节约油田开发的成本。

Description

新型双金属复合管及制造方法

技术领域

本发明属于钢管制造技术领域，涉及一种用于石油、天然气田开发的新型双金属复合管结构及其制造技术。

背景技术

石油工业是大量应用管材的工业，油气田开发过程中需要大量的钢管。油气田开发过程中，不可避免的遇到含有H₂S、CO₂、Cl等介质，这些介质对管材具有很强的腐蚀性。在油气田开发过程中，腐蚀是自始至终存在的严重问题，它不仅造成了巨大的经济损失，而且往往带来一些灾难性后果，例如：人员伤亡、停工停产和环境污染等。腐蚀给石油工业造成的事故很多，每年经济损失很大，因此对管材提出了更高的耐蚀要求。选用性能优良的管材是防止腐蚀事故的主要措施。但是，一般价格低廉的碳钢或低合金钢管材的耐蚀性较差，而耐蚀性好的不锈钢、镍基合金等材料的价格高，为了节约价格高的材料的用量，人们开始研究、制造和选用复合管材，包括双金属复合管。

双金属复合管由外层的基管和内层的衬管组成。目前国内普遍采用的制造方法为机械贴合，如热挤压、冷拔、冷旋压等工艺方法。由于基管与衬管之间存在有间隙，当衬管出现局部腐蚀，腐蚀性介质渗入基管与衬管之间间隙，就会形成间隙腐蚀，加速管道腐蚀。所以，需要有新的方法制造双金属复合管，代替采用现有的机械贴合法所制造的复合管。

采用双金属复合板材制成的压力容器等构件已在各种工业大量应用，取得了良好的经济效益和社会效益，小口径双金属复合管材已在汽车、航空、航天等行业中应用，近年来油气田开发中也开始尝试采用复合管材，已在长庆、胜利、牙哈等多个油田开发中使用。

普通的双金属复合管一般的包括两层，外壁管材质为碳钢或低合金钢，壁厚较大，主要承受外力或内压，内管一般为不锈钢或镍基合金，厚度较小(4毫米以下)。双金属复合管适合法兰连接。但是油气田开发井下用油套管一般采用螺纹接箍连接，由于内管的厚度较薄接头连接处密封难度大，可靠性差，介质容易向外泄漏，同样会造成管子腐蚀破坏。在石油矿区野外作业的条件下，一般只能采用焊接方法连接井上双金属复合管管道。复合管之间焊接涉及到异种金属的连接，在现场条件下质量难以保证。为此，双金属复合管厂也采取了一些措施，如翻边结构、端面封焊、预堆边等方式，降低现场焊接的难度，但是这些技术或者没有彻底解决现场异种钢焊接问题，或者工艺复杂。但是双金属复合管的连接，包括井下管的接箍螺纹连接和地面管道的焊接连接，是一个难以解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型双金属复合管及制造方法，生产适合含腐蚀性介质的油气田开发过程中使用的双金属复合管。使双金属复合管具有更好的耐腐蚀性和使用可靠性，解决双金属复合管使用时的螺纹连接密封问题和地面管道的焊接问题，扩大双金属复合管的使用领域，节约油田开发的成本。

本发明新型双金属复合管的结构是：

本发明新型双金属复合管包括外壁管1和内衬管2，外壁管1内有内衬管2。外壁管1的两端焊接有短节4，外壁管1与短节4之间有焊缝，内衬管2的两端部焊接在短节4的内壁上。在外壁管1壁上钻有至少一个直径在2-10毫米的通孔6。所述的在外壁管1壁上钻的通孔6是加工过程孔，水压试验后采用电焊焊死通孔6，即水压试验后用电焊将通孔6补实。通孔6的作用有两个：利用水压试验时排除内衬管2与外壁管1之间的间隙和残余气体，使外壁管1和内衬管2结合更紧密；水压试验时通过通孔6对内管的泄漏情况进行检查。双金属复合管两端有油管螺纹或加工有焊接用的坡口。

外壁管1的材料为碳钢或低合金钢，使用时外壁管1主要用于承受外力或内压。外壁管1的内径在60-500毫米之间，外壁管1的厚度在6-20毫米之间。外壁管1的内径和厚度，根据双金属复合管实际采用材质的力学性能和双金属复合管输送介质的流量、压力及受力情况等确定。内衬管2材料为不锈钢、镍基合金或其他耐蚀性材料，主要用于抗腐蚀。内衬管2厚度在1-4毫米之间。短节4的材料要具有耐蚀性，而且要具有足够高的强度和良好的焊接性材，如不锈钢、镍基耐蚀合金。

本发明新型双金属复合管的制造方法是：

①、外壁管1、短节4和内衬管2加工制作：外壁管1内孔直径与短节4内孔直径相同，外壁管1内孔直径、短节4内孔直径与内衬管2的外径差在1-3毫米之间。

②、清洗外壁管1内孔和内衬管2的外表面，除去油污及氧化物。

③、采用熔化焊、摩擦焊或瞬时液相扩散焊等焊接方法进行外壁管1与短节4之间的焊接，去除焊缝3内外余高或毛刺，必要时对焊缝3进行热处理。热处理种类、方法和参数较多，要根据具体材料而定，本专利不包括该技术。

④、内衬管2插入焊好的外壁管1和短节4内，进行复合。

⑤、将内衬管2的两端焊接在短节4的内壁上，短节4内壁与内衬管2的两端焊接，形成密封角焊缝；。

⑥、短节4两端密封，进行水压试验，水压试验的压力要根据外壁管的外径、厚度和材料的强度等级而定，一般在5-30MPa之间。目的是检验新型双金属复合管的承压能力，并使外壁管1和内衬管2紧密结合。通过外壁管1上的通孔6检验内衬管2有没有液体渗漏出；

⑦根据需要，对新型双金属复合管两端进行加工，如应用到石油井下的新型双金属复合管两端加工有螺纹；地面集输用的新型双金属复合管两端加工成焊接坡口。

本发明的有益效果：新型双金属复合管内衬复合管外壁管以碳钢或低合金钢管为基材，充分发挥碳钢管或低合金钢管优良的机械力学性能和价廉特征；以耐腐蚀合金材料为内衬层，充分发挥耐腐蚀合金优异的耐蚀性能，从而使其具有优异的耐蚀性和优良的机械力学性能。本发明新型双金属复合管结构及其制造方法，彻底解决现有双金属复合管使用时的螺纹接箍连接密封问题和双金属复合管地面焊接问题，扩大双金属复合管的使用领域，节约油田开发的成本。

采用该方案制作的双金属复合管，端部为耐蚀性能良好的不锈钢或镍基材料，可采用与纯耐蚀合金管同样的螺纹接箍连接或焊接技术，可以有效、彻底解决复合管现场使用的连接问题。

与一般制作完复合管然后进行与短节焊接方式相比，该方案先进行外壁管与短节的焊接，只涉及到两种材料的焊接，后焊接内管与短节焊缝，为端面密封结构，焊接结构简单，又为同种材料的焊接。外壁管1和内衬管2的焊缝可以采用摩擦焊或瞬时液相扩散焊等特种焊接方法，参数容易控制，过程容易自动化，接头性能好。焊接质量容易保证。

该发明的方案还对管子进行水压试验，有三个作用：一是可以对双金属复合管的承压能力进行试验；二是利用水压试验压力消除外壁管1和内衬管2之间的间隙和残余气体，使内外管贴合更紧密；三是利用外管上的小孔，可以检查内壁管的泄漏情况。

该发明双金属复合管使现场采用的螺纹或焊接连接变为同种材料的连接，结构简单，产品质量高，容易实现工业机械化、自动化和批量生产。用于油田现场连接操作容易，可靠性高。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明新型双金属复合管一端的结构剖面示意图，另一端结构相同。是实施例1的结构示意图。

图中，1.外壁管，2.内衬管，3.焊缝，4.短节，5.密封焊缝，6.通孔。

具体实施方式

实施例1：参阅附图1。外壁管1的材料为16Mn低合金钢，外壁管1内径为152.3毫米，厚度为8毫米，长度为12000毫米。内衬管2材料为316L不锈钢，内衬管2外径为150毫米，厚度为3毫米，长度为12060毫米。短节4为316L耐蚀性材料的不锈钢，短节4内径为152.3毫米，厚度为11毫米，长度为80毫米。

外壁管1内套有内衬管2。外壁管1的两端焊接有短节4，外壁管1与短节4之间有焊缝3，内衬管2的两端部焊接在短节4的内壁上。在外壁管1壁上钻有3个直径在5毫米的通孔6。所述的在外壁管1壁上钻的通孔6是加工过程孔，水压试验后采用电焊焊死通孔6，新型双金属复合管两端加工有螺纹或两端加工成焊接坡口。

新型双金属复合管的制造方法：

①、外壁管1、短节4和内衬管2加工制作：加工外壁管1内孔与短节4内孔；外壁管1内孔、短节4内孔与内衬管2的外径差为2.3毫米。

②、清洗外壁管1内孔和内衬管2的外表面，除去油污及氧化物；

③、采用摩擦焊接方法进行外壁管1与短节4之间的焊接，去除焊缝3内外余高或毛刺，对焊缝3进行热处理。

④、内衬管2插入焊好的外壁管1和短节4内，进行复合；

⑤、将内衬管2的两端焊接在短节4的内壁上，短节4内壁与内衬管2的两端焊接，形成密封角焊缝；

⑥、在短节4两端进行密封，进行水压试验，水压试验的压力为29MPa。

⑦、对新型双金属复合管两端进行加工，如新型双金属复合管两端加工有螺纹，用于井下；如果两端加工成焊接坡口，该新型双金属复合管用于地面输送管网建设。

Claims (3)

1、一种新型双金属复合管，包括外壁管(1)和内衬管(2)，外壁管(1)内有内衬管(2)，外壁管(1)的两端焊接有短节(4)，外壁管(1)与短节(4)之间有焊缝(3)，内衬管(2)的两端部焊接在短节(4)的内壁上，其特征是在外壁管(1)壁上钻有至少1个直径在2-10毫米的通孔(6)，所述的在外壁管(1)壁上钻的通孔(6)是加工过程孔，水压试验后采用电焊焊死通孔(6)，即水压试验后用电焊将通孔(6)补实，新型双金属复合管两端加工有螺纹或两端加工成焊接坡口。

2、根据权利要求1所述的新型双金属复合管，其特征是：外壁管(1)的材料为碳钢或低合金钢，外壁管(1)的内径在60-500毫米之间，外壁管(1)的厚度在6-20毫米之间，内衬管(2)材料为不锈钢、镍基合金或其他耐蚀性材料，内衬管(2)厚度在1-4毫米之间，短节(4)为耐蚀性材料，而且要具有足够高的强度和良好的焊接性。

3、根据权利要求1所述的新型双金属复合管的制造方法，其特征是：

①、外壁管(1)、短节(4)和内衬管(2)加工制作：外壁管(1)内孔直径与短节(4)内孔直径相同，外壁管(1)内孔直径、短节(4)内孔直径与内衬管(2)的外径差在1-3毫米之间；

②、清洗外壁管(1)内孔和内衬管(2)的外表面，除去油污及氧化物；

③、采用熔化焊、摩擦焊或瞬时液相扩散焊等焊接方法进行外壁管(1)与短节(4)之间的焊缝(3)，去除焊缝(3)内外余高或毛刺，对焊缝(3)进行热处理；

④、内衬管(2)插入焊好的外壁管(1)和短节(4)内，进行复合；

⑤、将内衬管(2)的两端焊接在短节(4)的内壁上，短节(4)内壁与内衬管(2)的两端焊接，形成密封角焊缝；

⑥、短节(4)两端密封，进行水压试验，水压试验的压力在5-30MPa之间；

⑦、对新型双金属复合管两端进行加工，新型双金属复合管两端加工有螺纹或两端加工成焊接坡口。

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