CN101524728A - 一种可膨胀波纹管的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可膨胀波纹管成型方法，涉及钻井技术。其包括：轴向移动加热至500～1200℃的圆管，沿移动方向、在管壁外周设置一套或一套以上的预成型滚轴及成型滚轴，每套滚轴由在圆管横截面上十字对称位置分别设置的两组滚轴组成，每组滚轴由两个轴线垂直于圆管移动方向、旋转方向同圆管移动方向、形状对称的滚轮组成；相对两个滚轮间距离小于管外直径；各套滚轴中一组滚轴同其他套滚轴中形状相同的一组滚轴在管横截面上十字对称位置一致，每套滚轴的相对称滚轮间距逐次缩小。在相应于成型滚轴的位置，管内设置有内模，使管在轴向移动经过滚轴后成型为的可膨胀波纹管。所得可膨胀波纹管在膨胀后抗外挤强度达到8MPa以上，抗内压强度在30MPa以上。

Description

一种可膨胀波纹管的成型方法

技术领域

本发明涉及一种可膨胀管的制备方法，进一步地说，是涉及钻井过程中使用的可膨胀波纹管的一种制备方法。

背景技术

可膨胀管技术是在钻井或修井施工过程中，将管柱下入井内，以液力或机械力的方式使管柱永久形变，从而达到增大套管直径，实现节省井眼尺寸、封堵复杂地层和修补已损套管的一种新型技术。可膨胀管可应用于钻井、完井及修井等作业中，被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。

当钻井过程中出现复杂地层如井漏地层则必须堵漏。在工程实践过程中经常出现使用其它堵漏措施不能有效封堵的情况，则必须从井口下入套管至复杂井段以下，注水泥固井将复杂井段封堵。这样井身结构变得复杂，继续钻井过程中如果再次出现复杂井段就必须使用直径更小的钻头及套管，使可钻的井深受到限制无法钻达目的层位。

采用可膨胀管技术可大大简化井身结构，提高钻井速度，降低钻井成本；封隔或封固复杂井段；补贴已损套管和废弃射孔段；甚至可实现深井的单一井眼尺寸钻井和单一套管尺寸完井，从而实现钻更深的直井和大位移井。

应用于钻井工程中的可膨胀管主要有可膨胀实体管、可膨胀割缝管及可膨胀波纹管三种。

可膨胀实体管(如欧洲专利EP 1651365、中国专利申请200410019863.x等)是用小于上层套管内径的特殊材料管，截面形状为圆形，单根之间采用螺纹连接。在井下通过液压或机械方式推动膨胀锥，使小直径的管膨胀为较大直径管。可膨胀实体管主要用作膨胀尾管，封堵复杂地层、悬挂尾管、修补已损套管或废弃射孔段。可膨胀实体管对施工及配套工具及螺纹密封要求较高，且成本高，施工工艺复杂。

可膨胀割缝管(如中国专利ZL02282747.1等)包括本实体管，筛网，外罩，透缝。在本体管上开有透缝；外罩在筛网外面，由于外层均开有孔或缝，因而可以通过机械胀管器将其膨胀，使其紧紧撑在井壁上。主要应用于井壁支撑，堵漏、补贴损坏后的套管内壁。

可膨胀波纹管一般是对管材进行冷压处理，使管柱截面形状呈异型状，常见的如“8”字形，以减小管外径，使其通过上层套管，借助液压及膨胀工具的作用下，使其完全膨胀成圆管，并紧贴在裸眼井壁或损坏的套管内壁上。可膨胀波纹管主要用于钻井过程中在不减小井眼尺寸的情况下封堵各种复杂地层，对损坏套管或废弃射孔段进行补贴修复，作为各种井筒封隔器以及延长技术套管长度等。其膨胀率高，成本低，操作简便。

实体管的作用与波纹管相同，但在施工中需要在管外注入水泥固井，波纹管不需要，筛网等不能用于堵漏。波纹管是将一定直径尺寸的圆管先期压制成“8”字形管，在井内膨胀恢复成圆管；实体管是在井内直接在注完水泥浆后由小尺寸圆管膨胀成较大尺寸内径的圆管，其功能作用相同。但是膨胀实体管对管材要求比较高，要求材料既要强度高，又要具备较好的延展性好，制作成本远比波纹管高，其膨胀率也不如波纹管，现场操作也较为复杂。

目前，国外仅俄罗斯生产波纹膨胀管，其“8”字型截面波纹管系冷压成型，仅适用于强度较低的钢管，且膨胀后的波纹管的抗外挤强度和抗内压强度较低，使其应用范围受到限制。对于强度较高的钢管，成型后存在较大的反弹，轧制出的管子截面不一致，使得波纹管之间连接困难。

发明内容：

本发明通过使工件及模具同时运动、热压成型的方法来制备可膨胀波纹管，使成型后的管体截面呈“8”字形的波纹状((见图1)，该“8”字形由向内凹陷的曲线部分及向外凸出的曲线部分构成。能够容易的进行水力和机械膨胀并在膨胀以后可膨胀波纹管保持较高的抗内压强度和一定的抗外挤强度。

本发明目的在于提供一套波纹管成型方法，可提高波纹管膨胀后的抗内压、抗外挤强度。

本发明所述的一种可膨胀波纹管的成型方法：轴向移动工件(园管)，并将管子加热，通过预成型滚轴和成型滚轴及内模将波纹管进行逐步挤压成型，使得园管逐步变形至波纹管。

具体包括以下步骤：

(1)取所需长度、直径和厚度的待加工的金属园管；此处园管的金属材质、管子的长度、壁厚和直径没有特殊限定，由具体钻进作业中所需的管材情况而确定。一般可选铁管、钢管等。

(2)轴向移动金属园管经过预成型区制备预成型管：

在预成型区，园管加热温度为500～1200℃，优选为600～1000℃，更优选为700～800℃。沿园管轴向移动方向、在园管管壁外周设置一套或一套以上的预成型滚轴，优选2～5套。每套预成型滚轴由在园管截面上的十字对称位置分别设置的两组滚轴组成，每组滚轴由两个轴线垂直于园管移动方向、旋转方向同园管移动方向、形状对称的滚轮组成。其中一组滚轴的滚轮为铁饼型，铁饼外沿将与其接触的金属园管外壁部分预压制成波纹管的向内凹陷部分；另一组为柱面向内凹的腰鼓形，以限制园管在被铁饼型滚轮压制时向外移动，而且将与其接触的金属园管外壁预成型成波纹管的向外凸出部分。相对两个滚轮间距，即在两个滚轮轴线中心点连线上两个滚轮外壁之间的最小直线距离小于金属园管的外直径。在具有一套以上预成型滚轴的情况下，各套预成型滚轴中一组滚轴同其他套预成型滚轴中形状相似的一组滚轴在园管横截面上十字对称位置一致。每套预成型滚轴的每组滚轮间距都比上一套预成型滚轴中形状相似的一组滚轮间距逐次缩小，每一组滚轮与园管接触部分的曲线形状都比上一套预成型滚轴中形状相似的一组滚轮更贴近最终波纹管成品相应部位的曲线形状，从而使得园管在轴向移动经过预成型滚轴后逐步受压变形至预成型波纹管。

(3)经过以上步骤所得的预成型波纹管再轴向移动经过成型区制备可膨胀波纹管成品：

在成型区，上述步骤得到的预成型管加热温度为500～1200℃，优选为600～1000℃，更优选为700～800℃。沿预成型管移动方向设置一套或一套以上成型滚轴，优选2～5套。成型滚轴由在预成型管横截面上十字对称位置分别设置的两组滚轴组成，每组滚轴由两个轴线垂直于预成型管移动方向、旋转方向同预成型管移动方向、形状对称的滚轮组成。其中一组滚轴的滚轮为铁饼型，铁饼外沿将与其接触的预成型管外壁部分压制成波纹管成品的向内凹陷部分；另一组为柱面向内凹的腰鼓形，以限制预成型管在被铁饼型滚轮压制时向外移动，而且将与其接触的预成型管外壁成型成波纹管成品的向外凸出部分。成型滚轴中一组滚轴同预成型区的预成型滚轴中形状相似的一组滚轴在预成型管横截面上十字对称位置一致；在具有一套以上成型滚轴的情况下，各套成型滚轴中一组滚轴同其他套成型滚轴中形状相似的一组滚轴在预成型管横截面上十字对称位置一致。相对两个成型滚轮间距，即在两个滚轮轴线中心点连线上两个滚轮外壁之间的最小直线距离小于预成型管在此连线上外壁间的距离；每套成型滚轴的每组滚轮间距都比上一套成型滚轴中形状相似的一组滚轮间距逐次缩小，直至最后一套成型滚轴的滚轮间距等于可膨胀波纹管成品在此连线上外壁间的距离。每一组滚轮与预成型管接触部分的曲线形状都比上一套预成型滚轴中形状相似的一组滚轮更贴近波纹管成品相应部位的曲线形状，直至最后一套成型滚轴的滚轮与园管接触部分的曲线形状与波纹管成品相应部位的曲线形状相同。在预成型波纹管内部相应于成型滚轴的位置，设置有内模，内模通过在管轴线位置上设置的一段长杆固定，内模在预成型管横截面上的断面形状和可膨胀波纹管成品横截面上内壁的形状相同，从而使预成型管在轴向移动经过成型滚轴和内模共同作用后受压变形至可膨胀波纹管成品。

本发明的方法中金属园管轴向移动方式可采用现有技术中的管件加工工艺中常用的轴向移动方式。具体来讲可以是：金属园管两端设置支撑或由轨道支撑，其外壁的滚轮为驱动轮，通过摩擦力带动圆管轴向移动。管件的移动速度没有特殊限定，优选为匀速移动。以上所述的滚轮均可由电机带动旋转。

以上所述每套预成型滚轴中的两组滚轴优选为分别设置在园管横截面上上下和左右的对称位置。以上所述每套成型滚轴中的两组滚轴优选为分别设置在预成型管横截面上上下和左右的对称位置。

本发明所述的可膨胀波纹管的成型方法，其特点是：工件(园管)及成型模具同时运动，采用热轧成型方法逐步成型；方法简单，成型容易，加工出的波纹管不易变形，可使波纹管成型过程中应力和应变较小，膨胀后具有较大的抗外挤强度和抗内压强度。本方法所制得的波纹管抗外挤强度等于或大于8MPa，抗内压强度等于或大于30MPa。

附图说明

图1所示为可膨胀波纹管横截面形状；

图2所示为可膨胀波纹管成型过程示意图；

图3所示为成型过程中滚轴与内模相互作用压制波纹管的横截面部分示意图。

具体实施方式：

下面结合实施例，进一步说明本发明。

本发明的成型方法其步骤如图2所示的成型法：

(1)首先取用所长度、直径及壁厚的15#钢园管1以待加工。

(2)在预成型区，以0.5m/min的速度轴向匀速移动园管1，并加热至700℃。使用预成型滚轴I组(由左预成型滚轮2和右预成型滚轮6构成，滚轮为所述腰鼓型，左右对称)和预成型滚轴II组(由上预成型滚轮4和下预成型滚轮5构成，滚轮为所述铁饼型，上下对称)设置在园管1横截面的左右上下位置将波纹管进行预成型。其中园管由轨道支撑，每套中两组四个滚轮由电机带动，其旋转方向均同圆管1的移动方向。相对两个滚轮间距，即在两个滚轮轴线中心点连线上两个滚轮外壁之间的最小直线距离小于金属园管的外直径，使园管发生变形。在园管轴向移动的方向上设计4套预成型滚轴，各套预成型滚轴中一组滚轴同其他套预成型滚轴中形状相似的一组滚轴在园管的横截面上上下左右的对称位置一致。每套预成型滚轴的每组滚轮间距都比上一套预成型滚轴中形状相似的一组滚轮间距逐次缩小，每一组滚轮与园管接触部分的曲线形状都比上一套预成型滚轴中形状相似的一组滚轮更贴近波纹管成品相应部位的曲线形状，使得园管逐步变形至预成型波纹管3。

(3)之后将预成型波纹管3以0.5m/min的速度轴向匀速移动经过成型区，并加热至同预成型区相同的温度。沿预成型管移动方向设置4套成型滚轴：使用成型滚轴III组(由左成型滚轮7和右成型滚轮12构成，滚轮为所述腰鼓型，左右对称)和成型滚轴IV组(由上成型滚轮9和下成型滚轮10构成，滚轮为所述铁饼型，上下对称)设置在预成型波纹管3横截面的左右上下位置将预成型波纹管3进行成型。其中每套四个滚轮由电机带动，其旋转方向均同预成型波纹管3的移动方向。相对两个成型滚轮间距，即在两个滚轮轴线中心点连线上两个滚轮外壁之间的最小直线距离小于预成型波纹管3在此连线上外壁间的距离，每套成型滚轴的每组滚轮间距都比上一套成型滚轴中形状相似的一组滚轮间距逐次缩小，直至最后一套成型滚轴的滚轮间距等于可膨胀波纹管8成品在此连线上外壁间的距离；每一组滚轮与预成型波纹管3接触部分的曲线形状都比上一套成型滚轴中形状相似的一组滚轮更贴近可膨胀波纹管8成品相应部位的曲线形状，直至最后一套成型滚轴的滚轮与预成型波纹管3接触部分的曲线形状与波纹管8成品相应部位的曲线形状相同，使预成型波纹管3发生最终变形。成型滚轴中一组滚轴同预成型区的预成型滚轴中形状相似的一组滚轴在预成型管横截面上十字对称位置一致。如图3所示，在预成型波纹管内部相应于成型滚轴的位置，设置有内模，内模通过在管轴线位置上设置的一段长杆固定，内模在预成型管横截面上的断面形状和可膨胀波纹管8成品横截面上内壁的形状相同，使预成型波纹管3在轴向移动经过成型滚轴和内模共同作用后受压变形至可膨胀波纹管成品，即可膨胀波纹管8。图1为成型后的可膨胀波纹管8的横截面示意图。本实施例压制成型的可膨胀波纹管抗内压强度最低为30MPa，抗外挤强度最低为8MPa。

Claims (7)

1.一种可膨胀波纹管的成型方法，包括以下步骤：

(1)取待加工金属园管；

(2)轴向移动金属园管经过预成型区制备预成型管：在预成型区，园管加热温度为500～1200℃；沿园管轴向移动方向、在园管管壁外周设置一套或一套以上的预成型滚轴；每套预成型滚轴由在园管截面的上十字对称位置分别设置的两组滚轴组成，每组滚轴由两个轴线垂直于园管移动方向、旋转方向同园管移动方向、形状对称的滚轮组成，其中一组滚轴的滚轮为铁饼型，铁饼外沿将与其接触的金属园管外壁部分预压制成波纹管的向内凹陷部分；另一组为柱面向内凹的腰鼓形，以限制园管在被铁饼型滚轮压制时向外移动，而且将与其接触的金属园管外壁预成型成波纹管的向外凸出部分；相对两个滚轮间距，即在两个滚轮轴线中心点连线上两个滚轮外壁之间的最小直线距离，小于金属园管的外直径；在具有一套以上预成型滚轴的情况下，各套预成型滚轴中一组滚轴同其他套预成型滚轴中形状相似的一组滚轴在园管横截面上十字对称位置一致，每套预成型滚轴的每组滚轮间距都比上一套预成型滚轴中形状相似的一组滚轮间距逐次缩小，每一组滚轮与园管接触部分的曲线形状都比上一套预成型滚轴中形状相似的一组滚轮更贴近波纹管成品相应部位的曲线形状，使园管在轴向移动经过预成型滚轴后逐步受压变形至预成型波纹管；

(3)经过以上步骤所得的预成型波纹管再轴向移动经过成型区制备可膨胀波纹管成品：在成型区，上述步骤得到的预成型管加热温度为500～1200℃；沿预成型管移动方向、在管壁外周设置一套或一套以上成型滚轴；成型滚轴由在预成型管横截面上十字对称位置分别设置的两组滚轴组成，每组滚轴由两个轴线垂直于预成型管移动方向、旋转方向同预成型管移动方向、形状对称的滚轮组成；其中一组滚轴的滚轮为铁饼型，铁饼外沿将与其接触的预成型管外壁部分压制成波纹管成品的向内凹陷部分，另一组为柱面向内凹的腰鼓形，以限制预成型管在被铁饼型滚轮压制时向外移动，而且将与其接触的预成型管外壁成型成波纹管成品的向外凸出部分；成型滚轴中一组滚轴同预成型区的预成型滚轴中形状相似的一组滚轴在预成型管横截面上十字对称位置一致；在具有一套以上成型滚轴的情况下，各套成型滚轴中一组滚轴同其他套成型滚轴中形状相似的一组滚轴在园管横截面上十字对称位置一致；相对两个成型滚轮间距，即在两个滚轮轴线中心点连线上两个滚轮外壁之间的最小直线距离小于预成型管在此连线上外壁间的距离，每套成型滚轴的每组滚轮间距都比上一套成型滚轴中形状相似的一组滚轮间距逐次缩小，直至最后一套成型滚轴的滚轮间距等于可膨胀波纹管成品在此连线上外壁间的距离；每一组滚轮与预成型管接触部分的曲线形状都比上一套成型滚轴中形状相似的一组滚轮更贴近波纹管成品相应部位的曲线形状，直至最后一套成型滚轴的滚轮与预成型管接触部分的曲线形状与波纹管成品相应部位的曲线形状相同；在预成型管内部相应于成型滚轴的位置，设置有内模，内模通过在管轴线位置上设置的一段长杆固定，内模在预成型管横截面上的断面形状和可膨胀波纹管成品横截面上内壁的形状相同，使预成型管在轴向移动经过成型滚轴和内模共同作用后受压变形至可膨胀波纹管成品。

2.根据权利要求1所述的可膨胀波纹管的成型方法，其特征在于所述每套预成型滚轴中的两组滚轴分别设置在园管横截面的上下和左右的对称位置；所述每套成型滚轴中的两组滚轴分别设置在预成型管横截面的上下和左右的对称位置。

3.根据权利要求1所述的可膨胀波纹管的成型方法，其特征在于所述预成型区及成型区管子的加热温度为600～1000℃。

4.根据权利要求3所述的可膨胀波纹管的成型方法，其特征在于所述预成型区及成型区管子的加热温度为700～800℃。

5.根据权利要求1所述的可膨胀波纹管的成型方法，其特征在于所述预成型区有2～5套预成型滚轴。

6.根据权利要求1所述的可膨胀波纹管的成型方法，其特征在于所述成型区有2～5套成型滚轴。

7.根据权利要求1～6之一所述的可膨胀波纹管的成型方法，其特征在于经过所述步骤制得的波纹管抗外挤强度等于或大于8MPa，抗内压强度等于或大于30MPa。

Images