CN102808586A - 一种壁厚渐变的连续油管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种壁厚渐变的连续油管及其制造方法,所述连续油管至少由一段壁厚渐变管I和一段壁厚渐变管Ⅱ首尾对接而成,所述壁厚渐变管I首端为等壁厚接头段I、中部为变壁厚段I、尾端为等壁厚接头段Ⅱ;所述壁厚渐变管Ⅱ首端为等壁厚接头段Ⅲ、中部为变壁厚段Ⅱ、尾端为等壁厚接头段Ⅳ;所述等壁厚接头段Ⅱ与等壁厚接头段Ⅲ对接,且等壁厚接头段Ⅱ与等壁厚接头段Ⅲ壁厚相同;所述变壁厚段I、变壁厚段Ⅱ首端自尾端壁厚逐渐减小。本发明采用沿长度方向厚度渐变的钢带制成,使连续油管壁厚在长度方向上连续渐变,在同等长度下,减小了连续油管自重,使井口段连续油管承受的拉力减小,提高连续油管的作业深度和作业的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气管材技术领域,具体涉及一种壁厚渐变的连续油管及其制造方法。
背景技术
连续油管在石油天然气工业中已广泛应用于油田修井、钻井、完井、测井、增产等领域。由于在上述作业方面具有效率高、成本低、作业范围广、占地面积小等一系列优点,近年来连续油管技术发展迅速。
在使用过程中,连续油管需要从卷筒上导出,并通过导向拱(鹅颈)和注入头进入并悬挂在井筒中作业。对于深度较小的浅井而言,普通连续油管即可满足使用要求。但是,当连续油管在深井或超深井中使用时,随着下入深度的不断增大,连续油管的悬重和提升力将大幅增加,当下入深度超过一定数值时,易发生断裂事故。例如,对最小屈服强度为552MPa,最小抗拉强度为621MPa、规格为φ31.8×2.77mm,密度为7853kg/m3的连续油管而言,管体屈服载荷为13403kg,由于内压、拉伸以及其它载荷影响,并考虑安全余量,最大下入深度约为4000m。
为了增加连续油管下入深度,满足深井和超深井作业需求,一方面可提高管材强度,另一方面可降低管材自身重量,从而减少悬重和连续油管井口段承受的载荷。
对强度一定的连续油管,采用具有相同外径、不同壁厚的连续油管(即使用变壁厚连续油管,在靠近井口的位置使用壁厚较大的管柱,在靠近井底使用壁厚较小的连续管)可大幅减小管体自重。由于靠近井口位置的厚壁管具有较大的屈服载荷,可使连续管承受更大的自重,在下端使用薄壁管可减小自重,从而增加作业深度。
目前,通过不同规格的成品连续油管进行管-管对接焊接可实现连续油管的变壁厚要求,但由于壁厚不同的两种连续油管焊接时,由于热输入、焊速、填充金属量均与管材壁厚密切相关,无论采用手工焊还是自动焊均会形成的台阶状接合,焊缝与母材性能相差较大,在发生变形时容易因各部位变形不同而在环焊缝处过早失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种壁厚渐变的连续油管及其制造方法,采用整段壁厚渐变的钢带形成一个连续、平滑的过渡区段,使对接接头部分壁厚相同,焊接接头平滑,且焊缝经过形变热处理后力学性能与母材相当,使连续油管壁厚在长度方向上连续渐变,在同等长度下,减小了连续油管自重,使井口段连续管承受的拉力减小,提高连续油管的作业深度和作业的安全性。
本发明采取的技术方案是:一种壁厚渐变的连续油管,所述连续油管至少由一段壁厚渐变管Ⅰ和一段壁厚渐变管Ⅱ首尾对接而成,所述壁厚渐变管Ⅰ首端为等壁厚接头段Ⅰ、中部为变壁厚段Ⅰ、尾端为等壁厚接头段Ⅱ;所述壁厚渐变管Ⅱ首端为等壁厚接头段Ⅲ、中部为变壁厚段Ⅱ、尾端为等壁厚接头段Ⅳ;所述等壁厚接头段Ⅱ与等壁厚接头段Ⅲ对接,且等壁厚接头段Ⅱ与等壁厚接头段Ⅲ壁厚相同;所述变壁厚段Ⅰ、变壁厚段Ⅱ首端自尾端壁厚逐渐减小。
所述连续油管壁厚沿长度方向逐渐减小,强度沿长度方向逐渐减小,且强度变化范围为758MPa~483MPa。
所述连续油管的外径为25.4mm~88.9mm,壁厚为1.9mm~7.6mm。
一种壁厚渐变的连续油管的制造方法:
步骤1:分别轧制一段壁厚渐变钢带Ⅰ和一段壁厚渐变钢带Ⅱ,并使壁厚渐变钢带Ⅰ、壁厚渐变钢带Ⅱ中部壁厚逐渐减小、首尾分别带有一段等壁厚段,然后将壁厚渐变钢带Ⅰ尾端等壁厚段与壁厚渐变钢带Ⅱ首端等壁厚段对接焊接将钢带接长,且壁厚渐变钢带Ⅰ尾端等壁厚段与壁厚渐变钢带Ⅱ首端等壁厚段的壁厚相同;
步骤2:对上述对接焊缝进行形变热处理,使接头焊缝的力学性能与母材相当;
步骤3:将上述接长的钢带通过连续成型工艺成型为直缝管状,并采用直缝焊接工艺进行成型焊接并经热处理后缠绕至卷筒上。
进一步,在步骤1所述的壁厚渐变钢带Ⅱ的尾端对接下一段壁厚渐变钢带Ⅲ,所述壁厚渐变钢带Ⅲ中部壁厚逐渐减小、首尾分别带有一段等壁厚段,将壁厚渐变钢带Ⅲ首端等壁厚段对接在壁厚渐变钢带Ⅱ的尾端;依此类推将钢带接长至连续油管的设计长度。
本发明与现有技术相比具有的优点和效果:
1、本发明采用整段壁厚均匀渐变的管段形成一个连续、平滑的过渡区段,避免了管壁的突变,使该区域在弯曲过程中的变形趋于均匀,增加了管柱的安全性。
2、本发明壁厚均匀渐变的管段两端均带有一段等壁厚管段,使对接部分壁厚相同,焊接接头平滑,焊接参数和热处理参数相同,有利于对接接头的强化和均匀变形,提高了环焊缝的强度和作业的安全性。
3、本发明管体壁厚沿长度方向逐渐减小,进而使管体强度沿长度方向逐渐减小,强度变化范围758MPa~483MPa。使用时使靠近井口位置的厚壁管具有较大的屈服载荷,承受更大的自重,沿井深方向管壁逐渐变薄减小自重,从而增加作业深度和作业的安全性。
4、本发明采用沿长度方向厚度渐变的钢带制成,且钢带对接接头均由两个等壁厚的板材焊接而成,焊接参数和热处理参数相同,且焊缝经过形变热处理后力学性能与母材相当,使连续油管壁厚在长度方向上连续渐变,在同等长度下,减小了连续油管自重,使井口段连续油管承受的拉力减小,提高连续油管的作业深度和作业的安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图,
图2为本发明钢带接长后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-2详细描述本发明的实施例。
一种壁厚渐变的连续油管至少由一段壁厚渐变管Ⅰ1和一段壁厚渐变管Ⅱ2首尾对接而成,所述壁厚渐变管Ⅰ1首端为等壁厚接头段Ⅰ3、中部为变壁厚段Ⅰ4、尾端为等壁厚接头段Ⅱ5;所述壁厚渐变管Ⅱ2首端为等壁厚接头段Ⅲ6、中部为变壁厚段Ⅱ7、尾端为等壁厚接头段Ⅳ8;所述等壁厚接头段Ⅱ5与等壁厚接头段Ⅲ6对接,且等壁厚接头段Ⅱ5与等壁厚接头段Ⅲ6壁厚相同;所述变壁厚段Ⅰ4、变壁厚段Ⅱ7首端自尾端壁厚逐渐减小。
一种壁厚渐变的连续油管的制造方法:
步骤1:分别轧制一段壁厚渐变钢带Ⅰ9、一段壁厚渐变钢带Ⅱ10及一段壁厚渐变钢带Ⅲ11,并使壁厚渐变钢带Ⅰ9、壁厚渐变钢带Ⅱ10及壁厚渐变钢带Ⅲ11中部壁厚逐渐减小、首尾分别带有一段等壁厚段,然后将壁厚渐变钢带Ⅰ9尾端等壁厚段与壁厚渐变钢带Ⅱ10首端等壁厚段对接焊接将钢带接长,且壁厚渐变钢带Ⅰ9尾端等壁厚段与壁厚渐变钢带Ⅱ10首端等壁厚段的壁厚相同;将壁厚渐变钢带Ⅲ11首端等壁厚段对接在壁厚渐变钢带Ⅱ10的尾端,且壁厚渐变钢带Ⅱ10尾端等壁厚段与壁厚渐变钢带Ⅲ11首端等壁厚段的壁厚相同;依此类推将钢带接长至连续油管的设计长度,实现钢带在长度方向上壁厚连续渐变。
步骤2:对上述对接焊缝进行形变热处理,使接头焊缝的力学性能与母材相当;
步骤3:将上述接长的钢带通过连续成型工艺成型为直缝管状,并采用直缝高频焊接工艺进行成型焊接并经热处理后缠绕至卷筒上,制成壁厚沿长度方向连续渐变的连续油管。
所述连续油管壁厚沿长度方向逐渐减小,强度沿长度方向逐渐减小,且强度变化范围为758MPa~483MPa。所述连续油管的外径为25.4mm~88.9mm,壁厚为1.9mm~7.6mm。
使用时厚壁管区段靠近井口位置具有较大的屈服载荷,承受更大的自重,沿井深方向管壁逐渐变薄减小自重,经测试下井深度可提高30%。
Claims (5)
1.一种壁厚渐变的连续油管,其特征是:所述连续油管至少由一段壁厚渐变管Ⅰ(1)和一段壁厚渐变管Ⅱ(2)首尾对接而成,所述壁厚渐变管Ⅰ(1)首端为等壁厚接头段Ⅰ(3)、中部为变壁厚段Ⅰ(4)、尾端为等壁厚接头段Ⅱ(5);所述壁厚渐变管Ⅱ(2)首端为等壁厚接头段Ⅲ(6)、中部为变壁厚段Ⅱ(7)、尾端为等壁厚接头段Ⅳ(8);所述等壁厚接头段Ⅱ(5)与等壁厚接头段Ⅲ(6)对接,且等壁厚接头段Ⅱ(5)与等壁厚接头段Ⅲ(6)壁厚相同;所述变壁厚段Ⅰ(4)、变壁厚段Ⅱ(7)首端自尾端壁厚逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的一种壁厚渐变的连续油管,其特征是:所述连续油管壁厚沿长度方向逐渐减小,强度沿长度方向逐渐减小,且强度变化范围为758MPa~483MPa。
3.根据权利要求1或2所述的一种壁厚渐变的连续油管,其特征是:所述连续油管的外径为25.4mm~88.9mm,壁厚为1.9mm~7.6mm。
4.一种壁厚渐变的连续油管的制造方法,其特征是:
步骤1:分别轧制一段壁厚渐变钢带Ⅰ(9)和一段壁厚渐变钢带Ⅱ(10),并使壁厚渐变钢带Ⅰ(9)、壁厚渐变钢带Ⅱ(10)中部壁厚逐渐减小、首尾分别带有一段等壁厚段,然后将壁厚渐变钢带Ⅰ(9)尾端等壁厚段与壁厚渐变钢带Ⅱ(10)首端等壁厚段对接焊接将钢带接长,且壁厚渐变钢带Ⅰ(9)尾端等壁厚段与壁厚渐变钢带Ⅱ(10)首端等壁厚段的壁厚相同;
步骤2:对上述对接焊缝进行形变热处理,使接头焊缝的力学性能与母材相当;
步骤3:将上述接长的钢带通过连续成型工艺成型为直缝管状,并采用直缝焊接工艺进行成型焊接并经热处理后缠绕至卷筒上。
5.根据权利要求4所述的壁厚渐变的连续油管的制造方法,其特征是:在步骤1所述的壁厚渐变钢带Ⅱ(10)的尾端对接下一段壁厚渐变钢带Ⅲ(11),所述壁厚渐变钢带Ⅲ(11)中部壁厚逐渐减小、首尾分别带有一段等壁厚段,将壁厚渐变钢带Ⅲ(11)首端等壁厚段对接在壁厚渐变钢带Ⅱ(10)的尾端;依此类推将钢带接长至连续油管的设计长度。
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