CN102817563B - 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，所述连续油管至少具有一段壁厚渐变管，且壁厚渐变管首尾分别对接一段等壁厚管I和一段等壁厚管Ⅱ，且等壁厚管I、壁厚渐变管及等壁厚管Ⅱ的外径相同，所述壁厚渐变管首端自尾端壁厚逐渐减小，并使壁厚渐变管的首端内径与等壁厚管I内径相同，尾端内径与等壁厚管Ⅱ内径相同。本发明采用沿长度方向厚度渐变的钢带制成，钢带对接接头均由两个等壁厚的板材焊接而成，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。
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-管对焊连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台阶状接合，且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管段形成一个连续、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。
本发明采取的技术方案是：一种壁厚渐变的连续油管，所述连续油管至少具有一段壁厚渐变管，且壁厚渐变管首尾分别对接一段等壁厚管Ⅰ和一段等壁厚管Ⅱ，且等壁厚管Ⅰ、壁厚渐变管及等壁厚管Ⅱ的外径相同，所述壁厚渐变管首端自尾端壁厚逐渐减小，并使壁厚渐变管的首端内径与等壁厚管Ⅰ内径相同，尾端内径与等壁厚管Ⅱ内径相同。
所述壁厚渐变管首端为等壁厚接头段Ⅰ、中部为变壁厚段、尾端为等壁厚接头段Ⅱ；所述等壁厚接头段Ⅰ与等壁厚管Ⅰ对接，等壁厚接头段Ⅱ与等壁厚管Ⅱ对接，且等壁厚接头段Ⅰ与等壁厚管Ⅰ壁厚相同，等壁厚接头段Ⅱ与等壁厚管Ⅱ壁厚相同；所述变壁厚段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：首先轧制一段壁厚渐变钢带Ⅰ，并使壁厚渐变钢带Ⅰ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首端等壁厚段与一段等壁厚钢带Ⅰ对接焊接，将壁厚渐变钢带Ⅰ尾端等壁厚段与一段等壁厚钢带Ⅱ对接焊接将钢带接长，且壁厚渐变钢带Ⅰ首端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅰ的壁厚相同，壁厚渐变钢带Ⅰ尾端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅱ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，并采用直缝高频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所述的等壁厚钢带Ⅱ尾端对接下一段壁厚渐变钢带Ⅱ，所述壁厚渐变钢带Ⅱ中部壁厚逐渐减小、首尾分别带有一段等壁厚段，将壁厚渐变钢带Ⅱ首端等壁厚段对接在等壁厚钢带Ⅱ的尾端，在壁厚渐变钢带Ⅱ尾端等壁厚段对接下一段等壁厚钢带Ⅲ，且壁厚渐变钢带Ⅱ首端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅱ的壁厚相同，壁厚渐变钢带Ⅱ尾端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅲ的壁厚相同；依此循环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，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，至少具有一段壁厚渐变管2，且壁厚渐变管2首尾分别对接一段等壁厚管Ⅰ1和一段等壁厚管Ⅱ3，且等壁厚管Ⅰ1、壁厚渐变管2及等壁厚管Ⅱ3的外径相同；所述壁厚渐变管2首端自尾端壁厚逐渐减小，并使壁厚渐变管2的首端内径与等壁厚管Ⅰ1内径相同，尾端内径与等壁厚管Ⅱ3内径相同。
所述壁厚渐变管2首端为等壁厚接头段Ⅰ4、中部为变壁厚段5、尾端为等壁厚接头段Ⅱ6；所述等壁厚接头段Ⅰ4与等壁厚管Ⅰ1对接，等壁厚接头段Ⅱ6与等壁厚管Ⅱ3对接，且等壁厚接头段Ⅰ4与等壁厚管Ⅰ1壁厚相同，等壁厚接头段Ⅱ6与等壁厚管Ⅱ3壁厚相同；所述变壁厚段5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：首先轧制一段壁厚渐变钢带Ⅰ8，并使壁厚渐变钢带Ⅰ8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Ⅰ8首端等壁厚段与一段等壁厚钢带Ⅰ7对接焊接，将壁厚渐变钢带Ⅰ8尾端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅱ9对接焊接将钢带接长，且壁厚渐变钢带Ⅰ8首端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅰ7的壁厚相同，壁厚渐变钢带Ⅰ8尾端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅱ9的壁厚相同；在等壁厚钢带Ⅱ9尾端对接焊接下一段壁厚渐变钢带Ⅱ10，所述壁厚渐变钢带Ⅱ10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Ⅱ10首端等壁厚段对接在等壁厚钢带Ⅱ9的尾端，在壁厚渐变钢带Ⅱ10尾端等壁厚段对接下一段等壁厚钢带Ⅲ11，且壁厚渐变钢带Ⅱ10首端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅱ9的壁厚相同，壁厚渐变钢带Ⅱ10尾端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅲ11的壁厚相同；依此类推将钢带接长至连续油管的设计长度。
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ERW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。
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 (6)
1.一种壁厚渐变的连续油管，其特征是：所述连续油管至少具有一段壁厚渐变管（2），且壁厚渐变管（2）首尾分别对接一段等壁厚管Ⅰ（1）和一段等壁厚管Ⅱ（3），且等壁厚管Ⅰ（1）、壁厚渐变管（2）及等壁厚管Ⅱ（3）的外径相同，所述壁厚渐变管（2）首端自尾端壁厚逐渐减小，并使壁厚渐变管（2）的首端内径与等壁厚管Ⅰ（1）内径相同，尾端内径与等壁厚管Ⅱ（3）内径相同。
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：所述壁厚渐变管（2）首端为等壁厚接头段Ⅰ（4）、中部为变壁厚段（5）、尾端为等壁厚接头段Ⅱ（6）；所述等壁厚接头段Ⅰ（4）与等壁厚管Ⅰ（1）对接，等壁厚接头段Ⅱ（6）与等壁厚管Ⅱ（3）对接，且等壁厚接头段Ⅰ（4）与等壁厚管Ⅰ（1）壁厚相同，等壁厚接头段Ⅱ（6）与等壁厚管Ⅱ（3）壁厚相同；所述变壁厚段（5）首端自尾端壁厚逐渐减小。
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。
4.根据权利要求3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。
5.一种壁厚渐变的连续油管的制造方法，其特征是：
步骤1：首先轧制一段壁厚渐变钢带Ⅰ（8），并使壁厚渐变钢带Ⅰ（8）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（8）首端等壁厚段与一段等壁厚钢带Ⅰ（7）对接焊接，将壁厚渐变钢带Ⅰ（8）尾部等壁厚段与一段等壁厚钢带Ⅱ（9）对接焊接将钢带接长，且壁厚渐变钢带Ⅰ（8）首端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅰ（7）的壁厚相同，壁厚渐变钢带Ⅰ（8）尾端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅱ（9）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，并采用直缝高频焊接工艺进行成型焊接并经热处理后缠绕至卷筒上。
6.根据权利要求5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所述的等壁厚钢带Ⅱ（9）尾端对接下一段壁厚渐变钢带Ⅱ（10），所述壁厚渐变钢带Ⅱ（10）中部壁厚逐渐减小、首尾分别带有一段等壁厚段，将壁厚渐变钢带Ⅱ（10）首端等壁厚段对接在等壁厚钢带Ⅱ（9）的尾端，在壁厚渐变钢带Ⅱ（10）尾端等壁厚段对接下一段等壁厚钢带Ⅲ（11），且壁厚渐变钢带Ⅱ（10）首端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅱ（9）的壁厚相同，壁厚渐变钢带Ⅱ（10）尾端等壁厚段与等壁厚钢带Ⅲ（11）的壁厚相同；依此循环将钢带接长至连续油管的设计长度。
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