CN105834674B - 一种特殊通径套管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特殊通径套管的制造方法，其包括：设定特殊通径套管的目标外径和目标壁厚；按照下述步骤进行加工：将坯料加热；斜轧穿孔；空心坯减径；连轧；切尾；冷却；再加热；张力减径；冷却后分段；热处理；矫直；管端收口；外螺纹加工和内镗孔；拧接箍得到成品，成品满足目标外径和目标壁厚。由本发明所述的特殊通径套管的制造方法获得的特殊通径套管符合套管的相关尺寸要求，并且该特殊通径套管的精度高，其能够满足非标准特殊通径棒的通径要求。

Description

一种特殊通径套管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种管件的制造方法，尤其涉及一种特殊通径套管的制造方法。

背景技术

特殊通径套管(例如，7”的通径套管，其对应的公制直径为177.8mm)的制造工艺流程通常为：坯料分段－环形炉加热－斜轧穿孔－空心坯减径－连轧－切尾－螺旋冷床冷却－再加热－张力减径－步进冷床冷却－分段－热处理－矫直－无损检测－外螺纹加工－内镗孔－拧接箍－水压－通径试验－测长称重－标记－涂油－包装－发货。

为了避免通径套管的内径尺寸过小而引发作业事故，在生产过程中必须采用一定规格尺寸的通径棒进行通径操作试验，通径不过的套管进行报废处理，通径合格的套管才进行后续处理。API标准中对于套管规格和通径棒之间的关系有着具体的规定，如7”的通径套管所对应的标准通径棒尺寸＝名义外径-2×名义壁厚-3.18mm。相较于API标准套管，特殊通径套管所对应的通径棒比标准通径棒更大。需要根据不同客户的使用要求来确定此类通径棒的大小尺寸。一般来说，比标准通径棒大得越多的通径棒所对应的特殊通径套管的制作就越困难，以7”通径套管的177.8×11.51(mm)和177.8×10.36(mm)的两个规格为例，这两个套管的通径棒的名义尺寸分别为151.6mm和153.9mm，但是在现实中有的用户却要求其所对应的特殊通径棒尺寸要达到152.4mm和155.58mm。为此，在外径壁厚的公差不变的情况下，如果特殊通径棒尺寸变大的话，特殊通径套管的外径需要更大，而其壁厚则要更薄，这就对套管的几何尺寸的精度提出了更为严苛的要求。

然而，采用现有的制作方法来轧制特殊通径套管存在着以下缺陷：1)目标轧制外径和目标轧制壁厚的设定不能满足特殊通径套管的尺寸要求。2)现有轧制外径和现有轧制壁厚的偏差较大，精度不能满足特殊通径套管的尺寸要求。3)现有轧制工艺参数和工序流程无法同时满足特殊通径套管通径和套管内镗孔的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种特殊通径套管的制造方法，由该制造方法获得的特殊通径套管符合通径套管的相关尺寸要求，并且该特殊通径套管的精度高，能够满足非标准特殊通径棒的通径需求。

为了达到上述发明的目的，本发明提供了一种特殊通径套管的制造方法，其包括：

设定特殊通径套管的目标外径和目标壁厚；

按照下述步骤进行加工：将坯料加热；斜轧穿孔；空心坯减径；连轧；切尾；冷却；再加热；张力减径；冷却后分段；热处理；矫直；管端收口；外螺纹加工和内镗孔；拧接箍得到成品，成品满足目标外径和目标壁厚。

本发明的技术方案的关键之处在于：在满足API标准所规定的外径和壁厚的公差要求的前提下，令特殊通径套管的外径尽可能地大，而其壁厚则尽可能地薄，以增大特殊通径套管的内径尺寸，从而满足特殊通径棒的通径需求。

在实际生产和使用过程中，API标准对于套管的外径和壁厚尺寸的波动范围都有着相应的规定，因此，外径尺寸和/或壁厚尺寸超出标准上限或标准下限的情况都是不允许的。对于特殊通径套管来说，当其外径尺寸较小时，就要求套管具有更薄的壁厚才能满足较大的内径需求，此时，壁厚尺寸容易超出标准下限(即负超)，而当其壁厚尺寸相对保持得较厚时，则要求套管具有更大的外径才能满足较大的内径需求，此时，外径尺寸容易超出标准上限(即正超)。

为此，需要为特殊通径套管设定合理的目标外径和目标壁厚，该目标外径和目标壁厚需要能够满足特殊通径套管的内径要求。另外，该目标外径和目标壁厚的取值还应该是API标准所规定的公差范围的子集。在加工特殊通径套管的过程中需要令套管的外径趋大而不正超，并且套管的壁厚趋薄而不负超。

进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，在上述管端收口步骤中，收口率β为0.1％～0.4％，收口量为β×D，其中D表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径。

由于要求特殊通径套管具有相对较大的内径，因此存在着套管的内径尺寸无法满足内镗孔工序要求的可能性，即出现镗不到镗孔或镗孔不全的情况。为此，需要进行管端收口步骤以满足内镗孔的工序要求，将收口率β设置为0.1％～0.4％，并令收口量为β×D，其中，D表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径，其表示套管的外径，单位参量为mm，D是可以从API标准中获得的标准值。

进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，在上述坯料加热步骤中，加热速度控制为：坯料在径向方向上每厘米6～9分钟。

从上述加热速度的表达方式可以看出，在本技术方案中，上述坯料加热步骤中的加热速度实际上表示的是坯料在径向方向上从表面到芯部被加热透所需要的时间。如果加热速度过快，会使得坯料的加热程度不均匀，从而导致套管壁厚不均。

进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，在上述斜轧穿孔步骤中，穿孔温度为1200～1240℃，控制毛管的头尾温差不超过10℃，穿孔角度为9度～12度。

为了控制在斜轧穿孔步骤中的管件的壁厚均匀性，穿孔需要在较好的塑性区间进行，也就是说，1200～1240℃是比较合适的穿孔温度范围区间。与此同时，配合较小的穿孔角度会增加毛管的碾轧次数，这样也有利于管件壁厚的均匀性。

进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，在上述斜扎穿孔步骤中，步骤开始时的坯料横截面积与步骤完成后的毛管横截面积之比为2～4。

更进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，在上述斜轧穿孔步骤中，控制毛管的壁厚公差为(1±6％)s，其中s为毛管的壁厚。

为了在斜轧穿孔步骤中使得毛管的管壁厚度符合相关的控制标准，毛管的壁厚公差需要满足(1±6％)s，其中s为毛管的壁厚，s＝目标壁厚+б(б为轧管和张力减径工序的减壁量，其取值一般为6～11mm)。如果在斜轧穿孔的过程中，毛管的壁厚公差超出上述范围，那么在经过连轧和/或张力减径后的成品套管的壁厚偏差会超出设定的公差要求而造成特殊通径套管的报废。

进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，在上述空心坯减径步骤中，步骤开始时的毛管横截面积与步骤完成后的管子横截面积之比为1.01～1.04。

进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，在上述张力减径步骤中，控制成品机架减径率为2％～2.5％。

本技术方案通过控制减径率来降低外径的椭圆度，以确保产品实际外径尺寸的变化波动始终在公差范围之内。例如，针对7”的特殊通径套管，其成品机架减径率可以取2.28％。

更进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，在上述张力减径步骤中，步骤开始时的管子横截面积与步骤完成后的管子横截面积之比为1.01～1.3。

更进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，在上述张力减径步骤中，管子在机架出口处的行进速度为0.15～0.75m/s。

进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，在上述连轧步骤中，步骤开始时的管子横截面积与步骤完成后的管子横截面积之比为1.5～3。

更进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，在上述连轧步骤中，管子在连轧机架出口处的行进速度为0.3～1m/s。

进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，设定特殊通径套管的目标外径的步骤为：根据(1－α％)×D确定特殊通径套管的外径的下限，特殊通径套管的外径的上限为1.01×D，其中D表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径，0.5≤α≤0.9；目标外径为该外径的上限和下限的中值。

基于上述技术方案，外径的上限就是API标准所规定的上限，即为1.01×D，D表示为与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径，该参数D可以从API标准中获得。基于外径的上限，通过数学公式(1－α％)×D就可以确定外径的下限，从而能够确定目标外径的取值范围。在本发明的特殊通径套管的制造方法中，当需要对特殊通径套管的目标外径进行设定时，就可以利用已确定的外径的上限和外径的下限来设定目标外径。例如，以API标准中的与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径D为179.57mm，α取值为0.6的管件为例，则该特殊通径套管的外径的下限为(1－α％)×D，即(1-0.006)×179.57mm＝178.5mm。那么，该特殊通径套管的目标外径就为外径的上限(179.57mm)和外径的下限(178.5mm)的中值(179.04mm)。

进一步地，在本发明所述的特殊通径套管的制造方法中，设定特殊通径套管的目标壁厚的步骤为：根据((1－α％)×D-d＇－Δ)/2确定特殊通径套管的壁厚的上限，特殊通径套管的壁厚的下限为0.875×S，其中D表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径，0.5≤α≤0.9，d＇表示特殊通径棒的直径，Δ表示特殊通径棒与套管内壁之间的最小间隙，0.4mm≤Δ≤1.1mm，S表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义壁厚；目标壁厚为该壁厚的上限和下限的中值。

鉴于上述技术方案，壁厚的下限为0.875×S，S表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义壁厚，该参数(S)可以从API标准中获得。通过数学公式((1－α％)×D-d＇－Δ)/2则可以确定壁厚的上限，从而能够确定目标壁厚的范围。在本发明的特殊通径套管的制造方法中，当需要对特殊通径套管的目标壁厚进行设定时，就可以根据已确定的壁厚的上限和壁厚的下限来设定目标壁厚。仍以上述管件为例，与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径D为179.57mm，与特殊通径套管相对应的标准套管的名义壁厚S为10.36mm，则该特殊通径套管的壁厚的下限为0.875×S，即0.875×10.36mm＝9.07mm。当表示特殊通径棒的直径d＇取值为155.58mm，表示特殊通径棒与套管内壁之间的最小间隙Δ取值为0.65，(其中，Δ取值范围为0.4mm≤Δ≤1.1mm)，将参数α、D、d＇和Δ带入确定壁厚的上限的数学公式中，((1－α％)×D-d＇－Δ)/2＝((1－0.6％)×179.57-155.58－0.65)/2＝11.14mm。那么，该特殊通径套管的目标壁厚就为壁厚的上限(11.14mm)和壁厚的下限(9.07mm)的中值(10.11mm)。

由于最小间隙Δ会受到套管直度和套管内氧化皮的影响，因此，最小间隙不能设定为0mm。根据实际生产经验，最小间隙Δ的取值范围为：0.4mm≤Δ≤1.1mm，例如，最小间隙Δ可以是0.65mm。结合上述内容可以知道，只要外径的下限-2×壁厚的上限-特殊通径棒直径＞最小间隙Δ，就能够满足特殊通径棒的试验要求。另外，根据特殊通径棒的直径大小和特殊通径棒能够通过特殊通径套管的最小间隙Δ也可以确定特殊通径套管的最小内径。

通过本发明的制造方法获得的特殊通径套管的外径趋大而不正超，套管的壁厚趋薄而不负超，并且其能够满足特殊通径棒的通径需求。

另外，采用本发明所述的特殊通径套管的制造方法生产而得的特殊通径套管的尺寸精度高，其符合API标准所规定的外径和壁厚的公差要求。

此外，采取本发明所述的特殊通径套管的制造方法而得到的套管能够同时满足通径需求和内镗孔要求。

具体实施方式

下面将根据具体实施例对本发明所述的特殊通径套管的制造方法作进一步说明，但是该说明并不构成对本发明技术方案的不当限定。

实施例A1-A6

本案实施例A1-A6中的特殊通径套管的制造方法包括：

1)设定特殊通径套管的目标外径和目标壁厚：

1a)设定特殊通径套管的目标外径的步骤为：根据(1－α％)×D确定特殊通径套管的外径的下限，特殊通径套管的外径的上限为1.01×D，其中D表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径，0.5≤α≤0.9；目标外径为该外径的上限和下限的中值；

1b)设定特殊通径套管的目标壁厚的步骤为：根据((1－α％)×D-d＇－Δ)/2确定特殊通径套管的壁厚的上限，特殊通径套管的壁厚的下限为0.875×S，其中D表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径，0.5≤α≤0.9，d＇表示特殊通径棒的直径，Δ表示特殊通径棒与套管内壁之间的最小间隙，0.4mm≤Δ≤1.1mm，S表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义壁厚；目标壁厚为该壁厚的上限和下限的中值；

2)按照下述步骤进行加工：

2a)将坯料加热：加热速度控制为：坯料在径向方向上每厘米6～9分钟，加热温度为1230～1270℃；

2b)斜轧穿孔：穿孔温度为1200～1240℃，控制毛管的头尾温差不超过10℃，穿孔角度为9度～12度，并且控制毛管的壁厚公差为(1±6％)s，其中s为毛管的壁厚，s＝目标壁厚+б(б为轧管和张力减径工序的减壁量，取值6～11mm)，在步骤开始时的坯料横截面积与步骤完成后的毛管横截面积之比为2～4；

2c)空心坯减径：步骤开始时的毛管横截面积与步骤完成后的管子横截面积之比为1.01～1.04；

2d)连轧：管子在连轧机架出口处的行进速度为0.3～1m/s，在步骤开始时的管子横截面积与步骤完成后的管子横截面积之比为1.5～3；

2e)切尾；

2f)冷却；

2g)再加热；

2h)张力减径：控制成品机架减径率为2％～2.5％，并且管子在机架出口处的行进速度为0.15～0.75m/s，在步骤开始时的管子横截面积与步骤完成后的管子横截面积之比为1.01～1.3；

2i)冷却后分段；

2j)热处理；

2k)矫直；

2l)管端收口：收口率β为0.1％～0.4％，收口量为β×D，D表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径；

2m)外螺纹加工和内镗孔；

2n)拧接箍得到成品，成品满足目标外径和目标壁厚，具体的管件参数和工艺参数分别详见表1.和表2.。

需要说明的是，实现上述制造方法的生产线上的机架数量并没有严格限定，但是成品机架的数量通常控制在4～7架之间。

表1列出了实施例A1-A6中的设定特殊通径套管的目标外径和目标壁厚的步骤中所涉及的管件参数。

表1.

*注：1)D表示套管的外径，单位参量为mm，其是可以从API标准中获得相应的标准值；2)α的取值范围为：0.5≤α≤0.9；3)最小间隙Δ的取值范围为0.4mm≤Δ≤1.1mm。

从表1中可以看出，实施例A1和A2制造的是7”的特殊通径套管，实施例A3和A4制造的是5.5”的特殊通径套管，实施例A5和A6制造的是6.625”的特殊通径套管。

表2列出了实施例A1-A6中的加工特殊通径套管步骤中所涉及的工艺参数。

表2.

表3列出了采用本技术方案的制造方法得到的成品特殊通径套管的尺寸参数。

表3

从表3可以看出，采用本发明所述的特殊通径套管制造方法制得的7”特殊通径套管、5.5”特殊通径套管和6.625”特殊通径套管均能够满足客户要求。该特殊通径套管的各项尺寸精确度高，其符合API标准对于套管外径和壁厚的相关要求。

需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种特殊通径套管的制造方法，其特征在于，包括：

设定特殊通径套管的目标外径和目标壁厚，其中设定特殊通径套管的目标外径的步骤为：根据(1－α％)×D确定特殊通径套管的外径的下限，特殊通径套管的外径的上限为1.01×D，其中D表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径，0.5≤α≤0.9；目标外径为该外径的上限和下限的中值；设定特殊通径套管的目标壁厚的步骤为：根据((1－α％)×D-d＇－Δ)/2确定特殊通径套管的壁厚的上限，特殊通径套管的壁厚的下限为0.875×S，其中D表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径，0.5≤α≤0.9，d＇表示特殊通径棒的直径，Δ表示特殊通径棒与套管内壁之间的最小间隙，0.4mm≤Δ≤1.1mm，S表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义壁厚；目标壁厚为该壁厚的上限和下限的中值；

按照下述步骤进行加工：将坯料加热；斜轧穿孔；空心坯减径；连轧；切尾；冷却；再加热；张力减径；冷却后分段；热处理；矫直；管端收口；外螺纹加工和内镗孔；拧接箍得到成品，成品满足目标外径和目标壁厚。

2.如权利要求1所述的特殊通径套管的制造方法，其特征在于，在所述管端收口步骤中，收口率β为0.1％～0.4％，收口量为β×D，其中D表示与特殊通径套管相对应的标准套管的名义公称直径。

3.如权利要求1所述的特殊通径套管的制造方法，其特征在于，在所述坯料加热步骤中，加热速度控制为：坯料在径向方向上每厘米6～9分钟。

4.如权利要求1所述的特殊通径套管的制造方法，其特征在于，在所述斜轧穿孔步骤中，穿孔温度为1200～1240℃，控制毛管的头尾温差不超过10℃，穿孔角度为9度～12度。

5.如权利要求1所述的特殊通径套管的制造方法，其特征在于，在所述斜轧穿孔步骤中，步骤开始时的坯料横截面积与步骤完成后的毛管横截面积之比为2～4。

6.如权利要求1、4、5中任意一项所述的特殊通径套管的制造方法，其特征在于，在所述斜轧穿孔步骤中，控制毛管的壁厚公差为±6％s，其中s为毛管的壁厚。

7.如权利要求1所述的特殊通径套管的制造方法，其特征在于，在所述空心坯减径步骤中，步骤开始时的毛管横截面积与步骤完成后的管子横截面积之比为1.01～1.04。

8.如权利要求1所述的特殊通径套管的制造方法，其特征在于，在所述张力减径步骤中，控制成品机架减径率为2％～2.5％。

9.如权利要求1或8所述的特殊通径套管的制造方法，其特征在于，在所述张力减径步骤中，步骤开始时的管子横截面积与步骤完成后的管子横截面积之比为1.01～1.3。

10.如权利要求9所述的特殊通径套管的制造方法，其特征在于，在所述张力减径步骤中，管子在机架出口处的行进速度为0.15～0.75m/s。

11.如权利要求1所述的特殊通径套管的制造方法，其特征在于，在所述连轧步骤中，步骤开始时的管子横截面积与步骤完成后的管子横截面积之比为1.5～3。

12.如权利要求1或11所述的特殊通径套管的制造方法，其特征在于，在所述连轧步骤中，管子在连轧机架出口处的行进速度为0.3～1m/s。