CN110983002A - 一种超高钢级连续油管的加工工艺及浸水冷却装置 - Google Patents

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CN110983002A CN201911408774.7A CN201911408774A CN110983002A CN 110983002 A CN110983002 A CN 110983002A CN 201911408774 A CN201911408774 A CN 201911408774A CN 110983002 A CN110983002 A CN 110983002A
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Abstract

本发明公开了一种超高钢级连续油管的加工工艺及浸水冷却装置。本发明采用CT90钢带进行激光焊接制备连续油管，并将得到的连续油管进行淬火处理和回火处理。本申请在连续油管制备过程中将激光焊接的连续油采用浸水冷却的方式进行淬火处理，使得油管冷却速度更快，冷却更均匀，提高油管中奥氏体的转化率；然后将回火处理后的连续油管再次进行浸水冷却，从而获得均质马氏体结构的连续油管。本发明的连续油管具有较高的屈服强度和韧性，适用于超长度和高强度的油井作业。

Description

一种超高钢级连续油管的加工工艺及浸水冷却装置
技术领域
本发明涉及连续油管加工技术领域，特别是涉及一种超高钢级连续油管的加工工艺及浸水冷却装置。
背景技术
连续油管又称挠性管或盘式管。连续油管在油气田勘探、开发、钻井、完井、修井等作业中已得到广泛的应用。但是作为核心部件的连续油管，由于是缠绕在一定直径的钢制或木制滚筒上，下井时还要经过一定曲率的导向拱，导致油管夏在井中起下一回至少承受六次弯曲和相应的内压等作用。在这种周期性的复杂载荷作用下，连续油管极易产生几何变形。
连续油管早期的制造工艺是将一段段的短管对焊成所需的长度，该工艺生产的连续油管由于焊缝较多，抗弯、抗拉、抗挤能力低，严重影响连续油管的整体强度，因此，该工艺存在许多局限性。
目前连续油管的制造工艺如下：首先，将钢带卷成圆筒状，并采用对焊或斜焊工艺将钢带焊接成一整体；然后对焊缝和整管进行热处理。由于连续油管的生产工艺是连续的，对生产线的匹配程度要求特别高，对钢带的质量以及焊接质量依赖性较强。为了提高连续油管的合格率，华通集团开创了激光焊接技术，使得钢带能够实现无缝焊接效果。激光焊接制备连续油管是利用高能力密度的激光束进行高效精密焊接制备连续油管的方法，采用激光焊接制备的连续油管可有效克服内毛刺问题和沟槽腐蚀问题。
但是随着油井开采的不断发展，连续油管作业的深度也越来越大，因此对连续油管长度的要求、承压能力、疲劳性能有了更高的要求，超长度高强度连续油管已经成为现在油井需求的趋势。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的是提供了一种超高钢级连续油管的加工工艺，其采用CT90钢带进行激光焊接制备连续油管，并将得到的连续油管进行淬火处理和回火处理，本申请将连续油管采用浸水冷却的方式取代了目前采用的喷淋冷却，使得油管冷却速度更快，冷却更均匀，提高了奥氏体的转化率。然后将回火处理后的连续油管再次进行浸水冷却，从而获得均质马氏体结构的连续油管。
本发明的另一目的是提供了一种浸水冷却装置。
本发明提供了一种超高钢级连续油管的加工工艺，包括以下步骤：
步骤1，将激光焊接的低碳合金钢连续油管在还原性氛围下进行加热调质，所述加热温度为1000-1200℃，所述低碳合金钢连续油管采用CT90钢带作为焊接钢带，该钢带中包括以下主要成分：C为0.13-0.20wt％、Si为0.39-0.45wt％、Mn为0.72-0.92wt％、Gr为0.6-0.71wt％、Cu为0.27-0.30wt％、Mb为0.14-0.20wt％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述杂质中P≤0.008wt％、S≤0.001wt％；
步骤2、将加热调质后的焊接连续油管立即穿过浸水冷却装置进行浸水冷却；
步骤3、将浸水冷却后的连续油管在氮气气氛保护下匀速通过中频线圈进行快速回火处理，回火处理后的连续油管颜色保持不变，所述中频线圈长度为20-40cm；
步骤4，将回火处理后的连续油管再次穿过所述浸水冷却装置进行浸水冷却。
具体而言，本发明在激光焊接前需要对CT90钢带进行检查并表面处理，将检查合格的钢带浸入表面处理液中，并进行超声处理10-30min，所述表面处理液包括以下重量份的原料构成：
氢氧化钠30-60份、碳酸氢钠10-15份、柠檬酸1-5份、乙醇6-10份、阳离子表面活性剂10-20份、水100-200份。
具体而言，本发明CT90钢带进行激光焊接制备连续油管，激光焊接的光斑直径为2.5mm，焊接功率为6500W，焦距为245mm，焊接速度为2.5米/分，焊接时采用氩气作为保护气。
具体而言，本发明将激光焊接的连续油管焊缝区表面打磨光滑，然后再将连续油管进行加热调质处理。本申请将激光焊接后的连续油管以速度为2.5-3.5m/S匀速通过退火炉进行加热调质，退火炉的温度为1000-1200℃，炉长30米。本申请在进行加热调质处理过程中采用还原性气氛进行保护，其中在一些实施例中采用的还原性气氛是氢气/氮气体积比1:3构成的混合气氛。
具体而言，本申请将加热调质后得到的连续油管(颜色呈银白色,又称银管)立即穿过浸水冷却装置进行快速浸水冷却，其中浸水冷却装置中的冷却介质为软化冷水，其pH值为7-9。在一些实施例中所述软化冷水的温度为15-25℃。本发明采用浸水冷却的工艺使得高温调质后的连续油管快速冷却，提高了油管中奥氏体的转化。
本发明将浸水冷却后的连续油管进行回火处理，在一些实施例中采用的回火温度为400-850℃。在回火处理过程中需要采用氮气进行保护，避免空气中的氧气对油管的氧化并影响奥氏体结构的转化。
同时，本发明将回火后的连续油管立即穿过浸水冷却装置进行快速冷却，采用的软化冷水温度为15-25℃。
本发明的一种超高钢级连续油管的加工工艺中还提供了一种浸水冷却装置，所述浸水冷却装置包括相连接的排水接头和水浸喷头；所述排水接头包括第一外保护罩、嵌套在所述第一外保护罩内部的第一内管和设置在所述第一外保护罩上的出水管，所述第一外保护罩与第一内管之间具有第一腔体；所述水浸喷头包括第二外保护罩、嵌套在所述第二外保护罩内部的第二内管和设置在所述第二外保护罩上的入水管，所述第二外保护罩与第二内管之间具有第二腔体，所述第二内管开设有多个贯通管壁的过水孔；所述第一腔体与第二腔体相连通；连续油管依次贯穿所述第一内管和第二内管，排水接头和水浸喷头相背离的两端设置有用于防止冷却水从浸水冷却装置两端流出的封水套。
具体而言，所述出水管位于所述第一外保护罩下侧，所述入水管位于所述第二外保护罩上侧。
具体而言，所述第一外保护罩与第二外保护罩通过法兰边连接，所述第一内管与第二内管通过法兰边连接。
具体而言，所述过水孔在所述第二内管上均匀布置一周。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的连续油管加工工艺为连续作业，可以实现超长尺度的连续油生产和加工；
(2)本发明采用浸水冷却的方式替代喷淋冷却，使得冷却速率进一步提高，同时实现连续油管的均匀冷却，提高了奥氏体的转化；
(3)本发明的浸水冷却装置结构新颖独特，实现了连续油管的快速冷却，提高了连续油管的屈服强度和抗疲劳强度。
附图说明
图1为本发明中的浸水冷却装置的立体图；
图2为本发明中的浸水冷却装置去除第二保护罩后的立体图；
图3为本发明中的浸水冷却装置的主视图；
图4为图3中“A-A”剖视图；
图5为本发明中的浸水冷却装置的左视图；
图6为图5中“B-B”剖视图；
序号说明：1、排水接头；101、第一外保护罩；102、第一内管；103、出水管；104、第一腔体；2、水浸喷头；201、第二外保护罩；202、第二内管；203、入水管；204、第二腔体；205、过水孔；3、封水套。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1-6所示，本发明的浸水冷却装置，包括相连接的排水接头1和水浸喷头2。所述排水接头1包括第一外保护罩101、嵌套在所述第一外保护罩101内部的第一内管102和成型在所述第一外保护罩101上的出水管103，所述第一外保护罩101与第一内管102之间具有第一腔体104，所述出水管位于所述第一外保护罩下侧，出水管的内部连通第一腔体。所述水浸喷头2包括第二外保护罩201、嵌套在所述第二外保护罩201内部的第二内管202和成型在所述第二外保护罩201上的入水管203，所述第二外保护罩201与第二内管202之间具有第二腔体204，所述入水管位于所述第二外保护罩上侧，入水管的内部连通第二腔体。所述第二内管202开设有多个贯通管壁的过水孔205，所述过水孔205在所述第二内管202上均匀布置一周。所述第一外保护罩与第二外保护罩通过法兰边连接，所述第一内管与第二内管通过法兰边连接，使所述第一腔体与第二腔体相连通。连续油管依次贯穿所述第一内管102和第二内管202，排水接头1和水浸喷头2相背离的两端设置有用于防止冷却水从浸水冷却装置两端流出的封水套3。具体地封水套在浸水冷却装置一端的密封位置有第一内管与第一外保护罩之间的间隙，和连续油管与第一内管之间的间隙。封水套在浸水冷却装置另一端的密封位置有第二内管与第二外保护罩之间的间隙，和连续油管与第二内管之间的间隙。使第一腔体与第二腔体与外界连通的部件只有出水管和入水管。使用时从入水管加入冷却水，冷却水从过水孔进入连续油管与第一内管和第二内管之间的腔体内，对通过第一内管和第二内管的连续油管进行浸泡，然后冷却水从第二腔体流至第一腔道，最后从出水管流出，如此流动的冷却水对连续油管进行浸泡，并将热量带离。
以下各实施例中，采用上述浸水冷却装置进行超高钢级连续油管的加工处理。
实施例1
一种超高钢级连续油管的加工工艺，包括以下步骤：
步骤1，将激光焊接的低碳合金钢连续油管在还原性氛围下以2.5m/S匀速通过退火炉进行加热调质，所述加热温度为1000℃，所述退火炉的长度为54m，所述低碳合金钢中包括以下主要成分：C为0.13wt％、Si为0.39wt％、Mn为0.72wt％、Gr为0.6wt％、Cu为0.27wt％、Mb为0.14wt％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述杂质中P≤0.008wt％、S≤0.001wt％，所述还原性气氛是氢气和氮气体积比为1:3构成；
步骤2、将加热调质后的焊接连续油管立即匀速穿过浸水冷却装置进行浸水冷却，所述浸水冷却装置中的冷却介质为软化冷水，其pH为7，软化冷水的温度为15℃，所述浸水冷却装置的长度为50cm，所述连续油管的速度为1m/min；
步骤3、将浸水冷却后的连续油管在氮气气氛保护下匀速通过中频线圈进行快速回火处理，回火处理后的连续油管颜色保持不变，所述中频线圈长度为20cm，所述回火温度为400℃；
步骤4，将回火处理后的连续油管匀速穿过所述浸水冷却装置进行浸水冷却，其中冷水的温度为20℃，所述浸水冷却装置的长度为100cm，连续油管速度为2.8m/min。
实施例2
一种超高钢级连续油管的加工工艺，包括以下步骤：
步骤1，将激光焊接的低碳合金钢连续油管在还原性氛围下以3.0m/S匀速通过退火炉进行加热调质，所述加热温度为1100℃，所述退火炉的长度为54m，所述低碳合金钢中包括以下主要成分：C为0.15wt％、Si为0.40wt％、Mn为0.83wt％、Gr为0.65wt％、Cu为0.30wt％、Mb为0.15wt％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述杂质中P≤0.008wt％、S≤0.001wt％，所述还原性气氛是氢气和氮气体积比为1:3构成；
步骤2、将加热调质后的焊接连续油管立即匀速穿过浸水冷却装置进行浸水冷却，所述浸水冷却装置中的冷却介质为软化冷水，其pH为8，软化冷水的温度为23℃，所述浸水冷却装置的长度为100cm，所述连续油管的速度为1.5m/min；
步骤3、将浸水冷却后的连续油管在氮气气氛保护下匀速通过中频线圈进行快速回火处理，回火处理后的连续油管颜色保持不变，所述中频线圈长度为30cm，所述回火温度为450℃；
步骤4，将回火处理后的连续油管匀速穿过所述浸水冷却装置进行浸水冷却，其中冷水的温度为25℃，所述浸水冷却装置的长度为50cm，连续油管速度为2.8m/min。
实施例3
一种超高钢级连续油管的加工工艺，包括以下步骤：
步骤1，将激光焊接的低碳合金钢连续油管在还原性氛围下以3.5m/S匀速通过退火炉进行加热调质，所述加热温度为1200℃，所述退火炉的长度为54m，所述低碳合金钢中包括以下主要成分：C为0.20wt％、Si为0.45wt％、Mn为0.72wt％、Gr为0.65wt％、Cu为0.30wt％、Mb为0.14wt％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述杂质中P≤0.008wt％、S≤0.001wt％，所述还原性气氛是氢气和氮气体积比为1：3构成；
步骤2、将加热调质后的焊接连续油管立即匀速穿过浸水冷却装置进行浸水冷却，所述浸水冷却装置中的冷却介质为软化冷水，其pH为9，软化冷水的温度为25℃，所述浸水冷却装置的长度为80cm，所述连续油管的速度为2m/min；
步骤3、将浸水冷却后的连续油管在氮气气氛保护下匀速通过中频线圈进行快速回火处理，回火处理后的连续油管颜色保持不变，所述中频线圈长度为40cm，所述回火温度为500℃；
步骤4，将回火处理后的连续油管匀速穿过所述浸水冷却装置进行浸水冷却，其中冷水的温度为20℃，所述浸水冷却装置的长度为100cm，连续油管速度为2.8m/min。
实施例4
一种超高钢级连续油管的加工工艺，包括以下步骤：
步骤1，将激光焊接的低碳合金钢连续油管在还原性氛围下以2.5m/S匀速通过退火炉进行加热调质，所述加热温度为1200℃，所述退火炉的长度为54m，所述低碳合金钢中包括以下主要成分：C为0.18wt％、Si为0.40wt％、Mn为0.82wt％、Gr为0.70wt％、Cu为0.28wt％、Mb为0.18wt％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述杂质中P≤0.008wt％、S≤0.001wt％，所述还原性气氛是氢气和氮气体积比为1:3构成；
步骤2、将加热调质后的焊接连续油管立即匀速穿过浸水冷却装置进行浸水冷却，所述浸水冷却装置中的冷却介质为软化冷水，其pH为7，软化冷水的温度为20℃，所述浸水冷却装置的长度为100cm，所述连续油管的速度为2m/min；
步骤3、将浸水冷却后的连续油管在氮气气氛保护下匀速通过中频线圈进行快速回火处理，回火处理后的连续油管颜色保持不变，所述中频线圈长度为25cm，所述回火温度为550℃；
步骤4，将回火处理后的连续油管匀速穿过所述浸水冷却装置进行浸水冷却，其中冷水的温度为20℃，所述浸水冷却装置的长度为50cm，连续油管速度为5m/min。
对比例1
一种连续油管的加工工艺，其采用喷淋冷水对加热调质后的钢管进行冷却，具体步骤如下：
步骤1，将激光焊接的低碳合金钢连续油管在还原性氛围下以2.5m/S匀速通过退火炉进行加热调质，所述加热温度为1000℃，所述退火炉的长度为54m，所述低碳合金钢中包括以下主要成分：C为0.13wt％、Si为0.39wt％、Mn为0.72wt％、Gr为0.6wt％、Cu为0.27wt％、Mb为0.14wt％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述杂质中P≤0.008wt％、S≤0.001wt％，所述还原性气氛是氢气和氮气体积比为1:3构成；
步骤2、将加热调质后的焊接连续油管立即喷淋软化冷水进行冷却，所述软化冷水的pH为7，软化冷水的温度为15℃，喷淋冷却至室温；
步骤3、将浸水冷却后的连续油管在氮气气氛保护下匀速通过中频线圈进行快速回火处理，回火处理后的连续油管颜色保持不变，所述中频线圈长度为20cm，所述回火温度为600℃；
步骤4，将回火处理后的连续油管匀速穿过所述浸水冷却装置进行浸水冷却，其中冷水的温度为20℃，所述浸水冷却装置的长度为100cm，连续油管速度为2.8m/min。
对比例2
一种连续油管的加工工艺，其采用喷淋冷水对加热调质后的钢管进行冷却，同时对回火处理后的连续油管也采用喷淋冷水进行冷却，具体步骤如下：
步骤1，将激光焊接的低碳合金钢连续油管在还原性氛围下以2.5m/S匀速通过退火炉进行加热调质，所述加热温度为1000℃，所述退火炉的长度为54m，所述低碳合金钢中包括以下主要成分：C为0.13wt％、Si为0.39wt％、Mn为0.72wt％、Gr为0.6wt％、Cu为0.27wt％、Mb为0.14wt％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述杂质中P≤0.008wt％、S≤0.001wt％，所述还原性气氛是氢气和氮气体积比为1:3构成；
步骤2、将加热调质后的焊接连续油管立即喷淋软化冷水进行冷却，所述软化冷水的pH为7，软化冷水的温度为15℃，喷淋冷却至室温；
步骤3、将浸水冷却后的连续油管在氮气气氛保护下匀速通过中频线圈进行快速回火处理，回火处理后的连续油管颜色保持不变，所述中频线圈长度为20cm，所述回火温度为650℃；
步骤4，将回火处理后的连续油管喷淋软化冷水进行冷却，软化冷水的温度为20℃，喷淋冷却至室温。
对比例3
一种连续油管的加工工艺，对回火处理后的连续油管也采用喷淋冷水进行冷却，具体步骤如下：
步骤1，将激光焊接的低碳合金钢连续油管在还原性氛围下以2.5m/S匀速通过退火炉进行加热调质，所述加热温度为1000℃，所述退火炉的长度为54m，所述低碳合金钢中包括以下主要成分：C为0.13wt％、Si为0.39wt％、Mn为0.72wt％、Gr为0.6wt％、Cu为0.27wt％、Mb为0.14wt％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述杂质中P≤0.008wt％、S≤0.001wt％，所述还原性气氛是氢气和氮气体积比为1:3构成；
步骤2、将加热调质后的焊接连续油管立即匀速穿过浸水冷却装置进行浸水冷却，所述浸水冷却装置中的冷却介质为软化冷水，其pH为7，软化冷水的温度为15℃，所述浸水冷却装置的长度为50cm，所述连续油管的速度为1m/min；
步骤3、将浸水冷却后的连续油管在氮气气氛保护下匀速通过中频线圈进行快速回火处理，回火处理后的连续油管颜色保持不变，所述中频线圈长度为20cm，所述回火温度为700℃；
步骤4，将回火处理后的连续油管喷淋软化冷水进行冷却，软化冷水的温度为20℃，喷淋冷却至室温。
采用实施例1-4制备的银管以及对比例1-3制备的连续油管进行测试，其屈服强度和抗拉强度以及延伸率如表1所示。
表1
Figure BDA0002349408910000091
Figure BDA0002349408910000101
应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种超高钢级连续油管的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将激光焊接的低碳合金钢连续油管在还原性氛围下进行加热调质，所述加热温度为1000-1200℃，所述低碳合金钢中包括以下主要成分：C为0.13-0.20wt％、Si为0.39-0.45wt％、Mn为0.72-0.92wt％、Gr为0.6-0.71wt％、Cu为0.27-0.30wt％、Mb为0.14-0.20wt％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述杂质中P≤0.008wt％、S≤0.001wt％；
步骤2、将加热调质后的焊接连续油管立即穿过浸水冷却装置进行浸水冷却；
步骤3、将浸水冷却后的连续油管在氮气气氛保护下匀速通过中频线圈进行快速回火处理，回火处理后的连续油管颜色保持不变，所述中频线圈长度为20-40cm；
步骤4，将回火处理后的连续油管再次穿过所述浸水冷却装置进行浸水冷却。
2.根据权利要求1所述的超高钢级连续油管的加工工艺，其特征在于，所述步骤1中还原性气氛是由氢气和氮气按体积比为1:3充入到加热调质炉中。
3.根据权利要求1所述的超高钢级连续油管的加工工艺，其特征在于，所述浸水冷却装置中的冷却介质为软化冷水，其pH为7-9。
4.根据权利要求3所述的超高钢级连续油管的加工工艺，其特征在于，所述软化冷水的温度为15-25℃。
5.根据权利要求1所述的超高钢级连续油管的加工工艺，其特征在于，步骤3所述回火温度为400-850℃。
6.根据权利要求5所述的超高钢级连续油管的加工工艺，其特征在于，步骤4所述的浸水冷却采用的软化冷水温度为15-25℃。
7.根据权利要求1所述的超高钢级连续油管的加工工艺，其特征在于，所述浸水冷却装置包括相连接的排水接头和水浸喷头；所述排水接头包括第一外保护罩、嵌套在所述第一外保护罩内部的第一内管和设置在所述第一外保护罩上的出水管，所述第一外保护罩与第一内管之间具有第一腔体；所述水浸喷头包括第二外保护罩、嵌套在所述第二外保护罩内部的第二内管和设置在所述第二外保护罩上的入水管，所述第二外保护罩与第二内管之间具有第二腔体，所述第二内管开设有多个贯通管壁的过水孔；所述第一腔体与第二腔体相连通；连续油管依次贯穿所述第一内管和第二内管，排水接头和水浸喷头相背离的两端设置有用于防止冷却水从浸水冷却装置两端流出的封水套。
8.根据权利要求7所述的超高钢级连续油管的加工工艺，其特征在于，所述出水管位于所述第一外保护罩下侧，所述入水管位于所述第二外保护罩上侧。
9.根据权利要求7所述的超高钢级连续油管的加工工艺，其特征在于，所述第一外保护罩与第二外保护罩通过法兰边连接，所述第一内管与第二内管通过法兰边连接。
10.根据权利要求7所述的超高钢级连续油管的加工工艺，其特征在于，所述过水孔在所述第二内管上均匀布置一周。
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