CN111633974B - 一种复合嵌套管的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合嵌套管的加工方法，(a)管件准备：利用镍基合金加工内芯管，利用不锈钢加工外套管，所述外套管的内径略小于所述内芯管的外径；(b)热嵌套：加热所述外套管(1)使其温度升高至150～180℃并保温，直至所述外套管的内孔直径大于或等于所述内芯管的外径，再将所述内芯管嵌入至所述外套管内的预定位置；(c)冷却抱紧：将所述外套管和内芯管冷却至室温，所述外套管受冷缩作用后其内孔尺寸变小，从而将所述内芯管抱紧，使二者形成过盈配合并产生包覆应力，以形成嵌套管。本发明的方法所制得的内芯管接触液体部分的材料更耐腐蚀和冲刷，从而在可以接受的成本范围内解决传感器的寿命问题，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合嵌套管的加工方法，属于油田管件加工技术领域。
背景技术
用于介质导流的管体一般为单一金属材料制成，由于承受内部压力、以及流体本身的腐蚀性成分，管体往往面临冲刷腐蚀和化学腐蚀并存的不良因素，导致管体寿命降低，对于精密度较高的管体，还存在因为腐蚀出现尺寸精度下降的问题。例如，用于油田介质测量的流量传感器主管体通常为单一金属材料制成，特殊的油田介质中通常含有硫化氢、二氧化碳等腐蚀介质，由于多相介质本身的流动冲蚀和腐蚀介质的侵蚀作用，一般材料制成的管体难以达到期望的寿命。采用耐蚀性强的镍基合金材料可以满足特殊油田工况的流量测量传感器寿命要求，但制造成本昂贵。因此，需要在控制制造成本的前提下，通过流量管的结构设计，提高与油田介质接触部分的管体抗蚀性能，开发寿命更好的流量管。
发明内容
针对上述突出问题，本发明提供一种复合嵌套管的加工方法，本发明的热嵌套复合加工方法所制备的复合嵌套管内外层分别使用不同性能的材料制成后，利用热胀冷缩原理进行组装，工艺简单巧妙，所制得的内芯管接触液体部分的材料更耐腐蚀和冲刷，从而在可以接受的成本范围内解决传感器的寿命问题，具有良好的应用前景。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明所制备的复合嵌套管，包括如下部件：
外套管1和内芯管2，所述外套管1环套在所述内芯管2的外壁上，所述内芯管2的空腔为文丘里管腔3，所述文丘里管腔3包括同轴依次连接的入口直管段301、渐缩段302、喉部段303和出口渐扩段304；所述入口直管段301和所述喉部段303上分别设置有贯穿所述外套管1和内芯管2管壁的入口取压管孔和喉部取压管孔，所述入口取压管孔中容纳有入口取压管5，所述喉部取压管孔中容纳有喉部取压管6。
所述的复合嵌套管，优选地，所述外套管1和内芯管2的两端分别连接有对接环4，所述对接环4的外壁上环套有法兰环7，且所述对接环4的外端面高于所述法兰环7的外端面。
本发明提供的上述复合嵌套管的加工方法，包括如下步骤：
(a)管件准备：利用镍基合金加工内芯管(2)，利用不锈钢加工外套管(1)，所述外套管(1)的内径略小于所述内芯管(2)的外径；
(b)热嵌套：加热所述外套管(1)使其温度升高至150～180℃并保温，直至所述外套管(1)的内孔直径大于或等于所述内芯管(2)的外径，再将所述内芯管(2)嵌入至所述外套管(1)内的预定位置；
(c)冷却抱紧：将所述外套管1和内芯管2冷却至室温，所述外套管1受冷缩作用后其内孔尺寸变小，从而将所述内芯管2抱紧，使二者形成过盈配合并产生包覆应力，以形成嵌套管。本发明中的室温是指20-30℃。
所述的加工方法，优选地，所述步骤(b)中将所述外套管1在3h内逐步加热至150～180℃，并保温4h，然后再将所述内芯管2嵌入所述外套管1内。
所述的加工方法，优选地，还包括步骤(d)，在所述外套管1上加工贯穿所述外套管1管壁的两焊接插孔101，并在所述内芯管2的外壁上加工出与两所述焊接插孔101一一对应设置的两焊接凹陷。
所述的加工方法，优选地，还包括步骤(e)，利用塞焊法在两所述焊接插孔101和两所述焊接凹陷内填充焊接材料以形成两取压柱8，使得所述取压柱8与所述内芯管2、所述焊接插孔101的内孔壁焊接为一体。
所述的加工方法，优选地，还包括步骤(f)，在两所述取压柱8上分别沿其轴向加工出两通孔，两所述通孔贯穿所述外套管1和所述内芯管2的管壁分别与所述文丘里管腔3中的所述入口直管段301和所述喉部段303连接。
所述的加工方法，优选地，还包括步骤(g)，在所述复合嵌套管的两端堆焊对接环4，用于覆盖所述内芯管2和所述外套管1的端部接触界面。
所述的加工方法，优选地，还包括步骤(h)，在所述外套管1的两端焊接法兰环7。
所述的加工方法，优选地，所述外套管1的内径为50.00～50.03mm，所述内芯管2的外径为50.066～50.085mm。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明将流量管设计成由内芯管和外套管嵌套复合管，内芯管利用耐腐蚀、耐冲刷的合金材料制成，另外一方面通过在外套管上开设焊接插孔，并在焊接插孔内填充与内芯管相同的合金材料，制得取压柱，然后在取压柱上加工取压管孔，并在取压管孔内安装包含有传感器的取压管，这样取压管被耐腐蚀的取压柱包裹，大大提高了传感器的使用寿命；
2、本发明的热嵌套复合加工方法所制备的复合嵌套管内外层分别使用不同性能的材料制成后，利用热胀冷缩原理进行组装，工艺简单巧妙，所制得的内芯管接触液体部分的材料更耐腐蚀和冲刷，从而在可以接受的成本范围内解决传感器的寿命问题，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为复合嵌套管的整体结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1中A-A面的剖视图；
图4为图3中M1部位的放大图；
图5为图3中M2部位的放大图；
图6a为内芯管的剖面结构示意图，图6b为外套管的剖面结构示意图；
图7为复合嵌套管的剖面结构示意图；
图8为在复合嵌套管上加工出焊接插孔后的剖面结构示意图；
图9为在图8的基础上进行塞焊后的剖面结构示意图；
图中各标记如下：
1-外套管，101-焊接插孔，1011-直孔段，1012-圆台段；2-内芯管；3-文丘里管腔，301-入口直管段，302-渐缩段，303-喉部段，304-出口渐扩段；4-对接环；5-入口取压管；6-喉部取压管；7-法兰环；8-取压柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1、3、6和7所示，本实施例提供一种复合嵌套管，包括：外套管1和内芯管2，所述外套管1环套在所述内芯管2的外壁上，所述内芯管2的空腔为文丘里管腔3，所述文丘里管腔3包括同轴依次连接的入口直管段301、渐缩段302、喉部段303和出口渐扩段304；所述入口直管段301和所述喉部段303上分别设置有贯穿所述外套管1和内芯管2管壁的入口取压管孔和喉部取压管孔，所述入口取压管孔中容纳有入口取压管5，所述喉部取压管孔中内容纳有喉部取压管6。
本实施例中，优选地，所述内芯管2与所述外套管1过盈配合。
本实施例中，优选地，所述外套管1和内芯管2的两端分别连接有对接环4，所述对接环4的外壁上环套有法兰环7，且所述对接环4的外端面高于所述法兰环7的外端面。
本实施例中，优选地，所述入口取压管5和所述喉部取压管6内安装有测压传感器，二者分别与所述内芯管2的入口直管段301和喉部段303的空腔连通。
如图5所示，所述入口取压管孔为取压孔，且贯穿所述外套管1和所述内芯管2的管壁，该取压孔包括从入口直管段到外依次连接的小径段、圆台段和大径段。其中，所述小径段用于引流，所述大径段用于插装压力传感器，所述圆台段作为压力传感器与取压孔之间的密封端面。所述小径段的孔径为1.5mm，轴长为5mm。
本实施例中，优选地，所述外套管1和所述内芯管2的两端面上分别覆盖有所述对接环4，所述对接环4的内缘与所述内芯管2的相应端面密封连接，所述对接环4的外缘与所述外套管1的相应端面密封连接。
本实施例中，优选地，所述外套管1的两端外壁分别一体成型有所述法兰环7。所述对接环4的外端面高于所述法兰环7的外端面，以形成法兰对接面。所述法兰环7的对接面为如图4所示的凸面(RF)。
本实施例中，优选地，所述内芯管2、所述外套管1、所述对接环4、所述入口取压管5和所述喉部取压管6均为合金材料制成，其中所述内芯管2、所述对接环4、所述入口取压管5和所述喉部取压管6所用材料比所述外套管1所用材料的抗蚀性强，以提高所述内芯管2在油田环境下的耐腐蚀抗冲刷性能，而所述外套管1以高强度、耐候性能好为佳。例如，所述内芯管2和所述对接环4可以使用抗腐蚀合金材料如镍基合金，所述外套管1由低成本钢材制成，如不锈钢、碳钢等。
本实施例中，优选地，所述内芯管2使用的材料为B564 N06625合金，所述对接环4、所述入口取压管5和所述喉部取压管6使用的材料为Alloy 625合金，所述外套管1使用的材料为A182 F316合金。
本实施例中，优选地，所述测压传感器可以使用伽马传感器，以区分油、气、水各相的流量。
本实施例中，由于所有与流动介质接触的表面均由耐蚀材料制成，本发明所制得的复合嵌套管(流量管)的寿命较一般材料所制得的流量管有大幅度的提高。
实施例2
如图1、3、6、7、8和9所示，本实施例提供一种复合嵌套管的加工方法，包括如下步骤：
(a)管件准备：使用镍基合金B564 N06625加工成所述内芯管2，使用不锈钢A182F316加工成所述外套管1，所述内芯管2具有外圆面，所述外套管1具有内圆面，常温下所述外套管1的内径为50.00mm，所述内芯管2的外径为50.066mm，如图6所示；
(b)热嵌套：利用材料热胀冷缩的原理，将所述外套管1放入加热炉内，具体地，可以使用烤箱，并将加热温度设定在150℃，加热3h，将所述外套管1温度升高至150℃，然后继续保温4h，此时所述外套管1的内径大于所述内芯管2的外径，在此情况下将所述内芯管2嵌入所述外套管1内的预定位置，自然降温冷却24h，恢复常温后所述外套管1对所述内芯管2产生包覆应力，二者形成过盈配合，以形成嵌套管，如图7所示，该嵌套管为后续加工的毛坯；
(c)冷却抱紧：将所述外套管1和内芯管2冷却至室温，所述外套管1受冷缩作用后其内孔尺寸变小，从而将所述内芯管2抱紧，使二者形成过盈配合并产生包覆应力，以形成嵌套管；
(d)加工焊接插孔101：在所述嵌套管的管壁上沿着径向加工盲孔，该盲孔的内端到达所述内芯管2的外壁，以形成所述焊接插孔101，沿着所述盲孔继续向内在所述内芯管2外壁加工出所述焊接凹陷，如图8所示；
所述盲孔大小和形状首先应能够满足堆焊工艺的实施，便于操作者完成从所述内芯管2接触点到所述外套管1表面的堆焊工艺操作；并且，若所述入口取压管5和所述喉部取压管6的最大内管径为D1，所述焊接插孔101的最小内孔径为D2，则须满足D2-D1≥6mm；
所述焊接插孔101包括同孔心线设置的直孔段1011和圆台段1012，所述直孔段1011的内端开口处位于所述外套管1的内壁上，所述直孔段1011的外端与所述圆台段1012的较小开口端对接，所述圆台段1012的较大开口端位于所述外套管1的外壁上；
为提高步骤(e)的塞焊效果，在所述内芯管2的外表面加工出2mm深的焊接凹陷，以形成所述盲孔的内端；
(e)塞焊取压柱8：使用与所述内芯管2相同或相近材料，例如Alloy 625合金，采用塞焊方法在所述焊接插孔101内填充满焊接材料以形成所述取压柱8，如图9所示；
(f)加工取压管孔：在所述取压柱8上沿其轴向加工通孔，该通孔的内端与所述内芯管2的内腔连通，以形成所述入口取压管孔和所述喉部取压管孔；
(g)堆焊对接环4：使用与所述内芯管2相同或相近材料，例如Alloy 625合金，分别在所述复合嵌套管的两端堆焊所述对接环4，用于将所述内芯管2与所述外套管1的端部接触界面覆盖；
在堆焊之前，根据所述对接环4的设计，预先对复合嵌套管的端部进行机加工，以得到适应的端面形状，以便于对接，然后在该端面上进行堆焊，焊接完成后根据需要进行机加工；
(h)加工所述法兰环7：对所述外套管1的外壁进行加工，形成位于其两端的所述法兰环8；
根据需要，所述法兰环7上加工出环向分布的螺纹孔，或环向分布的螺栓孔，最终得到如图1所示的产品。
实施例3
实施例三的工艺步骤与实施例二的不同之处在于所述外套管1的内径、所述内芯管2的外径和加热温度，如表1所示。
实施例4
实施例四的工艺步骤与实施例二的不同之处在于所述外套管1的内径、所述内芯管2的外径和加热温度，如表1所示。
表1实施例二至四的工艺参数
本发明的热嵌套复合加工方法所制备的复合嵌套管内外层分别使用不同性能的材料制成后，利用热胀冷缩原理进行组装，工艺简单巧妙，所制得的所述内芯筒2接触液体部分的材料更耐腐蚀和冲刷，从而在可以接受的成本范围内解决传感器的寿命问题，具有良好的应用前景；此外，采用过盈配合，所述外套管1对所述内芯管2产生包覆应力，对于承受内压的流量管来说，提高了其承受内压的能力，并且通过改变盈余量可以改变承受内压能力的提高度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种复合嵌套管的加工方法，所述复合嵌套管包括外套管（1）和内芯管（2），所述内芯管（2）的空腔为文丘里管腔（3），所述文丘里管腔（3）包括同轴依次连接的入口直管段（301）、渐缩段（302）、喉部段（303）和出口渐扩段（304），其特征在于，该加工方法包括以下步骤：
（a）管件准备：利用镍基合金加工内芯管（2），利用不锈钢加工外套管（1），所述外套管（1）的内径略小于所述内芯管（2）的外径；
（b）热嵌套：加热所述外套管（1）使其温度升高至150~180℃并保温，直至所述外套管（1）的内孔直径大于或等于所述内芯管（2）的外径，再将所述内芯管（2）嵌入至所述外套管（1）内的预定位置；
（c）冷却抱紧：将所述外套管（1）和内芯管（2）冷却至室温，所述外套管（1）受冷缩作用后其内孔尺寸变小，从而将所述内芯管（2）抱紧，使二者形成过盈配合并产生包覆应力，以形成嵌套管；
还包括步骤（d），在所述外套管（1）上加工贯穿所述外套管（1）管壁的两焊接插孔（101），并在所述内芯管（2）的外壁上加工出与两所述焊接插孔（101）一一对应设置的两焊接凹陷；
还包括步骤（e），利用塞焊法在两所述焊接插孔（101）和两所述焊接凹陷内填充焊接材料以形成两取压柱（8），使得所述取压柱（8）与所述内芯管（2）、所述焊接插孔（101）的内孔壁焊接为一体；
还包括步骤（f），在两所述取压柱（8）上分别沿其轴向加工出两通孔，两所述通孔贯穿所述外套管（1）和所述内芯管（2）的管壁分别与所述文丘里管腔（3）中的所述入口直管段（301）和所述喉部段（303）连接。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述步骤（b）中将所述外套管（1）在3h内逐步加热至150~180℃，并保温4h，然后再将所述内芯管（2）嵌入所述外套管（1）内。
3.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，还包括步骤（g），在所述复合嵌套管的两端堆焊对接环（4），用于覆盖所述内芯管（2）和所述外套管（1）的端部接触界面。
4.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，还包括步骤（h），在所述外套管（1）的两端焊接法兰环（7）。
5.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述外套管（1）的内径为50.00~50.03 mm，所述内芯管（2）的外径为50.066~50.085 mm。
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