CN115139062A - 油管制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种油管制作方法，属于制管技术领域。所公开的油管制作方法包括制管步骤、一次抛丸处理步骤和二次抛丸处理步骤，其中，制管步骤为：利用钢带制作形成管状坯料；一次抛丸处理步骤为：利用第一丸料对运动过程中的管状坯料进行抛丸处理；二次抛丸处理步骤为：利用第二丸料对运动过程中的管状坯料进行抛丸处理，其中，一次抛丸处理步骤的工艺参数与二次抛丸处理步骤的工艺参数不同。如此设置，管状坯料依次经过一次抛丸处理步骤和二次抛丸处理步骤，表面的拉应力状态转变为压应力状态，且表面形成形变硬化层，提升连续油管的硬度和抗机械损伤能力，以及提升管状坯料抵抗夹持变形的能力，进而提升抗疲劳性能。
Description
技术领域
本申请属于制管技术领域，具体涉及一种油管制作方法。
背景技术
连续油管是一种利用钢带卷曲工艺所生产出的数千米甚至数万米的石油管材，可连续下井或起出。
连续油管的表面处于残余拉应力状态，拉应力与连续油管的内压应力和所受的弯曲应力叠加会加速连续油管疲劳裂纹的扩展，降低连续油管的承载能力和抗疲劳性能，同时，连续油管的表面硬度较低，抗机械损伤能力较差，故夹持装置夹持连续油管时易损伤连续油管。
另外，连续油管在作业时，由于表面的粗糙度较高，故用于夹持连续油管的夹持装置需要对连续油管施加很大的夹持力，才能保证连续油管起下井顺利，而较大的夹持力易损伤连续油管。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种油管制作方法，能够解决相关技术中连续油管的承载能力、抗疲劳性能以及抗机械损伤能力均较差的问题。
本申请实施例提供一种油管制作方法，包括制管步骤、一次抛丸处理步骤和二次抛丸处理步骤，其中：
所述制管步骤为：利用钢带制作形成管状坯料；
所述一次抛丸处理步骤为：利用第一丸料对运动过程中的所述管状坯料进行抛丸处理；
所述二次抛丸处理步骤为：利用第二丸料对运动过程中的所述管状坯料进行抛丸处理，其中，所述一次抛丸处理步骤的工艺参数与所述二次抛丸处理步骤的工艺参数不同。
在本申请实施例中，利用抛丸处理来改变管状坯料的晶格结构。在一次抛丸处理步骤中，第一抛丸被抛射后撞击管状坯料的表面，管状坯料的晶格结构发生改变，管状坯料的表面应力状态由拉应力状态逐渐转变为压应力状态，使得管状坯料的表面形成形变硬化层，或者，管状坯料的表面的残余拉应力减小至较小值。继续进行二次抛丸处理步骤，第二抛丸被抛射后继续撞击管状坯料的表面，使得管状坯料的晶格结构进一步改变，管状坯料的表面应力状态不仅由拉应力状态转变为压应力状态，且残余压应力进一步增大，极大抑制了疲劳裂纹的扩展，有利于提升承载性能和抗疲劳性能，延长连续油管的使用寿命；同时，伴随残余压应力逐渐增大，管状坯料的表面的形变硬化层也进一步加深，有效提升连续油管的硬度，提升连续油管的抗机械损伤能力，以及提升管状坯料抵抗夹持变形的能力，夹持装置不易夹持损伤连续油管，进而提升抗疲劳性能。
附图说明
图1是本申请一实施例公开的油管制作方法的流程图；
图2是本申请另一实施例公开的油管制作方法的流程图；
图3是本申请实施例公开的运动中的管状坯料经过抛丸一室和抛丸一室的示意图；
图4是本申请实施例公开的管状坯料被第一丸料和第二丸料撞击时的示意图。
附图标记说明：
100-管状坯料、
200-抛丸一室、210-第一丸料、
300-抛丸二室、310-第二丸料、
400-旋转叶轮。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的油管制作方法进行详细地说明。
请参考图1-图4，本申请实施例公开的油管制作方法包括制管步骤、一次抛丸处理步骤和二次抛丸处理步骤，其中：
S100、制管步骤为：利用钢带制作形成管状坯料100。可选地，将钢带卷曲后，并焊接钢带相对的两个侧边，从而形成管状坯料100。制管步骤为一次抛丸处理步骤和二次抛丸处理步骤的基础，目的是为一次抛丸处理步骤和二次抛丸处理步骤提供管状坯料100。
S200、一次抛丸处理步骤为：利用第一丸料210对运动过程中的管状坯料100进行抛丸处理。可选地，第一丸料210可以包括第一钢丸和切丸。
本申请利用抛丸处理来改变管状坯料100的晶格结构，在一次抛丸处理步骤中，第一丸料210被抛射后撞击管状坯料100的表面，管状坯料100的晶格结构发生改变，管状坯料100的表面应力状态由拉应力状态逐渐转变为压应力状态，使得管状坯料100的表面形成形变硬化层，或者，管状坯料100的表面的残余拉应力减小至较小值。总之，通过一次抛丸处理步骤，能够减小管状坯料100的表面的残余压力应力，甚至改变应力状态。
S300、二次抛丸处理步骤为：利用第二丸料310对运动过程中的管状坯料100进行抛丸处理，其中，一次抛丸处理步骤的工艺参数与二次抛丸处理步骤的工艺参数不同。可选地，第二丸料310可以包括第二钢丸。工艺参数不同可以指第一丸料210和第二丸料310的体积不同，也可以指第一丸料210的抛射速度和第二丸料310的抛射速度不同，当然，也可以指其它的工艺参数。
管状坯料100经过二次抛丸处理步骤，第二丸料310被抛射后撞击管状坯料100的表面，使得管状坯料100的表面应力状态不仅由拉应力状态转变为压应力状态，而且，残余压应力逐渐增大，极大抑制了疲劳裂纹的扩展，有利于提升连续油管的承载性能和抗疲劳性能，延长连续油管的使用寿命；同时，伴随残余压应力逐渐增大，管状坯料100的表面的形变硬化层也进一步加深，有效提升连续油管的硬度，提升连续油管的抗机械损伤能力，以及提升管状坯料100抵抗夹持变形的能力，进而提升抗疲劳性能。
在本申请的实施例中，无论一次抛丸处理步骤还是二次抛丸处理步骤，均是在连续油管的制作过程中进行，相比于制管完成后再进行一次抛丸处理步骤和二次抛丸处理步骤的方案，本方案无需在制管完成后增加额外的工序，连续油管的生产速度快，生产成本低，而且，能够使最终形成的连续油管的性能直接达到较为优良的状态。
一种可选的实施例中，第二丸料310的抛射速度大于第一丸料210的抛射速度。由于抛射速度越大，粗糙度越大，如此，管状坯料100经过第二丸料310的撞击后，粗糙度增大，连续油管与夹持装置之间的摩擦系数减小，为保证足够的夹持力，夹持装置施加给连续油管的夹持力增大，容易损坏连续油管。
故，在另一种可选的实施例中，第二丸料310的体积小于第一丸料210的体积，且第二丸料310的抛射速度小于第一丸料210的抛射速度。如此，第一丸料210的体积和抛射速度较大，第一丸料210撞击管状坯料100的同时能够去除管状坯料100的表面的氧化皮和毛刺等物，提升管状坯料100的表面光泽，进而提升连续油管的外观性能；由于第二丸料310的体积和抛射速度均较小，第二丸料310的粒径小，第二丸料310撞击管状坯料100的同时，第二抛丸的撞击作用能够改善管状坯料100表面的粗糙度，减小管状坯料100表面的粗糙度，从而增大连续油管与夹持装置之间的摩擦系数，故夹持装置施加给连续油管的夹持力能够减小，避免油管被夹持损坏，提高制管过程中的可靠性和安全性。
实际抛丸处理时，通过抛丸机组分别对管状坯料100进行一次抛丸处理和二次抛丸处理，如图3和图4所示，抛丸机组包括抛丸一室200和抛丸二室300，抛丸一室200和抛丸二室300依次相连，从而使运动过程中的管状坯料100依次经过抛丸一室200和抛丸二室300，抛丸一室200和抛丸二室300内均设有旋转叶轮400，旋转叶轮400将第一丸料210或第二丸料310抛射至管状坯料100的表面。在本实施例中，抛丸一室200和抛丸二室300内设有多个旋转叶轮400，各旋转叶轮400在管状坯料100的周向上均匀分布，从而在不同的位置向管状坯料100抛射第一丸料210或第二丸料310，保证管状坯料100在周向上的各个位置均能够进行抛丸处理。
在可选的实施例中，一次抛丸处理步骤中，第一丸料210包括第一钢丸和切丸，第一钢丸和切丸的数量之比为3:1～4:1，第一钢丸的粒径为0.7mm-0.9mm，切丸的粒径为0.9mm-1.1mm，第一钢丸和切丸的抛射速度为80m/s-100m/s，第一钢丸和切丸的硬度为40HRC-50HRC。如此，一次抛丸处理步骤满足上述条件，能够有效去除管状坯料100的表面物，进一步提升管状坯料100的外观性能；同时，在第一钢丸和切丸的撞击作用下，管状坯料100的表面应力状态由拉应力状态逐渐转变为压应力状态，彻底改变管状坯料100的应力状态，抑制疲劳裂纹的扩展，有利于提升承载性能和抗疲劳性能；同时，管状坯料100的表面形成形变硬化层，有利于提升连续油管的硬度，提升连续油管的抗机械损伤能力。
在可选的实施例中，二次抛丸处理步骤中，第二丸料310包括第二钢丸，第二钢丸的粒径为0.4mm-0.5mm，第二钢丸的抛射速度为50m/s-70m/s，第二钢丸的硬度为40HRC-50HRC。如此，二次抛丸处理步骤满足上述条件，能够进一步增大管状坯料100的残余压应力，疲劳寿命相比常规连续油管的疲劳寿命延长25％-35％。同时，进一步加深形变硬化层的厚度，进一步提高管状坯料100的硬度；而且，有效增大连续油管和夹持装置之间的摩擦系数，进而夹持装置的夹持力减小，有效避免管状坯料100被夹持损伤。
可选地，抛丸一室200和抛丸二室300内均设有抛丸器，抛丸器包括旋转叶轮400，抛丸一室200的抛丸器的负载电流为20A±2A，保证第一钢丸和切丸的抛射速度在80m/s-100m/s的范围内；抛丸二室300的抛丸器的负载电流为12A±2A，从而保证第二钢丸的抛射速度在50m/s-70m/s的范围内。
在可选的实施例中，一次抛丸处理步骤和/或二次抛丸处理步骤中的管状坯料100的运动速度为12m/min-38m/min。管状坯料100的运动方向为图3中箭头所指的方向。如此，管状坯料100的运动速度在上述速度区间内，管状坯料100依次经过一次抛丸处理步骤(第一丸料的各项参数满足上文中的各项数值范围)和二次抛丸处理步骤(第二丸料的各项参数满足上文中的各项数值范围)，最终形成的连续油管具有较优良的性能，使得连续油管的残余压应力达到90MPa-150MPa，并且，连续油管表面的形变硬化层的深度能够达到0.2mm-0.3mm。由于管状坯料100的运动速度恒定，故管状坯料100经过抛丸一室200的时间和经过抛丸二室300的时间基本相同。
在可选的实施例中，在二次抛丸处理步骤之后，还包括：
S400、利用清洗液清洗管状坯料100的表面。
可选地，清洗液包括碳酸氢钠、亚硝酸钠和水，其中，碳酸氢钠的浓度范围为1％-2％，亚硝酸钠的浓度为0.5％-0.8％，清洗液的温度为80℃-100℃。实际制管过程中，利用清洗机组对连续油管的表面进行清洗。如此，通过清洗过程，可以使连续油管的表面的清洁度等级达到Sa3.0级，提高连续油管表面的清洁度。
在可选的实施例中，在二次抛丸处理步骤之后，还包括：
S500、对管状坯料100进行防腐处理。
可选地，对管状坯料100进行防腐处理，包括：对管状坯料100涂覆防锈液，防锈液可以采用电镀方式进行涂镀。其中，防锈液包括水基和油基的至少一种。完成防腐处理后，形成连续油管，此时可通过滚筒收管。
通过对管状坯料100进行防腐处理，提升连续油管的防锈效果。而且，经过一次抛丸处理步骤和二次抛丸处理步骤后，由于管状坯料100的粗糙度增大，表面积增大，故管状坯料100涂覆防锈液的量更大，进一步提升连续油管的防锈效果。
在本申请的方案中，如图2所示，制管步骤包括：
S110、将多个钢带依次对接，并焊接对接区域，以使多个钢带形成条状钢带。由于连续油管的长度达数千米，为获得足够长度的连续油管，需要将多个钢带依次对接和焊接来达到所需连续油管的长度。
S120、对对接区域依次进行热处理和碾压处理。如此，减小因焊接产生的残余应力，稳定结构的形状和尺寸，避免产生畸变。
S130、卷曲条状钢带，并焊接条状钢带沿自身长度方向延伸的第一侧边和第二侧边，以使条状钢带形成管状坯料100。可选地，在卷曲条状钢带后，可以通过高频感应焊或激光焊对第一侧边和第二侧边之间的焊缝进行焊接。
S140、对第一侧边和第二侧边的连接处进行正火处理。如此，经过正火处理，细化焊缝处的金属组织晶粒，消除组织缺陷，改善机械性能。
S150、对管状坯料100进行去应力退火处理。如此，去除因焊接所产生的残余应力。
在可选的实施例中，对对接区域进行热处理之后，以及，对对接区域进行碾压处理之后，制管步骤还包括：以650℃-750℃的温度加热对接区域。具体地，在对对接区域进行焊后热处理后，将其加热至650℃-750℃，并保温20秒后，再对对接区域进行碾压处理，并再将其加热至650℃-750℃，继续保温20秒。
在可选的实施例中，正火处理的温度范围为900℃-960℃，去应力退火处理的温度范围为500℃-700℃。
如此，制管步骤中满足以上条件，能够使形成的管状坯料100的性能达到较为优良的状态，有利于提升连续油管的性能。
为验证一次抛丸处理步骤和二次抛丸处理步骤所起到的效果，本申请通过三种不同的对比例与本申请的实施例对比来说明。其中，各个对比例与本申请实施例采用相同的原材料，且制管工艺相同，对比例A为管状坯料100仅经过一次抛丸处理步骤，即所形成的连续油管仅经过了抛丸一室200的抛丸处理工艺；对比例B为管状坯料100仅经过二次抛丸处理步骤，即所形成的连续油管未经过抛丸一室200的抛丸处理工艺，仅经过抛丸二室300的抛丸处理工艺；对比例C为所形成的连续油管未经过一次抛丸处理步骤和未经过二次抛丸处理步骤。
本申请的实施例采用四种不同等级的钢带，下表一为四种不同等级的钢带的化学成分表，下表二示出了四种不同等级的钢带信息和对应的制管工艺参数。下表三示出了四种不同等级的钢带形成的连续油管以及各对比例在抗拉强度、拉伸性能、强化层硬度和强化层深度等各方面的参数。下表四示出了四种不同等级的钢带形成的连续油管以及各对比例的粗糙度、夹持力减少百分比值以及残余应力值。下表五示出了四种不同等级的钢带形成的连续油管以及各对比例的疲劳性能参数。
根据表三，对比例C由于未经过抛丸处理，故无法形成强化层，也即上文中所指的形变硬化层，而对比例A和对比例B所形成的强化层的深度较小、硬度较低，由此可知，本申请实施例能够形成深度较大的强化层，强化层的深度能够达到0.2mm-0.3mm，有利于提升连续油管的硬度，以及，有效提高抗拉强度和屈服强度。
根据表四，本申请实施例中连续油管的表面应力状态为压应力状态，而对比例A、对比例B和对比例C中连续油管的表面应力状态均为拉应力状态，这从侧面说明本申请的制管方法能够彻底改变连续油管的表面应力状态，使连续油管的表面残余压应力达到90MPa-150MPa。另一方面，对比例A的粗糙度过大，说明夹持装置与连续油管之间的摩擦系数过大，而对比例C的粗糙度过小，说明夹持装置与连续油管之间的摩擦系数过小，故夹持装置施加的夹持力过大；本申请实施例和对比例B均经过二次抛丸处理步骤，即二者均经过抛丸二室300的抛丸处理，从而使连续油管的粗糙度处于合适的范围内，由此可以说明，通过二次抛丸处理步骤，能够改善连续油管表面的粗糙度，使粗糙度达到RZ15～25μm，适当增大连续油管表面与夹持装置之间的摩擦系数。
根据表五，无论在哪种测试压力下，本申请实施例中连续油管的疲劳寿命明显长于对比例中的连续油管的疲劳寿命，由此可知，本申请制管方法能够有效延长连续油管的疲劳寿命，提升抗疲劳性能。
表一
表二
表三
表四
表五
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (10)
1.一种油管制作方法，其特征在于，包括制管步骤、一次抛丸处理步骤和二次抛丸处理步骤，其中：
所述制管步骤为：利用钢带制作形成管状坯料(100)；
所述一次抛丸处理步骤为：利用第一丸料(210)对运动过程中的所述管状坯料(100)进行抛丸处理；
所述二次抛丸处理步骤为：利用第二丸料(310)对运动过程中的所述管状坯料(100)进行抛丸处理，其中，所述一次抛丸处理步骤的工艺参数与所述二次抛丸处理步骤的工艺参数不同。
2.根据权利要求1所述的油管制作方法，其特征在于，所述第二丸料(310)的体积小于所述第一丸料(210)的体积，且所述第二丸料(310)的抛射速度小于所述第一丸料(210)的抛射速度。
3.根据权利要求1所述的油管制作方法，其特征在于，所述一次抛丸处理步骤中，所述第一丸料(210)包括第一钢丸和切丸，所述第一钢丸和所述切丸的数量之比为3:1～4:1，所述第一钢丸的粒径为0.7mm-0.9mm，所述切丸的粒径为0.9mm-1.1mm，所述第一钢丸和所述切丸的抛射速度为80m/s-100m/s，所述第一钢丸和所述切丸的硬度为40HRC-50HRC。
4.根据权利要求1所述的油管制作方法，其特征在于，所述二次抛丸处理步骤中，所述第二丸料(310)包括第二钢丸，所述第二钢丸的粒径为0.4mm-0.5mm，所述第二钢丸的抛射速度为50m/s-70m/s，所述第二钢丸的硬度为40HRC-50HRC。
5.根据权利要求1所述的油管制作方法，其特征在于，在所述二次抛丸处理步骤之后，还包括：
利用清洗液清洗所述管状坯料(100)的表面。
6.根据权利要求5所述的油管制作方法，其特征在于，所述清洗液包括碳酸氢钠、亚硝酸钠和水，其中，所述碳酸氢钠的浓度范围为1％-2％，所述亚硝酸钠的浓度为0.5％-0.8％，所述清洗液的温度为80℃-100℃。
7.根据权利要求1所述的油管制作方法，其特征在于，在所述二次抛丸处理步骤之后，还包括：
对所述管状坯料(100)进行防腐处理。
8.根据权利要求7所述的油管制作方法，其特征在于，所述对所述管状坯料(100)进行防腐处理，包括：
对所述管状坯料(100)涂覆防锈液，其中，所述防锈液包括水基和油基的至少一种。
9.根据权利要求1所述的油管制作方法，其特征在于，所述一次抛丸处理步骤和/或所述二次抛丸处理步骤中的所述管状坯料(100)的运动速度为12m/min-38m/min。
10.根据权利要求1所述的油管制作方法，其特征在于，所述制管步骤包括：
将多个钢带依次对接，并焊接对接区域，以使所述多个钢带形成条状钢带；
对所述对接区域依次进行热处理和碾压处理；
卷曲所述条状钢带，并焊接所述条状钢带沿自身长度方向延伸的第一侧边和第二侧边，以使所述条状钢带形成所述管状坯料(100)；
对所述第一侧边和所述第二侧边的连接处进行正火处理；
对所述管状坯料进行去应力退火处理。
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