CN1224471C - 单旋体变断面管及其制造方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石油油井采油用于油水分离装置的单旋体断面管及其制造方法和设备，它是由四管段光滑联结构成为整体变断面管无缝不锈钢管件，其制造工艺方法包括：管料的酸洗，镀铜，皂化和轧制后的除油，固溶热处理，矫直，再处理进行第二道次及第三道次轧制及再矫直剪切，其专用设备包括工具设备轧辊的及其孔型设计和芯棒设计及引管控制轧制，使产品内外表面光洁，管段尺寸精度得到保证，满足油井开采使用要求，具有延长油井寿命、复活枯井的积极效果并为石油开采带来经济效益。

Description

单旋体变断面管及其制造方法和设备

技术领域

本发明涉及一种石油油井采油的油水分离装置的单旋体变断面管，尤其是涉及多段变断面管光滑联结的冷轧无缝管件，属于冷轧无缝不锈钢管件，本发明还涉及该管件制造方法和实施该方法的专用设备。

背景技术

本发明未完成之前，石油油井开采过程中往往由于缺少油水分离装置，打一眼井投入很大，开采一段时间之后，难以采出油来，而成为枯井，长期困扰石油业资源潜力的发掘，造成资源浪费，为此，引进和采用油水分离装置，通过油水分离过滤，可以在已不能采出油的油井枯井复活，重新继续采出油，一般可延长寿命一、二年，为油田开采带来巨大收益，被称谓“单旋体管”就成为该装置不可缺少的关键另部件，其要求技术条件严格，其结构为：多管段单旋体变断面冷轧无缝锈钢管件，例如：两端是圆筒管段，中间是两段锥度不同的圆锥管段，四管段光滑联结，内表面光洁度为1.6级，是属于变断面冷轧无缝钢管件。

目前，国内公开使用和制造的变断面冷轧无缝管件多以圆锥管的锥度，锥顶小于5°，变形区长度大于400mm最小管内径大于20mm通过专门设计的工具设备轧辊和芯棒在专用的冷轧管机上制造，本发明涉及的冷轧无缝变断面管件，就现有技术存在不足给产品和工艺方法以及轧辊孔型设计和工具设计制造成为难点和问题：

1.管段多，变断面差程大，四管段光滑联结大小口径比4∶1；

2.锥度差程大，大锥顶角20°小锥顶角1.5°；大小锥度比为13.3；

3.变形区过小，锥顶角20°的其变形区只有80mm；

4.两端内径差程大，大端圆筒管内径56mm最小圆筒管内径14mm。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在不足之处，提供一种冷轧无缝单旋体变断面不锈钢管件，该产品结构：筒-锥-锥筒四段光滑联结变断面整体管件，本发明的另外目的是提供一种该断面管件的制造方法和实施该方法专门设计的工具设备：轧辊和芯棒、引管工具。

本发明的目的是通过这样的措施来实现：由两端圆筒管段与中间两圆锥管段，四管段联结构成，两端管内径比为4∶1，管长比为2∶1，中间两圆锥管段锥顶角比为13.3∶1，锥管长度为1∶6.74，各管段联结光滑无缝的变断面整体管件。

本发明的目的还可以通过这样措施来达到：将整体管件壁厚为3mm内壁光洁，粗糙度为1.6级。

将两端圆筒管内径设定各为φ56mm及φ14mm，中间两圆锥管段的两锥顶角各为20°及1.5°管长各近似为8mm及535mm，两锥管过渡内径为φ28mm。

本发明产品的制造方法，依次包括如下步骤：

(1)取材质：1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti规格φ89×4.5无缝管作原料，依次按如下步骤进行处理：

酸洗：将原料管放入酸洗槽内容积比硝酸8％～10％，氢氟酸5％～12％，在溶液内浸泡20～120分钟后，用水冲洗除酸；

镀铜：经酸洗后变白管内插入碳素钢管，再将插入管捆管轧件用薄钢板围裹后，放入硫酸铜配液中，浸放5～10分钟后，用水冲洗；其配液为

CuSO₄       15g/L～25g/L

H₂SO₄      2％～4％容积比

水胶          0.1kg/m³～0.2kg/m³

皂化：将镀铜后的备料放入拔管剂工业肥皂液内浸放，皂液的脂肪酸度4％～8％，温度60℃～70℃浸放3～5分钟，

(2)第一道轧制：轧前将备料涂氯化氯化石腊后，进行第一道轧制；

轧制设备：型号原苏X∏T-75冷轧管机，按通常冷轧管工艺进行，

轧辊及芯棒：按通常轧制φ89×4.5为φ62×3圆筒管轧辊孔型及心棒进行，

(3)除油：第一道轧制后将轧件放入氢氟酸槽30分钟后水冲洗除油除酸，

(4)固溶热处理：将第一道轧后除油管用电接触加热至1050℃，1分钟后自然空冷，

(5)矫直：在七辊钢管矫直管机电部机进行冷矫直，

按前述酸洗，镀铜，皂化相同的方法步骤将矫直后的轧件进行处理，

(6)第二道轧制：

轧制设备：型号原苏X∏T-55冷轧管机，轧辊按第二道孔型尺寸加工轧槽配制孔型；芯棒用第二道设计的芯棒进行加工；主要轧制第一段锥管及第二段锥管段前半部分；

轧制速度：机架往复：25次/分钟

          机架行程即送轧量：2mm～4mm

          手动转角：120°/次

(7)第三道轧制：

轧制设备：型号原苏X∏T-55冷轧管机；

轧辊：按第三道孔型设计尺寸的变形段及定径段加工轧槽配制孔型：

用第三道芯棒及芯棒端头插放引管后，将轧制件涂氯化石蜡，进行轧制，主要轧制中间段第二段圆锥管后半部，及圆筒管段的定径部分，按第二道次与第三道衔接标记进行轧制，至引管被轧制件顶出，轧至标记处，完成成品管件轧制；

(8)矫直，剪切，除油，包装。

本发明实施制造该单旋体变断面管件方法专门设计的设备：包括：轧辊和芯棒、引管工具，

第一道轧辊及芯棒：按通用轧制圆管φ89×4.5轧成φ62×3，冷轧管配制；

第二道轧辊及芯棒：按第二道次孔型尺寸，加工轧辊轧槽，轧辊材质：50CrVA，轧辊热处理后轧槽硬度：HRc＝55～62，辊环硬度：HRc＝55～59

芯棒：按第二道孔型设计尺寸加工制造，材质GCr15或者CrVA经热处理后：HRc＝58～62，或者：HRc＝52～55

第三道轧辊：按孔型设计第三道次孔型尺寸，加工轧槽，材质与热处理硬度要求同于第二道次轧辊材质和轧槽表面硬度及辊环硬度；

芯棒：按轧制第三道设计尺寸加工制造，材质与热处理硬度要求与第二道芯棒材质与硬度要求相同；

引管：外径＜孔型尺寸，内孔插入第三道次芯棒端头，轧制中起成品导路和减小芯棒颤动作用，防止芯棒与轧辊磕碰，损坏轧槽。

本发明的积极效果：在于超出现有技术条件，对单旋体变断面管件，四管段技术特征，采用三道轧制的孔型设计工艺方法和采用设计的工具设备包括轧辊、芯棒和引管，使单旋体变断面冷轧无缝不锈钢管件尺寸精度提高，内外表面光洁粗糙度精于1.6级；由于轧制时的芯棒控制，各管的内孔壁及尺寸精度得到充分保证，为油田使用者在油水分离装置使用效果提供保证，并为其油井开采中延长油井寿命，复活枯井带来经济效益。

附图说明

图1，单旋体断面管件的一种实施例产品结构剖视图。

图2，该项产品轧辊第二道孔型设计展开图。

图3，该项产品轧辊第二道芯棒设计形状结构示意图。

图4，该项产品轧辊第三道孔型设计展开图。

图5，是轧辊第三孔型轧槽断面图。

图6，是第三道轧制芯棒设计形状结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对具体实施方式说明如下：

结合图1，单旋体变断面管件，由两端圆筒管段和中间两圆锥管段，4管段联结构成，圆筒管a段内径与d段内径比a∶d为4∶1，管长度比La∶Ld为2∶1，中间两圆锥管段锥顶角比为α∶β为13.3∶1，锥管长度比为Lb∶Lc为1∶6.74，各管段联结光滑无缝，成变断面整体管件。

产品实施例，φa＝560±0.05mm，φb＝14±0.05mm，La＝40mmLb＝79.34mm，Lc＝534.78mm Ld＝20mm两锥管过渡内径φbc＝28mm α＝20°，β＝1.5°壁厚δ＝3mm，粗糙度1.6级，材质1Cr18Ni9Ti。

(1)取原料管：1Cr18Ni9Ti材质无缝管，规格φ89×4.5依次按下步骤进行处理：

酸洗：将原料管放入溶液容积比为硝酸10％，氢氟酸10％，温度：室内，酸洗槽内浸泡60分钟后，用水冲洗除酸；

镀铜：酸洗管内插入碳素钢管，将管捆用薄钢板包裹后，放入硫酸铜配液中，其配液为：

CuSO₄        20g/L

H₂SO₄    3％(容积比)

水胶        0.18kg/m³

浸放5分钟后，水冲洗；

皂化：将镀铜后的管料放入拔管剂工业肥皂液中，浸放，皂液脂肪酸度6％，温度68℃，浸放皂化时间5分钟；

(2)第一道轧制：

经过处理管件涂氯化石腊，在冷轧管机型号为原苏X∏T-75上，公知通用的冷轧管工艺，轧辊使用轧制圆筒管孔型φ89×4.5轧成φ62×3圆筒管工艺及芯棒轧制。

(3)轧件除油：轧件放入氢氟酸槽，浸放30分钟后，水冲洗除油除酸；

(4)轧件固溶热处理：将除油后轧件，用电接触加热至1050℃，1分钟后，自然空冷；

(5)矫直：热处理后轧件在七辊钢管矫直机进行冷矫直；

按前述酸洗镀铜。皂化相同的方法步骤，将矫直后的轧件进行处理；

(6)第二道轧制：

轧制设备：型号原苏X∏T-55冷轧管机，轧辊：参照图2，第二道孔型设计展开图，按尺寸加工轧槽，配辊；芯棒：参照图3芯棒设计形状结构示意，按轧机轧制螺纹管段，锥体段Lb＝55的搬手用平面A，便于安装用，按设计芯棒加工后；轧制第一段锥管及第二段圆锥管管前部分；

轧制速度：机架往复：25次/分钟，

          机架行程，即送轧量：2mm～4mm

          手动转角：120°/次

(7)第三道轧制：

轧制设备：型号原苏X∏T-55冷轧管机；

轧辊参照图4及图5：按第三道孔型设计尺寸的变形段A_H和定径段H_I加工轧槽配制轧辊：

芯棒：参照图6按第三道轧制变形段及定径段加工，依轧机配制螺纹段并在引管内插入芯棒端头；

将第二道轧制后的轧件涂氯化石蜡后，进行第三道轧制；

按第二与第三道次衔接标记，进行轧制，轧第二段圆锥管后半部及圆筒管的定径部分，至引管被轧制件顶出，轧至标记处，完成成品管件轧制；

(8)成品轧件进行矫直，剪切，除油处理后，成品包装.

本发明实施例制造单旋体断面管件的工艺方法专门设计的设备，包括轧辊和芯棒，引管工具，结合图2是第二道次轧制的轧辊孔型设计展开图，将轧辊轧槽按圆周划分，列出轧槽直径φ和该轧槽宽度B，按所列孔型设计尺寸加工轧槽配制轧辊孔型，轧制的芯棒，参照图3第二道次芯棒形状结构进行加工配制，轧制第三道次的轧辊孔型设计展开图，参照图4，将轧辊圆周划分为变形段A_H段其轧槽直径φ与其相应轧槽宽度B的尺寸加工轧槽配制轧辊孔型，孔型轧槽断面，参照图5与图4展开尺寸相对应，与其配制的芯棒形状与结构，参照图6.按轧机选配螺纹端连接段Lb213，是一段同直径φ20圆棒之后为圆锥段圆锥段Lc272mm至φ14mm为锥形体，φ14mm之后用于插入引管。

Claims (5)

1.一种用于油井采油油水分离装置的单旋体变断面管，是由两端圆筒管段与中间两圆锥管段联结构成，其特征在于两端圆筒管段内径比为4∶1，管长比为2∶1，中间两圆锥管段锥顶角比为13.3∶1，锥管长度比为1∶6.74，各管段联结光滑无缝的变断面整体管件。

2.根据权利要求1所述的变断面管，其特征在于整体管件壁厚为3mm内壁光洁，粗糙度为1.6级。

3.根据权利要求1所述的变断面管，其特征在于两端圆筒管内径两圆锥管段的各为φ56mm及φ14mm，中间两锥顶角为各20°及1.5°两锥管之间过渡内径为φ28mm。

4.一种制造如权利要求1或2或3其中之一的变断面管的方法依次包括如下步骤：

(1)取材质：1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti规格φ89×4.5无缝管作原料，依次按如下步骤进行处理：

酸洗：将原料管放入酸溶液内浸泡，溶液含容积比8％～12％的硝酸，加容积比5％～12％的氢氟酸浸泡20～120分钟后，用水冲洗除酸，

镀铜：经酸洗后变白管内插入碳素钢管，用薄钢板围裹后，放入硫酸铜配液中，浸放5～10分钟后，用水冲洗，其配液为

CuSO₄     15g/L～25g/L

H₂SO₄    2％～4％容积比

水胶       0.1kg/m³～0.2kg/m³

皂化：将镀铜后的备料放入拔管剂工业肥皂液内浸泡，皂液的脂肪酸度4％～8％，温度60℃～70℃浸放3～5分钟，

(2)第一道轧制：轧前将备料涂氯化石腊后，进行第一道轧制，

轧制设备：型号原苏X∏T-75冷轧管机，按通常轧制冷轧管工艺进行；

轧辊：通常轧制φ89×4.5为φ62×3圆筒管孔型，

(3)除油：第一道轧制后将轧件放入氢氟酸槽30分钟后用水冲洗除油除酸，

(4)固溶热处理：将第一道轧后除油管用电接触加热至1050℃1分钟后自然空冷，

(5)矫直：在七辊矫直机进行冷矫，

按前述酸洗，镀铜，皂化相同的步骤进行处理，

(6)第二道轧制：

轧制设备：型号原苏X∏T-55冷轧管机，轧辊孔型按第二道孔型尺寸加工配制，用第二道设计加工的芯棒进行，主要轧制第一段锥管及第二段锥管前半部分，

轧制速度：机架往复：25次/分钟

          机架行程即送轧量：2mm～4mm

          手动转角：120°/次，

(7)第三道轧制：

轧制设备：型号原苏X∏T-55冷轧管机，

轧辊：按第三道孔型设计尺寸的变形段及定径段加工配制：

用第三道芯棒及芯棒端头插放引管后，将轧制件涂氯化石蜡，进行轧制，主要轧制中间段第二段圆锥管后半部，及圆筒管的定径，按第二道次与第三道衔接标记进行轧制，至引管被轧制件顶出，轧至标记处，完成成品管件轧制；

(8)矫直，剪切，除油，包装。

5.一种实施如权利要求4所述变断面管的制造方法，专门设计的设备，包括：轧辊和芯棒及引管工具，

第一道轧辊：按使用冷轧圆筒管φ89×4.5轧成φ62×3，通常配制轧辊及芯棒；

第二道轧辊：按孔型设计第二道次孔型尺寸，加工轧槽，材质：50CrVA，轧辊热处理后

      轧槽硬度：HRc＝55～62

      辊环硬度：HRc＝55～59

第三道轧辊：按孔型设计第三道次孔型尺寸，加工轧槽，材质与热处理硬度要求同于第二道次轧辊材质和轧槽表面硬度及辊环硬度；

第三道芯棒：按轧制第三道设计尺寸加工制造，材质与热处理硬度要求与第二道次芯棒材质与硬度要求相同；

引管：外径＜孔型尺寸，内孔插入第三道次芯棒端头。

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