CN1777486A - 热力去除割缝油井衬管的毛刺的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种从割缝金属衬管内去除毛刺的装置和方法，其将所述毛刺暴露于高强度的气体火焰，以有效地氧化或烧除毛刺，而不会使割缝衬管内的母体金属达到不理想的水平。这是通过使用喷焰器头组件而实现的，所述喷焰器头具有多个径向设置在喷焰器头外周周围的气体喷焰器喷嘴，从而在喷焰器头通过割缝衬管的内部时，火焰直接对着衬管的内表面。在喷嘴出口处引入辅助氧气，以便使火焰的速度和强度大大升高，从而增加火焰的温度。所述的辅助氧气通过喷嘴周围的环形通道而被引入的，以便所述的辅助氧气在每一喷嘴处的火焰周围形成筒形的屏蔽。

Description

热力去除割缝油井衬管的毛刺的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于从管状产品的内表面去除毛刺的装置和方法，尤其是涉及用于从用作油气井中的衬管的割缝衬管(slotted liner)的内表面去除毛刺的装置和方法。

背景技术

在从地层开采油气的过程中，具有多条纵向缝的钢制衬管(“割缝衬管”)通常被安装在直井和水平井中，以使地层中的油气进入井，之后将所述的油气泵送或举升到地面进行处理。所述的缝必须足够狭窄以防止大量的地层物质进入或堵塞井眼和相关的设备(如泵)。由于地层中的井中含有细颗粒物质，衬管缝的宽度需要窄至0.04英寸(1.0毫米)或者甚至更窄。所述的缝必须足够长和足够多而使流体有效地流入衬管，但不会将衬管的结构强度降低到安全水平以下。衬管的结构强度(特别是挠曲强度)对于水平井来说尤其重要，在水平井中，所述的衬管必须具有足够的强度以在不会断裂或出现过度塑性变形的情况下弯过垂直井筒与水平井筒之间的过渡段。

所述的缝可为任意便利的长度，但是它们通常在3至4英寸(75到100毫米)的长度范围内。它们通常以相同的间距排列在管子的外周上，径向间隔低到5度。通常使用狭小的开缝铣刀将它们割在衬管的侧壁上。一种公知的方法使用“排铣机”，其安装有在穿过衬管的纵向轴线的平面上径向取向的多个开缝铣刀。在所述的衬管相对于排铣机纵向移动时，所述的铣刀展开以便在衬管侧壁上割出所需长度的缝。

由于不能够完美清洁地切割，所述的开缝铣刀易于在所述的缝相交于衬管的内表面处留下锯齿形的毛刺或者卷须状的“细条”。由于多种原因，这些毛刺和细条是不需要的，所以割缝衬管的生产通常包括去除它们的步骤，但是已知的去除毛刺和细条的方法不完全令人满意。一种常用的方法是使通称为“插入管”的设备经过所述的割缝衬管。所述的插入管设置有多个旋转的刀片以便它们能够随着插入管经过而大致刮削衬管的内周。其目的在于旋转的刀片能够割掉所述的细条，之后可通过压缩空气或其它装置将它们从衬管内排出。

然而，已经证明这种方法只是部分有效，因为所述的刮削刀片易于使毛刺和细条弯曲并将它们推回或推入所述的缝，从而直接减少了用于使油进入衬管的开口狭缝的面积。对于宽度为0.04英寸(1mm)或更窄的缝来说，这一问题显得尤为明显。当所述的衬管处于工作位置时，有效的缝面积变得更为低，这是因为外来的物质进入到缝中并在回弯的细条处聚积，从而使所述的缝变得部分或全部堵塞。

已尝试使用其它机械方法(如珩磨(honing)或擦磨(burnishing))将细条磨掉。然而，这些方法具有相似的缺陷，因为它们都易于使部分或全部细条金属返回到缝中。

当使用具有这些显著缺陷的已知去毛刺的方法时，因而可能必须提供比所需更大量的缝以补偿缝堵塞。已经发现，缝的堵塞可使割缝衬管的有效渗透率降低40％到60％，所以为了获得所需的渗透率，衬管必须具有达到或超过用于特定应用的理论上所需的缝的面积的两倍。这些另加的缝显然增加了衬管的制造成本，并且还降低了衬管的结构强度，从而需要使用具有更大壁厚的衬管，这样就更增加了割缝衬管的总成本。

除了上述的问题之外，留在割缝衬管内的细条或任何其它物质能够损坏或干扰用于井下作业的昂贵的井下仪器。

一种用于去除细条和毛刺的可能的替换方法为热力除刺，即将所述的细条和毛刺暴露于高温火焰。众所周知，如果受到足够高温的火焰，钢制或其它材料的毛刺可烧掉和有效地烧除。这将有助于非常有效地从割缝衬管上去除毛刺，这就像使用压缩空气、高压水水清除或其它常规装置来很简单地去除来自于生产过程的残余物(即氧化物)一样。

对于通常用于割缝衬管的钢的类型来说，这种方法的有效使用需要将毛刺加热到6000°F(3316℃)的温度范围。与此同时，需要很小心以确保衬管主体的温度不会过高，以便防止在原始的金属内发生不期望的金相变化。如果高温火焰能够有效地聚集或集中在毛刺上而不是衬管主体上，这并不是很困难，因为衬管的质量很大(即与毛刺的质量相比)，其能够通过传导而有效地分散施加到毛刺上的热量，而不会使热量过度地聚积在原始材料上。然而，直接使火焰对着钢制衬管内部的毛刺而不使衬管主体暴露于火焰实际上不可能。此外，发明人已经发现，当常规的火焰源(如乙炔喷焰器)被用于加热割缝衬管内部的毛刺以使其达到气化温度时，所述的火焰必须对准毛刺很长一段时间，使得母体金属局部过度受热不可避免。现有技术显然没有披露解决这一问题的方法。

基于上述理由，需要有用于消除细条和去除毛刺的装置和方法，所述装置和方法能够比已知的装置和方法更为有效地从割缝金属衬管上去除毛刺和细条。尤其是，需要这样的装置和方法，即，所述装置和方法通过暴露于氧化焰就能够去除毛刺和细条，而不会使母体金属的温度升得过高以致产生金相变化和其它不期望的效果。本发明就针对这些需要。

发明内容

一般情况下，本发明为一种方法和装置，其中割缝衬管的毛刺可暴露于足够热的气体火焰，使得毛刺被有效地氧化或烧除，而不会导致母体金属达到不期望的温度水平。这是通过喷焰器头实现的，所述喷焰器头上具有多个设置在其外周上的多个气体喷焰器喷嘴，以便在喷焰器头经过割缝衬管时，火焰直接对着衬管内表面。所述装置适用于将大致按化学计量平衡的燃料混合物(即燃烧气体和氧化气体)传送到所述喷嘴，从而在喷嘴处产生大致中性的燃烧火焰。通过测试已经确定，中性燃烧火焰的温度可在氧化期间大大地升高。因此，根据本发明需要在喷嘴出口附近引入辅助氧化气体，优选为纯氧气，从而增加火焰的速度和强度，并由此使火焰的温度显著升高。

因此，根据本发明所产生的喷焰器火焰的温度要高于没有引入辅助氧化气体的火焰温度。已经发现，当具有合适数量的喷嘴并将辅助氧化气体引入喷焰器火焰周围的喷焰器头以合适的运动速度通过割缝衬管时，火焰强度足够烧除衬管上的高比例的毛刺和细条，而不会引起母体金属的温度升得过高。合适的喷焰器头运动速度取决于各种因素，包括衬管的直径和壁厚，燃料混合物成分和辅助氧气的进给压力、喷焰器头上喷嘴的数量以及喷嘴出口到衬管内表面的距离。

因此，本发明的一个方面为去除毛刺的装置，其用于从割缝金属衬管的内表面去除毛刺，所述装置包括：

(a)具有前端和尾端的喷焰器载体；

(b)连接到喷焰器载体前端的喷焰器头，所述喷焰器头具有纵向的轴线和外周侧面，所述喷焰器头内具有：

b.1燃料集气室，用于容纳包括燃烧气体和主氧化气体的燃料混合物；

b.2辅助集气室，用于容纳和传输来自辅助氧化气体源的辅助氧化气体；

b.3多个燃料通道，每一燃料通道具有一外端和一内端，并且每一燃料通道在其内端处与燃料集气室流体连通；以及

b.4多个喷嘴口，每一喷嘴口从喷焰器头的外周侧面向内延伸并具有一内壁表面，每一喷嘴口与相应的一燃料通道流体连通；以及

(c)多个喷焰器喷嘴，每一喷嘴具有一外端、一内端和一侧面，并且每一喷嘴具有穿过内端和外端之间的喷嘴的燃料通道；

所述装置的特征在于：

(d)每一喷嘴被保持安装在相应的喷嘴口内，并限定了喷嘴侧面与喷嘴口内壁表面之间的孔隙空间，所述的孔隙空间具有在喷嘴外端附近的一外端；

(e)所述喷嘴的外端延伸接近或超出喷焰器头的外周表面；

(f)每一喷嘴的内端同与相应的喷嘴口相关的燃料通道密封结合，以便每一喷嘴的燃料通道外端与燃料集气室流体相通；并且

(g)每一孔隙空间与辅助集气室流体连通，并与喷焰器头的外周表面相交，以便辅助氧化气体可从辅助集气室流入孔隙空间并在其外端处流出。

另一方面，本发明为一种从割缝金属衬管的内表面去毛刺的方法，所述的方法包括如下步骤：

(a)将包括燃烧气体和主氧化气体的燃料混合物引入大致如前所述的去毛刺装置的喷焰器头的燃料集气室，以便燃料混合物流入喷焰器头的喷焰器喷嘴的燃料通道；

(b)点燃流出喷焰器喷嘴的燃料通道的燃料混合物以产生喷焰器火焰；

(c)将辅助氧化气体引入喷焰器头的辅助集气室，以便辅助氧化气体流出喷焰器喷嘴周围的孔隙空间；

(d)调节燃料混合物和辅助氧化气体各自的流动压力，以便喷焰器火焰具有能够大致烧除割缝衬管内表面上存在的金属毛刺的温度；以及

(e)以合适的速度使喷焰器头通过割缝衬管以便所述喷焰器火焰直接对着割缝衬管的内表面，从而大致烧除所述金属毛刺。

再一方面，本发明为从割缝金属衬管内表面去毛刺的方法，所述的方法包括如下步骤：

(a)提供具有一个和多个喷焰器喷嘴的喷焰器头；

(b)将包括燃烧气体和主氧化气体的燃料混合物输送至一个或多个喷焰器喷嘴；

(c)点燃流出一个或多个喷焰器喷嘴的燃料混合物，从而产生一个或多个喷焰器火焰；

(d)在紧邻每一喷焰器火焰处引入辅助氧化气体，以便将火焰温度升高到足以大致烧除割缝衬管内表面上存在的金属毛刺的温度；以及

(e)以合适的速度使喷焰器头通过割缝衬管，使得所述喷焰器火焰直接对着所述割缝衬管的内表面，从而大致烧除所述金属毛刺。

附图说明

将结合附图对本发明的实施例进行描述，其中附图标记表示相似的部件，其中：

图1为用在油气井中的常用的割缝衬管示意图。

图2为所述装置第一实施例的喷焰器头和喷焰器载体的视图。

图3为所述装置第二实施例的喷焰器头和喷焰器载体的剖面图。

图4a为所述装置的一个实施例的喷焰器头、火焰罩和扶正装置的示意图。

图4b为图4a所述喷焰器头、火焰罩和扶正装置的剖面图。

图5为本发明一个实施例的喷焰器头的剖面图，其中喷焰器喷嘴以大致垂直于喷焰器头的轴线的方式定位。

图6为本发明一个实施例的喷焰器头的剖面图，其中所述的喷焰器喷嘴以向前倾斜的方式定位。

具体实施方式

图1示出了一般类型的割缝衬管100，可使用本发明的方法来消其除毛刺。图1所示的割缝衬管100上的缝102处于平行于衬管100的纵向轴线的方向上，但是在其它各种割缝衬管100中，所述的缝102可垂直于或倾斜于衬管100的轴线。然而，本发明的功能并不依赖于或受影响于任何要消除毛刺的衬管100的缝102的方向。

如图所示，本发明的去除毛刺装置10包括喷焰器载体12，其具有前端14和尾端16。所述的喷焰器载体12用于容纳导管18a，18b，18c，所述导管分别用于从各自的气源传输燃烧气体、主氧化气体和辅助氧化气体。在主和辅助氧化气体为同样类型的气体时，可使用共同的气源。喷焰器头20具有纵向轴线A和外周侧面22，所述喷焰器头20在前端14处连接到喷焰器载体12上。所述喷焰器头20具有多个气体喷嘴50，所述的气体喷嘴50(优选但不是必须以相同的间距)环绕地布置在喷焰器头20的外周侧面22上，以便在喷焰器头20通过割缝衬管的内部时，由喷焰器喷嘴50产生的火焰能够对准衬管100的内表面，从而对准衬管100的缝102附近存在的任何毛刺或细条。

特别如图5和图6所示，形成喷焰器头20从而限定了燃料集气室30，所述燃料集气室30用于容纳燃烧气体和主氧化气体的燃料混合物。燃料集气室可容纳燃烧气体和氧化气体导管18a和18b，这些气体在燃料集气室30内混合，或者燃烧气体和氧化气体可在单独的混合室(未示出)内混合并且之后被输送到燃料集气室30。

另外，喷焰器头20限定了一个辅助集气室32，其与辅助氧化气体导管18c流体连通，如图6所示。在图6所示的专门实施例中，辅助氧化气体导管18c虽然未被完全示出，但是其通过燃料集气室30并将辅助氧化气体在X点排入到辅助集气室31中。

喷焰器头20还限定了一组燃料通道34，每一燃料通道具有外端34a和与燃料集气室30流体连通的内端。每一燃料通道34与喷焰器头20上的相应喷嘴口40流体连通。每一喷嘴口40与喷焰器头20的外周侧面22相交并具有内壁表面42(其通常为柱形但不是必须)。每一喷嘴口40用于容纳和保持喷焰器喷嘴50，在喷嘴50与喷嘴口40的内壁表面(或表面)42之间具有孔隙空间。每一喷嘴50具有侧面52(通常为柱形)、内端50a、外端50b，以及穿过喷嘴50从内端50a伸到外端50b的燃料通道。选择喷嘴50的长度，以便在喷嘴50被安装到其相应的喷嘴口上时其上的外端50b延伸接近或伸出喷焰器头20的外周面22。因此，当一个喷嘴50被安装在其相应的喷嘴口40上时，其内端50a与相应的燃料通道34密封接合，燃料混合物可从燃料集气室30流入燃料通道34并进入喷嘴50的燃料通道54，从喷嘴50的外端50b排出，燃料混合物在此处被点燃以产生喷焰器火焰。

喷嘴50可为具有位于中心的纵向的燃料通道54的任何合适的结构，以便从燃料集气室30输送燃料混合物。在一个实施例中，喷嘴50为常规的“MIG tips”，即通常用于金属惰性气体焊接工艺的送丝装置喷嘴(wire-feedertip)。已经发现，在燃料混合物流出喷嘴50的燃料通道54时燃料混合物加速，由于引起一定量的回压(backpressure)并增加火焰速度，从而有助于形成稳定的中性焰。因此，在本发明装置的一个实施例中，喷嘴50的燃料通道54在外端附近变窄或收缩，以使燃料混合物在流出喷嘴50时增速。

将喷嘴50安装到相应的喷嘴口50上可在喷嘴50的侧面52与喷嘴口40的内壁表面(或表面)42之间形成孔隙空间(interstitial space)44。所述的孔隙空间44在喷嘴50的外端50a附近具有外端45。所述的喷嘴通常为柱形截面，如前所述，喷嘴口40通常具有柱形内壁表面42，以便孔隙空间44通常且优选地为环形截面。然而，这一特征对本发明不是必要的。必要的是孔隙空间44相交于或流体连通于辅助集气室32，以便辅助氧化气体可从辅助集气室32流入孔隙空间44，并从外端45流出。无论孔隙空间44沿其长度其它点的三维尺寸特征如何，优选地孔隙空间44的流出宽度W(即在外端45处)大致均匀，其原因在下面进行说明。

显而易见，当从喷嘴50的燃料通道54排出的燃料混合物已被点燃从而产生喷焰器火焰时，排出孔隙空间44的辅助氧化气体将产生大致包围喷焰器火焰的辅助氧化气体的屏蔽或遮蔽。这种辅助氧化气体在喷焰器火焰附近的流动增加了火焰的速度、浓度和温度。如上所述，优选孔隙空间44具有均匀的排出宽度W，因而促进了火焰周围辅助氧化气体的一致流动和相应的一致的火焰效果。

喷嘴口40可具有这样的结构，即喷焰器喷嘴50的轴线相交于喷焰器头20的纵向轴线(即径向方式)，并与轴线A垂直，如图5所示。然而已经发现，喷焰器火焰的效果可通过向前倾斜火焰而得到增强。这对增加喷焰器头20正前方的衬管100部分的温度是有益的，从而在喷焰器火焰与毛刺和细条直接接触时降低了传递到毛刺和细条上所需的热量。火焰的倾斜还在衬管内部产生了向前移动的压力波，这有助于将由锯齿形的毛刺和细条产生的碎渣吹出衬管100。

因此，在所述装置的一个实施例中，一个或多个喷焰器喷嘴50(和它们相应的喷嘴口40)具有向前的倾角，以便这些喷嘴50产生的火焰可直接径向地向外并朝向喷焰器头20的前部，如图3、图4b和图6所示。可选择向前的倾角以适应特殊的应用。通过示例，图4b和图6示出了一个15°的向前的倾角。然而，在分别与公称直径为3.5″、4.5″和5.5″(89mm、114mm和140mm)的衬管一起使用的喷焰器头20中使用30°、45°和60°的倾角同样也能获得很好的效果。

将喷焰器喷嘴50相对于喷焰器头20的纵向轴线A以径向结构安装不是必要的。在一个可替换的实施例中(未示出)，一个或多个喷嘴轴线并不垂直于轴线A，以便喷焰器火焰以“转轮(pinwheel)”的形式从喷焰器头20排出，从而在喷焰器头20移动通过衬管100时增加火焰的旋涡效应。在各种这样的可替换实施例中，一个或多个喷嘴50具有向前的倾角并垂直于轴线A。

所述燃烧气体可为具有合适的发热特征的可燃气体，乙炔是一个示例。然而已经发现，当使用MAPP气体(即丙炔-丙二烯)和氧气时具有非常好的效果。虽然乙炔可产生较高的火焰温度，但是已经发现，MAPP气体火焰比乙炔火焰更稳定。也可产生较为稳定火焰的丙烷或天然气同样也能被使用，但是它们的发热量要低于MAPP气体，后者更适于优化毛刺的去除速度。要优选燃料的混合物大致按化学计量平衡，以产生大致为中性的燃烧火焰。

辅助氧化气体包含空气。然而，使用大致纯净的氧气作为辅助氧化气体能够获得非常好的效果。

如前所述，已经发现，具有合适数量的喷嘴50的根据本发明的喷焰器头20以合适的运动速度通过割缝衬管100，火焰强度足以从衬管100内部烧除大部分毛刺和细条，而不会使母体金属温度高度升高。合适的喷焰器头的运动速度取决于多个因素，包括衬管直径和壁厚、燃料混合物成分和辅助氧气的输送压力、喷焰器头20上喷嘴的数量和喷嘴出口到衬管100的内表面的距离。

作为一个有代表性的示例，已经发现，以4.0到4.5英尺(1.2到1.4m)每分钟的范围内的运动速度，利用喷焰器头20去除公称直径为7英寸(即外径7.75″或197mm；内径6.35″或161mm)的钢制衬管的毛刺是有效的，其中喷焰器头20具有48个径向分布的喷嘴50，燃烧以接近20磅每平方英寸(138千帕)的压力供给的MAPP气体混合物，同时使用以约50psi(345kPa)供给的辅助氧气，喷嘴出口与衬管100的内部柱形表面104之间的径向距离接近0.5英寸(13mm)。

本发明的装置10优选包括燃料混合物控制装置和辅助氧化气体控制装置，以分别调节燃料混合物和氧化气体的流压。本领域的技术人员可以很容易地理解，用于控制或调节流动气体压力的各种已经装置都可容易地用作燃料混合物控制装置和辅助氧化气体控制装置。

在优选实施例中，喷焰器头20还可具有火焰罩70，所述的火焰罩可以以环或法兰的形式设置，其安装在喷嘴50的后部并从喷焰器头20径向向外伸出，但刚好止于衬管100的内表面附近，以便不会妨碍喷焰器头20通过衬管100。火焰罩70具有两个主要功能，第一个功能是保护喷焰器头20已经经过的衬管100部分不会受热，从而使衬管的母体金属内升高的温度最小。火焰罩70的第二个功能或效果为使喷焰器火焰集中在与喷嘴50紧邻的区域，这是通过防止火焰向后偏转至已经经受火焰烧烤的区域而实现的，从而使传送到衬管100内的毛刺上的热量最优。

在优选实施例中，本发明的装置10包括扶正装置(centralizer means)60，以确保当所述装置在使用时喷焰器头20的纵向轴线A大致与喷焰器头20穿过的衬管100的轴线对齐，从而确保所有的喷嘴50与衬管100的内表面104大致等距，以便从喷嘴50传到衬管100和衬管100的内表面104处或附近存在的任何毛刺和细条上的热量大致均匀。特别如图4a和4b所示，扶正装置60可包括摩擦棒62，所述的摩擦棒62径向分布在喷焰器载体12的外周上，每一摩擦棒62安装到铰接地连接到喷焰器载体12上的托架64，并且每一托架64具有偏置装置(如弹簧)以径向向外推摩擦棒62，从而在喷焰器头20穿过时靠在衬管100的内表面104上。其它有效的扶正装置对于本领域的技术人员来说是显而易见的。例如，所述的摩擦棒可包括(或可被替代)在衬管100的内表面104上滚动的辊子。

就像衬管100需要避免过度的热量聚积一样，喷焰器头20的温度也应该保持在可接受的范围内，以防止金相变化或出现其它不期望的效果。因此，在优选实施例中，本发明的装置10包括喷焰器头冷却装置。尽管喷焰器头20可使用气体冷却剂(如空气)进行有效地冷却，但是在优选实施例中，喷焰器头20由循环的液态冷却剂(其可包括水或乙二醇)进行冷却，所述的冷却剂经过一个或多个喷焰器头20内的冷却剂循环室24，大致与液体冷却机动车发动机中的冷却剂循环室相似。根据本领域公知的原理和方法，用于本发明的优选实施例的冷却剂循环室24可以任意的方式位于和形成在喷焰器头20内。

在优选实施例中，所述喷焰器头20至少部分由钢制成。在可选择的实施例中，喷焰器头20至少部分由金属(如钛)制成，所述的金属可比钢承受更高的温度而不会出现不需要的金相变化或其它效果，因而降低喷焰器头冷却装置的冷却负荷或者甚至无需喷焰器头冷却装置。

喷焰器头20可由多个部分构成，这些部分通过螺栓或其它合适的装置相应地组装在一起。制造和组装喷焰器头20的方法的一个实施例在图4b中示出；然而，其它结构也是可能的。喷焰器头20的每个部分可由实心原料加工而成，或者可通过加工成所需的结构形式的铸造而制成。使整个喷焰器头20成为单个铸件的铸造方法也是可用的，并可按照需要进行加工。

在本发明的装置和方法优选实施例中，喷焰器头20可移动通过待去除毛刺的衬管100。然而，在可选择的实施例中，衬管100可移动通过静止的喷焰器头20。用于使喷焰器头移动通过衬管100或者用于使衬管100移动通过静止的喷焰器头20的合适的致动装置(motive means)可被本领域的技术人员容易地设计。所述致动装置可包括一延伸部件(extension member)，其与喷焰器载体12的尾端16连接，或与喷焰器载体12成一体，并且其具有合适的长度以有助于喷焰器头20插入到大致全长的衬管100中。在所述装置的一个实施例中，致动装置包括一个与液压马达连接的拉杆/拉索组件，以便将喷焰器头20插入衬管100并从中将其收回。其它类型的马达和部件可用作致动装置，这没有脱离本发明。

优选地，所述致动装置包括喷焰器头速度控制装置，其用于调节喷焰器头通过衬管100的速度。本领域的技术人员可以理解，合适的速度控制装置可容易地进行使用或利用已知技术进行改换。为了提供一个示例，喷焰器头的速度控制可通过使用各种变速马达而实现，所述的变速马达可作为致动装置的一个部件。

已经发现，处于暴露于喷焰器火焰区域附近的衬管100的外表面的温度，可作为很好的以给定的喷焰器头速度去除毛刺和细条的火焰效能的指示器；即毛刺和细条是否暴露于火焰到足以得到去除的时间。例如，在一个测试的组件中，测试衬管的温度为约250°F(121℃)表明喷焰器头的速度过快，并且预示着毛刺去除的效果不是最佳。反过来也表明应该增加喷焰器头的速度。在另一个测试组件中，测试衬管的温度约为350°F(177℃)则预示着喷焰器头的速度过高。为了监测火焰的效能和调节喷焰器头的速度，这些近似的温度限制可根据包括喷焰器头的数量、衬管尺寸和喷焰器火焰特征的各种因素的不同而不同。

由于前述的发现，本发明装置的优选实施例包括在它们通过衬管100时用于监测衬管100的母体金属温度的装置，所述的衬管100处于喷焰器喷嘴50附近。在特定的优选实施例中，所述的温度监测装置利用合适的公知的控制技术与所述致动装置结合，以便喷焰器头的速度可根据监测到的母体金属的温度变化来进行自动调节。除了提供如上所述喷焰器火焰效能的温度指示外，所述的温度监测装置还具有的优点为，在母体金属温度接近或超过所选择的最大值时向装置的操作员报警，超过所述的最大值会产生不期望的效果，在这种情况下，可以启动合适的补救或预防措施。

当所述喷焰器头20以合适的速度移动通过割缝衬管100时，衬管100的母体金属内温度不应该升高到产生不期望的金相变化或其它效果的温度。然而，已经发现，衬管100的顶部的母体金属的温度易于高于其底部位置的温度，这将会导致在其冷却时衬管100纵向弯曲。为了减轻或防止出现这种不期望的情况出现，本发明方法的优选实施例包括相对于喷焰器头20旋转所述衬管的另外的步骤，从而促进衬管100外周的母体金属温度升高均匀。因此，衬管100可很均匀地进行冷却并由此很少产生纵向弯曲。旋转衬管100的合适的装置对本领域的技术人员来说是显而易见的，包括但不局限于使用合适形状的辊子来支承所述的衬管100，用作驱动辊的一个或多个辊子可用于旋转所述的衬管100。

本领域的技术人员可以很容易地理解，在不脱离本发明的主要思想的情况下可对本发明设计出各种改变，并且所有的这些改变都应该包含在这里所附的权利要求所表述的范围内。

在该专利文件中，“包括”这一词用作不限于的意思，以表示其后的特征被包括在其内，但是没有特别指明的特征没有被排除在外。非限定性冠词“一”所表示的元件不排除存在多个元件的可能，除非说明书中明确地要求仅仅有一个这样的元件。

Claims (38)

1.一种从割缝金属衬管的内表面去除毛刺的去毛刺装置，所述装置包括：

(a)具有前端和尾端的喷焰器载体；

(b)连接到所述喷焰器载体前端的一喷焰器头，所述喷焰器头具有一纵向的轴线和一外周侧面，所述喷焰器头内具有：

b.1一燃料集气室，用于容纳包括燃烧气体和主氧化气体的燃料混合物；

b.2一辅助集气室，用于容纳和传输来自一辅助氧化气体源的辅助氧化气体；

b.3多个燃料通道，每一燃料通道具有一外端和一内端，并且每一燃料通道在其内端处与所述燃料集气室流体连通；以及

b.4多个喷嘴口，每一喷嘴口从所述喷焰器头的外周侧面向内延伸并具有一内壁表面，每一喷嘴口与相应的一个燃料通道流体连通；以及

(c)多个喷焰器喷嘴，每一喷嘴具有一外端、一内端和一侧面，并且每一喷嘴具有延伸穿过所述内端和所述外端之间的喷嘴的一燃料通道；

所述装置的特征在于：

(d)每一喷嘴被保持安装在一相应的喷嘴口内，并限定了所述喷嘴侧面与所述喷嘴口内壁表面之间的一孔隙空间，所述的孔隙空间具有在所述喷嘴外端附近的一外端；

(e)所述喷嘴的外端延伸接近或超出喷焰器头的外周表面；

(f)每一喷嘴的内端同与所述相应的喷嘴口相关的燃料通道密封结合，以便每一喷嘴的燃料通道外端与所述燃料集气室流体相通；并且

(g)每一孔隙空间与所述辅助集气室流体连通，并与所述喷焰器头的外周表面相交，以便所述辅助氧化气体可从所述辅助集气室流入所述孔隙空间并在其外端处流出。

2.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，还包括一扶正装置，以使所述喷焰器头的纵向轴线与割缝衬管的纵向轴线大致对齐。

3.如权利要求2所述的去毛刺装置，其中，所述的扶正装置包括多个设置在所述喷焰器载体外周周围的摩擦棒，每一摩擦棒可旋转地安装到托架上，所述的托架铰接地安装到所述喷焰器载体上，并且每一托架具有用于使相关的摩擦棒径向地向外伸出的偏置装置。

4.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，还包括在所述喷嘴后部的一火焰罩。

5.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，还包括用于调节流到所述喷嘴的所述燃料混合物的压力的装置。

6.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，还包括用于调节流入到所述孔隙空间的所述辅助氧化气体的压力的装置。

7.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，还包括一喷焰器头冷却装置。

8.如权利要求7所述的去毛刺装置，其中，所述喷焰器头限定一个或多个用于容纳循环的冷却剂的冷却剂循环室。

9.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，所述喷嘴口以大致相同的间距围绕在所述喷焰器头的周围。

10.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，至少一个喷焰器喷嘴相对于所述喷焰器头的纵向轴线径向地定位。

11.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，至少一个喷焰器喷嘴以大致垂直于所述喷焰器头的纵向轴线的方式定位。

12.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，至少一个喷焰器喷嘴朝所述喷焰器头的前端倾斜。

13.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，至少一个喷焰器喷嘴相对于所述喷焰器头的纵向轴线倾斜地定位。

14.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，至少一个喷嘴的燃料通道具有一收缩部分以便使从其中流出的燃料混合物加速。

15.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，至少一个喷焰器喷嘴为一MIG喷嘴。

16.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，至少一部分孔隙空间为环形截面。

17.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，还包括用于使所述喷焰器头相对于所述割缝衬管移动的致动装置。

18.如权利要求17所述的去毛刺装置，其中，所述致动装置用于保持所述割缝衬管纵向静止而使所述喷焰器头移动通过所述割缝衬管。

19.如权利要求17所述的去毛刺装置，其中，所述致动装置用于保持所述喷焰器头纵向静止而使所述割缝衬管移动通过所述喷焰器头。

20.如权利要求17所述的去毛刺装置，其中，还包括喷焰器头速度控制装置，其用于控制所述喷焰器头相对于所述割缝衬管的运动速度。

21.如权利要求1所述的去毛刺装置，其中，还包括温度监测装置，其用于监测所述喷嘴附近的衬管的温度。

22.如权利要求20所述的去毛刺装置，还包括温度监测装置，其用于监测所述喷嘴附近的衬管的温度，其中，所述喷焰器头速度控制装置用于根据所述温度监测装置测试到的衬管温度变化而调节所述喷焰器头的速度。

23.一种从割缝金属衬管的内表面去毛刺的方法，所述方法包括如下步骤：

(a)提供具有一个或多个喷焰器喷嘴的一喷焰器头；

(b)将包括燃烧气体和主氧化气体的燃料混合物输送至所述一个或多个喷焰器喷嘴；

(c)点燃流出一个或多个喷焰器喷嘴的燃料混合物，从而产生一个或多个喷焰器火焰；

(d)在紧邻每一喷焰器火焰处引入辅助氧化气体以便将火焰温度升高到足以大致烧除所述割缝衬管内表面上存在的金属毛刺的温度；以及

(e)以合适的速度使所述喷焰器头通过所述割缝衬管，使得所述喷焰器火焰直接对着所述割缝衬管的内表面，从而大致烧除所述金属毛刺。

24.一种从割缝金属衬管的内表面去毛刺的方法，所述方法包括步骤：

(a)将包括所述燃烧气体和所述主氧化气体的燃料混合物引入权利要求1所述的去毛刺装置的喷焰器头的燃料集气室，以便所述燃料混合物流入所述喷焰器头的喷焰器喷嘴的燃料通道；

(b)点燃流出所述喷焰器喷嘴的燃料通道的燃料混合物以产生喷焰器火焰；

(c)将所述辅助氧化气体引入所述喷焰器头的辅助集气室，以便所述辅助氧化气体流出所述喷焰器喷嘴周围的孔隙空间；

(d)调节所述燃料混合物和所述辅助氧化气体各自的流动压力，以便所述喷焰器火焰具有能够大致烧除割缝衬管内表面上存在的金属毛刺的温度；以及

(e)以合适的速度使所述喷焰器头通过所述割缝衬管以便所述喷焰器火焰直接对着所述割缝衬管的内表面，从而大致烧除所述金属毛刺。

25.如权利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述的使所述喷焰器头通过所述割缝衬管的步骤是通过保持所述衬管纵向地静止并移动所述喷焰器头通过所述衬管而实现的。

26.如权利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述的使所述喷焰器头通过所述割缝衬管的步骤是通过保持所述喷焰器头静止并使所述衬管通过所述喷焰器头实现的。

27.如权利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，还包括相对于所述喷焰器头旋转所述衬管的步骤。

28.如权利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述喷焰器头限定了一个或多个冷却剂循环室，并且还包括使冷却剂流体循环通过所述冷却剂循环室的步骤。

29.如权利要求28所述的去毛刺的方法，其中，所述冷却剂流体为液态冷却剂。

30.如权利要求29所述的去毛刺的方法，其中，所述液态冷却剂包括水。

31.如权利要求29所述的去毛刺的方法，其中，所述液态冷却剂包括乙二醇。

32.如权利要求28所述的去毛刺的方法，其中，所述冷却剂流体包括冷却气体。

33.如权利要求32所述的去毛刺的方法，其中，所述冷却气体包括空气。

34.如权利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述燃烧气体是从由MAPP气体、乙炔、丙烷和天然气组成的组中选择出的。

35.如权利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述燃料混合物大致是按化学计量平衡的。

36.如权利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述主氧化气体包括大致纯净的氧气。

37.如权利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述辅助氧化气体包括大致纯净的氧气。

38.如权利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述辅助氧化气体包括空气。