CN209196384U - 管线弯头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种管线弯头，属于油气田开发领域。所述装置包括：第一管和第二管，第一管的第一部位处设置有开口，第二管的第一端与开口连接，第一管的第一端为密封端，第一管的第二端为流体入口，第二管的第二端流体出口。其中，第一管的第一部位位于第一管的第二部位与第一管的第三部位之间，第一管的第二部位为包括第一管的第一端的部位。管线弯头通过这样的设置之后，第一管的第一端的第一端和第一管的第二部位构成一个类似“口袋”的形状，当流体通过流体入口进入管线弯头时，流体会在管线弯头的转弯部位得到缓冲，使得流体携带的砂粒的速度也会减缓，从而减小砂粒对管线弯头的冲蚀，提高了管线弯头的使用寿命。

Description

管线弯头

技术领域

本实用新型涉及油气田开发领域，特别涉及一种管线弯头。

背景技术

页岩气的开采主要使用水力压力技术，即将高压携砂液泵入页岩气井底，依靠高压携砂液的压力压裂地层，形成裂缝，高压携砂液中的砂粒会堆积在压开的裂缝中，这些砂粒会支撑压开的裂缝，使得裂缝不会闭合，页岩气就能从裂缝中流出，便于页岩气的开采。页岩气开采之后需要用管线将页岩气运送到目的地，通常在管线的转弯处就需要用到管线弯头。

相关技术中，普遍使用图1所示的管线弯头。如图1所示，管线弯头包括第一管和第二管，第一管的第一端和第二管的第一端直接90°连接形成管线弯头。由于页岩气根据高压携砂液开采出来，因此，开采出来的页岩气会携带部分砂粒。页岩气在管线中流动时，如图1所示，页岩气会直接撞击在管线弯头的转弯部位，同时，页岩气中携带的砂粒也会撞击在管线弯头的转弯部位，砂粒会冲蚀管线弯头的转弯部位，导致转弯部位容易发生破坏，从而降低了管线弯头的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型提供了一种管线弯头，可以提高管线弯头的使用寿命。所述技术方案如下：

一种管线弯头，其特征在于，所述管线弯头包括：第一管1和第二管2；

所述第一管1的第一部位11处设置有开口，所述第二管2的第一端与所述开口连接，所述第一管1的第一部位11位于所述第一管1的第二部位12与所述第一管1的第三部位13之间，所述第一管1的第二部位12为包括所述第一管1的第一端的部位，所述第一管1的第三部位13为包括所述第一管1的第二端的部位；

所述第一管1的第一端为密封端，所述第一管1的第二端为流体入口，所述第二管2的第二端流体出口。

可选地，所述第一管1的第一部位11的内壁到所述第一管1的轴线的距离大于所述第一管1的第二部位12的内壁到所述第一管1的轴线的距离，所述第一管1的第二部位12的内壁到所述第一管1的轴线的距离和所述第一管1的第三部位13的内壁到所述第一管1的轴线的距离相同。

可选地，所述管线弯头的弯头角大于90度且小于180度，所述弯头角为所述管线弯头中的第一边长和第二边长之间的夹角，所述第一边长为所述第一管1的第二端的中点和轴线交点形成的边长，所述第二边长为所述第二管2的第二端的中点和所述轴线交点形成边长，所述轴线交点是指所述第一管1的轴线和所述第二管2的轴线之间的交点。

可选地，所述管线弯头还包括法兰3和迎冲板4，所述法兰3与所述第二管2的第一端连接，所述迎冲板4位于所述法兰3与所述第一管1的第一端之间。

可选地，所述管线弯头还包括至少一根缓冲肋条5，所述至少一根缓冲肋条5位于所述第一管1与所述第二管2的连接处。

可选地，所述第一管1的第一部位11的壁厚大于第一参考数值。

可选地，所述第一管1与所述第二管2的连接处的壁厚大于第二参考数值。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

本实用新型提供的管线弯头包括第一管和第二管，第一管的第一部位处设置有开口，第二管的第一端与开口连接，第一管的第一端为密封端，第一管的第二端为流体入口，第二管的第二端流体出口。其中，第一管的第一部位位于第一管的第二部位与第一管的第三部位之间，第一管的第二部位为包括第一管的第一端的部位。管线弯头通过这样的设置之后，第一管的第一端的第一端和第一管的第二部位构成一个类似“口袋”的形状，当流体通过流体入口进入管线弯头时，流体会在管线弯头的转弯部位得到缓冲，使得流体携带的砂粒的速度也会减缓，从而减小砂粒对管线弯头的冲蚀，提高了管线弯头的使用寿命。

附图说明

图1是现有技术提供的一种管线弯头的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种管线弯头的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的砂粒对管线弯头的冲蚀速率的仿真模拟结果的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的两种管线弯头的占地面积示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种三角肋条的结构示意图。

附图标记：

1：第一管；2：第二管；3：法兰；4：迎冲板；5：缓冲肋条；11：第一管的第一部位；12：第一管的第二部位；13：第一管的第三部位。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图2是本实用新型实施例提供的一种管线弯头的结构示意图，如图2所示，管线弯头包括第一管1和第二管2，第一管1的第一部位11处设置有开口，第二管2的第一端与开口连接，第一管1的第一端为密封端，第一管1的第二端为流体入口，第二管2的第二端流体出口。其中，第一管1的第一部位11位于第一管1的第二部位12与第一管1的第三部位13之间，第一管1的第二部位12为包括第一管1的第一端的部位，第一管1的第三部位13为包括第一管1的第二端的部位。

管线弯头通过这样的设置之后，第一管的第一端为密封端，第一端和第一管的第二部位构成一个类似“口袋”的形状，当流体通过流体入口进入管线弯头时，流体会在管线弯头的第二部位处速度减缓，使得流体携带的砂粒的速度也会减缓，从而减小砂粒对管线弯头的冲蚀，提高了管线弯头的使用寿命。

其中，第一管1的第一部位11处设置有开口，第二管2的第一端与开口连接。第二管2的第一端与开口连接的连接方式可以为焊接，即将第二管2的第一端直接与开口焊接。可选地，连接方式还可以通过一段圆弧形连接管将第二管2的第一端与开口连接，其中，圆弧形连接管的一端与开口连接，另一端与第二管2的第一端连接。

第一管1的第一端为密封端，其中将第一管1的第一端密封，可以按照以下两种方式实现：

(1)管线弯头还包括法兰3和迎冲板4，法兰3与第一管1的第一端连接，迎冲板4位于法兰3与第一管1的第一端之间。

其中，法兰3可以为盲法兰，盲法兰可以是能够将管道的一端堵死的一种实心圆板，在该实心圆板靠近边缘的位置处均匀地设置几个通孔，以通过这通孔将盲法兰固定在第一管的第一端处。

另外，迎冲板4的制作材料可以为耐冲蚀材料，其中，耐冲蚀材料可以为耐冲蚀合金，该耐冲蚀合金包括钨、锰等金属。并且可以按照管线弯头的需求，调节耐冲蚀合金中钨、锰等金属的含量，从而调节耐冲蚀材料的硬度。

另外，由于第一管1的第一端是通过法兰3与迎冲板4密封，而法兰3又可以拆卸，因此在使用一段时间之后，可以拆卸第一管1的第一端处的法兰3，便于更换迎冲板4。

(2)第一管1的第一端可以用一块圆形板密封，其中，该圆形板的直径与第一管1的第一端的直径相同，将圆形板与第一管1的第一端焊接，这样使得第一管1的第一端密封。其中，圆形板可以为铁板、钢板等耐冲蚀材料的板，本实用新型实施例在此不做限定。

其中，圆形板的厚度可以按照管线弯头中流体的压力来确定，也可以按照第一管1的壁厚或第二管2的壁厚来确定。例如，实际应用中，一般可以将圆形板厚度设置为管线弯头第一管1的壁厚的3倍或第二管2的壁厚的3倍，本实用新型实施例在此不做限定。

另外，第一管1的第二端为流体入口，第二管2的第二端流体出口。在应用管线弯头时，会将管线弯头与管线连接，其中是将流体入口和流体出口分别与管线连接。其中，流体入口与管线的连接可以有多种方式，例如，可以通过连接法兰将流体入口与管线连接，也可以直接将流体入口焊接在管线中，本实用新型实施例在此不做限定。另外，流体出口与管线的连接方式参照流体入口与管线的连接方式，在此不再赘述。

将流体入口和流体出口分别与管线连接之后，管线弯头便可投入使用。其中管线中包括多根管道，当多根管道中任意两根管道通过管线弯头连接时，流体从该两根管道中的第一根管道流入，流体经过流体入口进入管线弯头，流经管线弯头之后，从流体出口流出，流体流入该两根管道中的第二根管道。

另外，为了能够将流经管线弯头的流体的砂粒的速度减小，降低砂粒对管线弯头的冲击，可以进一步将管线弯头设计如下：第一管1的第一部位11的内壁到第一管1的轴线的距离大于第一管1的第二部位12的内壁到第一管1的轴线的距离，第一管1的第二部位12的内壁到第一管1的轴线的距离和第一管1的第三部位13的内壁到第一管1的轴线的距离相同。

其中，流体经过流体入口进入管线弯头之后，由于第一管1的第一部位11的内壁到轴线的距离大于第三部位13的内壁到轴线的距离，因此流体在经过第一部位时，流体的压力和流速会有所下降，使得流体中携带的砂粒的速度也会下降，这样流体中携带的砂粒在撞击第一管1的第一端时，可以减小砂粒对第一管1的第一端的冲击。并且由于砂粒撞击在第一管1的第一端上会反弹，反弹的砂粒会撞击即将要撞击第一端的砂粒，砂粒与砂粒之间的撞击增加，使得砂粒的速度会进一步减小，使得砂粒在流经第一管1与第二管2的连接处进入第二管2时，降低砂粒对第一管1和第二管2连接处的撞击。

其中，在一种可能的实现方式中，如图2所示，第一管1的第一部位11可以为椭球形，第一管1的第一部位11还可以为四方形，本实用新型实施例在此不做限定。但不管第一管1的第一部位11为椭球形，还是其他形状，第一管1的第一部位11与第二部位12，第一部位11与第三部位13之间可以是圆滑连接，进一步减小砂粒对这些连接处的冲击。

另外，由于进入管线弯头中的流体的砂粒会撞击第一管1的第一部位11，为了确保第一管1的第一部位11能够长时间的使用，因此第一管1的第一部位11的壁厚大于第一参考数值。其中，第一参考值可以为第一部位12或第三部位13的壁厚值的3倍。例如，第二部位12或第三部位13的壁厚为1厘米，则第一参考值为3厘米，此时可以将第一部位11的壁厚设置为大于3厘米的数值。对于第一参考值的取值，还可以为其他数值，本实用新型在此不做限定。

另外，管线弯头的弯头角大于90度且小于180度，弯头角为管线弯头中的第一边长和第二边长之间的夹角，第一边长为第一管1的第二端的中点和轴线交点形成的边长，第二边长为第二管2的第二端的中点和轴线交点形成边长，轴线交点是指第一管1的轴线和第二管2的轴线之间的交点。如图2所示，第一边长和第二边长之间的夹角为θ，可以将θ称为管线弯头的弯头角。

其中，为了确定管线弯头的弯头角的具体大小，对管线弯头进行仿真模拟，图3为仿真模拟的结果。其中，图3包括图(a)、图(b)、图(c)和图(d)这四幅图，图(a)包括当F_s＝0.2，流体的流量为50*10⁴m³/d，砂粒的流量分别为为0.13kg/s、0.20kg/s和0.26kg/s时，流体对管线弯头的冲蚀速率随弯头角的角度的变化曲线。图(b)中，当F_s＝0.2，流体的流量为100*10⁴m³/d，砂粒的流量分别为为0.13kg/s、0.20kg/s和0.26kg/s时，不同流量的砂粒对管线弯头的冲蚀速率和不同弯头角的度数之间的对应关系。图(c)中，当F_s＝0.1，流体的流量为100*10⁴m³/d，砂粒的流量分别为为0.13kg/s、0.20kg/s和0.26kg/s时，不同流量的砂粒对管线弯头的冲蚀速率和不同弯头角的度数之间的对应关系。图(d)中，当F_s＝0.6，流体的流量为100*10⁴m³/d，砂粒的流量分别为为0.13kg/s、0.20kg/s和0.26kg/s时，不同流量的砂粒对管线弯头的冲蚀速率和不同弯头角的度数之间的对应关系。

其中，F_s表示砂粒的形状系数，F_s的值越小，表示砂粒的圆球度越高，砂粒越接近圆球形状，并且砂粒表面越光滑，砂粒撞击管线弯头时，砂粒对管线弯头的冲蚀影响小。F_s的值越大，表示砂粒的圆球度越低，砂粒越不接近圆球形状，并且砂粒表面越粗糙，砂粒撞击管线弯头时，砂粒对管线弯头的冲蚀影响大。另外，单位m³/d是流体的流量单位，表示立方米每天，单位kg/s为砂粒的流量单位，表示千克每秒。

通过图3中图(a)、图(b)、图(c)和图(d)的结果显示，即使砂粒的形状系数不同，砂粒的流量也不同，砂粒对管线弯头的冲蚀速率都是在管线弯头的弯头角为120度时开始下降，并且砂粒对管线弯头的冲蚀速率在管线弯头的弯头角为120-160度之间出现冲蚀速率的极小值。基于上述仿真结果，可以将管线弯头的弯头角设计为120-160度之间的任意角度。

在实际的生产中，通常管线中会包括多根管道，多根管道中的第一管道与第二管道通过管线弯头连接，如图4所示，图4为两种弯头角不同管线弯头，其中第二管线弯头的弯头角大于第一管线的弯头角。如图4中图(1)所示，当第一管道与第一管线弯头的第一管连接，第二管道与第一管线弯头的第二管连接，由于第一管线弯头的弯角接头小，因此第一管线弯头连接的第一管道与第二管道的占地面积小。如图4中图(2)所示，当第一管道与第二管线弯头的第一管连接，第二管道与第二管线弯头的第二管连接，由于第二管线弯头的弯角接头大，因此第一管线弯头连接的第一管道与第二管道的占地面积大。在实际生产中，需要管线的占地面积越小越好，因此现场应用时，在能够满足生产需求的前提下，可以将管线弯头的弯头角θ设置为120度。

进一步地为了验证120度的管线弯头的中有流体流过时，管线弯头的轴向截面上流体的压力和速度的分布，将确定弯头角为120度管线弯头进行仿真模拟。仿真模拟的结果表明：流体的压力最大值出现在第一管1的第一端处，即压力最大值是在第一管1的密封端，并且在第一管1与第二管2的连接处出现低压区；流体的流速在第一管1和第二管2的连接处速度较低，在第一管1的第一端，速度也较低，而在第二管2中，除了靠近管壁的位置处速度较低外，第二管2中的其他位置处速度都较高。

通过上述的仿真模拟的结果，当流体流经管线弯头时，承受流体压力的较大的部位是第一管1的第一端，而第一管1的第一端处流体速度较小。在第一管1与第二管2的连接处速度较小，使得流体中的砂粒速度较小，砂粒对第一管1和第二管2的连接处的冲蚀速率小，表明砂粒对第一管1和第二管2的连接处冲蚀作用小，从而流体中的砂粒对管线弯头的冲蚀作用小，可以提高管线弯头的使用寿命。

另外，管线弯头还包括至少一根缓冲肋条5，至少一根缓冲肋条5位于第一管1与第二管2的连接处。

其中，流体携带的砂粒在流入管线弯头后，会有一部分砂粒撞击在第一管1和第二管2的连接处，因此为了减缓砂粒撞击第一管1和第二管2的连接处的撞击作用，在第一管1和第二管2的连接处可以设置有缓冲肋条5，砂粒撞击第一管1和第二管2的连接处时，实际上砂粒会撞击在缓冲肋条5上，砂粒撞击缓冲肋条5之后会反弹，反弹的砂粒会撞击即将撞击第一管1与第二管2的连接处的砂粒，使得即将撞击第一管1与第二管2的连接处的砂粒的运动轨迹可能发生变化，即通过缓冲肋条5可以改变砂粒撞击第一管1和第二管2连接处的入射角，进而可以减缓砂粒对第一管1和第二管2连接处的冲蚀。

其中，入射角指的是砂粒撞击在第一管1和第二管2连接处时砂粒的轨迹线与管壁之间的夹角。由于砂粒撞击管壁的运动轨迹与管壁垂直时，即砂粒垂直撞击在管壁上，此时砂粒撞击的管壁的运动轨迹与管壁之间的夹角为90度，即入射角为90度，砂粒对管壁的撞击作用的是最大的。当砂粒撞击管壁的运动轨迹与管壁之间的夹角小于90度，砂粒对管壁的撞击作用相对于砂粒撞击的管壁的运动轨迹与管壁是90度的撞击作用小，并且砂粒撞击管壁的运动轨迹与管壁之间的夹角越小，砂粒对管壁的撞击作用越小。当砂粒撞击管壁的运动轨迹与管壁的夹角为0度时，砂粒不会撞击管壁，此时砂粒对管壁没有撞击作用。

由于砂粒撞击缓冲肋条，可以增加砂粒与砂粒相互碰撞的概率，减小砂粒直接撞击在第一管1和第二管2的连接处的概率，从而减小砂粒对第一管和第二管的连接处的冲蚀作用。

其中，在一种可能的实现方式中，缓冲肋条5可以焊接在第一管1和第二管2的连接处，当然，缓冲肋条5还可以通过其他方式固定在第一管1和第二管2的连接处，本实用新型实施例在此不做限定。

另外，缓冲肋条5的形状可以有多种形状，例如，如图4所示，缓冲肋条5为三角形，当缓冲肋5为三角形时，可以将三角形的缓冲肋条的高H设置为管线弯头的第一管1的第三部位13的直径的0.1-0.2倍，将三角形的缓冲肋条的底边W设置为三角形的高的1-1.5倍。缓冲肋条5还可以为椭圆形，本实用新型在此不做限定。

另外，流入管线弯头中的砂粒仍然会有一部分撞击在第一管1和第二管2的连接处，因此为了确保第一管1和第二管2连接处不容易被砂粒撞击而破坏，可以使得第一管1与第二管2的连接处的壁厚大于第二参考数值。其中，第二参考值可以为第一管1的第一部位11的壁厚的3倍，即当第一管1的第一部位的壁厚为1厘米，第二参考值就是3厘米，此时可以将第一管1和第二管2的连接处的壁厚设置为大于3厘米的数值。当然第一参考值也可以有其他取值，本实用新型在此不做限定。

本实用新型提供的管线弯头包括第一管和第二管，第一管的第一部位处设置有开口，第二管的第一端与开口连接，第一管的第一端为密封端，第一管的第二端为流体入口，第二管的第二端流体出口。其中，第一管的第一部位位于第一管的第二部位与第一管的第三部位之间，第一管的第二部位为包括第一管的第一端的部位。管线弯头通过这样的设置之后，第一管的第一端的第一端和第一管的第二部位构成一个类似“口袋”的形状，当流体通过流体入口进入管线弯头时，流体会在管线弯头的转弯部位得到缓冲，使得流体携带的砂粒的速度也会减缓，从而减小砂粒对管线弯头的冲蚀，提高了管线弯头的使用寿命。综上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种管线弯头，其特征在于，所述管线弯头包括：第一管(1)和第二管(2)；

所述第一管(1)的第一部位(11)处设置有开口，所述第二管(2)的第一端与所述开口连接，所述第一管(1)的第一部位(11)位于所述第一管(1)的第二部位(12)与所述第一管(1)的第三部位(13)之间，所述第一管(1)的第二部位(12)为包括所述第一管(1)的第一端的部位，所述第一管(1)的第三部位(13)为包括所述第一管(1)的第二端的部位；

所述第一管(1)的第一端为密封端，所述第一管(1)的第二端为流体入口，所述第二管(2)的第二端流体出口。

2.根据权利要求1所述的管线弯头，其特征在于，所述第一管(1)的第一部位(11)的内壁到所述第一管(1)的轴线的距离大于所述第一管(1)的第二部位(12)的内壁到所述第一管(1)的轴线的距离，所述第一管(1)的第二部位(12)的内壁到所述第一管(1)的轴线的距离和所述第一管(1)的第三部位(13)的内壁到所述第一管(1)的轴线的距离相同。

3.根据权利要求1所述的管线弯头，其特征在于，所述管线弯头的弯头角大于90度且小于180度，所述弯头角为所述管线弯头中的第一边长和第二边长之间的夹角，所述第一边长为所述第一管(1)的第二端的中点和轴线交点形成的边长，所述第二边长为所述第二管(2)的第二端的中点和所述轴线交点形成边长，所述轴线交点是指所述第一管(1)的轴线和所述第二管(2)的轴线之间的交点。

4.根据权利要求1所述的管线弯头，其特征在于，所述管线弯头还包括法兰(3)和迎冲板(4)，所述法兰(3)与所述第二管(2)的第一端连接，所述迎冲板(4)位于所述法兰(3)与所述第一管(1)的第一端之间。

5.根据权利要求1所述的管线弯头，其特征在于，所述管线弯头还包括至少一根缓冲肋条(5)，所述至少一根缓冲肋条(5)位于所述第一管(1)与所述第二管(2)的连接处。

6.根据权利要求1至5任一所述的管线弯头，其特征在于，所述第一管(1)的第一部位(11)的壁厚大于第一参考数值。

7.根据权利要求1至5任一所述的管线弯头，其特征在于，所述第一管(1)与所述第二管(2)的连接处的壁厚大于第二参考数值。