用于焊接绝缘管道的方法

申请号 CN201580078661.9 申请日 2015-04-09 公开(公告)号 CN107429860A 公开(公告)日 2017-12-01
申请人 MRP有限公司; 发明人 马科斯·派格瑞提;
摘要 本 发明 公开了一种用于井下双壁绝缘管道的 焊接 方法,该方法用于减少管道拉伸导致的张 力 。所述管道包括内部管道、外部管道、 钢 质隔环以及填充环形空间的绝缘材料。通过在焊接过程中使用具有特定化学成分的添加材料,本发明的特殊焊接能够将内部管道与外部管道的端部连接起来,形成柔性金属接头。在进行管道焊接之前,内部管道被加热并延展。该焊接接头的强度足以使内部管道在冷却之后仍保持在适当 位置 ,从而在管道中形成向内的 张力 。这样一来,当 蒸汽 在工作过程中流过管道时,热量会拉伸管道,直至该张力的方向向外,于是该张力变为常规焊接工序中施加给管道焊接接头的正常张力的大约一半。
权利要求

1.一种用于结合金属管以形成双壁管道4的组件,所述双壁管道具有大直径的外部管道2和小直径的内部管道1,所述外部管道与内部管道之间形成环形空间3,所述组件包括:
(a)用作外部管道的第一非螺纹管2,该第一非螺纹钢管设置成具有大的直径和长度;
(b)用作内部管道的第二非螺纹钢管1,该第二非螺纹钢管设置成具有较小的直径和略小一点的长度,从而在两根管道之间形成环形空间3;
(c)金属激光切割隔环8,其由两个半圆形零件7构成,并且其内径等于内部管道1的外径,而且还设置有位于两个边缘处的斜面10,所述斜面用于将所述部件电弧焊接到一起,这些隔环以大约1.5米的等间距方式设置在环形空间3中,以便使内部管道和外部管道保持同心;
(d)用于结合内部管道和外部管道的端部的焊接材料,根据图2,使用偏转环5来引导焊接过程;
(e)将放置在内部管道1与外部管道2之间形成的环形空间中的绝缘材料,通过机械接合内部管道1与隔环8、焊接内部管道1与外部管道2以及通过施加绝缘材料,所述组件被组装完成。
2.根据权利要求1所述的组件,其中,所述金属激光切割隔环8由非金属材料制成。
3.根据权利要求1所述的组件,其中,所述内部管道1的内外尺寸设置成使得其两端的内径和外径较大。
4.根据权利要求1所述的组件,其中,所述内部管道1的长度在所述外部管道2的总长度的95%至98.5%的范围内。
5.根据权利要求1所述的组件,其中,所述外部管道2可以是无缝管道或焊接管道。
6.根据权利要求1所述的组件,其中,所述管道中的一个由非金属材料制成。
7.根据权利要求1所述的组件,其中,所述金属激光切割隔环8的零件通过另一种结合材料-例如环树脂保持到一起。
8.根据权利要求1所述的组件,其中,所述绝缘材料的机械特性和热特性可通过使用特殊制造工艺或加入添加剂来控制。
9.一种用于结合金属管以形成双壁管道4的方法,所述双壁管道具有大直径的外部管道2和小直径的内部管道1,所述外部管道与内部管道之间形成环形空间3,所述方法包括:
(a)制作金属激光切割隔环8,其由两个半圆形零件构成,并且其内径等于内部管道1的外径,而且还设置有位于两个边缘处的斜面10,所述斜面用于将所述部件电弧焊接到一起,(b)将上述隔环8以零件之间大约1.5米的等间距方式套设在内部管道1上,以便使内部管道1和外部管道2保持同心,然后将所述零件电弧焊接到一起;
(c)以下列方式将外部管道2套设在内部管道1上:两根管道两端的长度差相等,确保隔环8使所述管道保持同心;
(d)在焊接到外部管道2之前,加热内部管道1,直至其两端膨胀大约11厘米;
(e)根据图2,将内部管道1电弧焊接到外部管道2,使用偏转环5来连接两根管道并引导焊接过程;
(f)根据测试曲线,以受控的节奏加热并冷却焊接区域
(g)在外部管道2上钻两个孔,用于施加绝缘材料;
(h)使用所述孔对绝缘材料抽真空并填充整个环形空间3;
(i)密封外部管道2上的所述钻孔;
(j)在外部管道2上设置螺纹。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,所述内部管道1被加热,直至其长度膨胀整个管道长度的1.5%至4%。
11.根据权利要求9所述的方法,其中,所述金属激光切割隔环8由非金属材料制成。
12.根据权利要求9所述的方法,其中,所述内部管道1的内外尺寸设置成使得其两端的内径和外径较大。
13.根据权利要求9所述的方法,其中,所述金属激光切割隔环8的零件通过另一种结合材料-例如环氧树脂保持到一起。
14.根据权利要求9所述的方法,其中,所述外部管道2可以是无缝管道或焊接管道。
15.根据权利要求9所述的方法,其中,所述管道中的一个由非金属材料制成。
16.根据权利要求9所述的方法,其中,在两种管道由不同材料制成的情况下,所述结合操作通过使用一种添加材料、借助柔性接头来实现,该添加材料的锰含量低于两根管道中具有较低锰含量的管道,这样操作是为了形成具有较高弹性模量的接头;并且这种添加材料的含量高于碳含量最高的管道,以便形成具有较高受拉屈服强度的接头。

说明书全文

用于焊接绝缘管道的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及结合两个暴露于不同工作温度的同心管的方法或过程。并且,该方法包括预加热步骤、电弧焊步骤以及正火或应释放步骤。

背景技术

[0002] 在某些油田中,由于粘度过高,流体送存在一些限制。通过向井下注射蒸汽来减小流体粘度,这些限制的不利影响可以被消除或者减弱,因此使得能更有效地进行油液泵送。

发明内容

[0003] 在本发明的优选实施方式中,双壁绝缘管道的内部管道和外部管道通过沿环形空间3分布的隔环8和位于两端的焊接部6被保持为同心关系。该绝缘管道被设计成用于容纳温度高于外部环境的流体。内部管道1因此会相对于外部管道3变长,导致两端的焊接部6处产生应力。本发明的焊接方法使得该应力将低于其屈服点。如图3所示,通过对内部管道1进行预加热,使其拉伸大约11厘米,同时保持外部管道3处于较低温度,然后进行焊接,我们将在工作条件下实现较小的焊接应力。技术问题
[0004] 实践中有好几种蒸汽注射管,这些蒸汽注射管能够使向井下输送蒸汽的热损失最小化。然而,这些管道具有相同的弱点。它们很容易损坏、失去真空或者其焊接接头容易损坏。这些情况会导致用于更换管道的维修停机事件频繁发生,从而导致生产成本增加以及更换管道的非生产时间延长。
[0005] 在焊接某些结构和材料时,由于来自焊接电弧的热量局部集中,应力会在这些结构和材料中产生。例如,在将管道端部焊接到一起时,这些应力可能会在大的厚壁管道上变得非常明显。并且,当这些管道被用于输送高温高压蒸汽时,非常重要的是,焊接部最好像当初设计的那样近乎完美。
[0006] 双壁管道的内部管道与外部管道具有不同的反应,因为外部管道不与热蒸汽接触。这使得不同的温度会引发不同的伸缩量,从而在内部管道与外部管道之间产生剪切力。考虑到上述问题,我们提出了一种方法来减小所述剪切力。该方法将在本申请中被详细描述。
技术方案
[0007] 这是一个样板文本。什么日期会被确定为国际申请日?该问题的答案取决于确定国际申请日的条件在哪一天被满足(见222段),即,国际申请哪一天被接收局收到,或者缺陷修改文件在哪一天被接收局收到。技术效果
[0008] 这是一个样板文本。在前一种情况下,国际申请日是接收局收到国际申请的日期;在后一种情况下,国际申请日是接收局收到缺陷修改文件的日期。当然,任何修改都必须满足一定的条件;特别是,该修改必须在特定期限内提交。关于此点的更多说明请见第238段。
当属于同一国际申请的所有文件不是在同一天被接收局收到时,请见第20条2第款以及238段(b)和239段。
附图说明
图1
[0009] 图1是本发明的双壁套筒的一个实施方式的视图;具体地,该图示出了双壁管道的一个端部。图2
[0010] 图2是图1所示管道的焊接点处的放大图,其中示出了焊接型式。
[0011] 图3
[0012] 图3是示出了所述管道在不同热膨胀下的新状况的视图。
[0013] 图4
[0014] 图4是隔环设计的主视图。
[0015] 图5
[0016] 图5是隔环设计的侧视图。
[0017] 图6
[0018] 图6是隔环设计的立体图。

具体实施方式

[0019] 现在参阅图1,该图示出了本发明的双壁钢管4的组合状态。所述管道具有外部钢管套2和内部承载钢管1。该图示出了内部管道1的每个相邻端上都具有管螺纹9。内部钢管1的外径比外部钢管套2的内径小1英寸或2英寸,从而在双壁钢管4的两层壁之间形成环形空间3。除了被隔环8占据的部分,环形空间3的其他部分通常都被填充非金属绝缘材料,例如绝缘泡沫或其他绝缘材料。该绝缘材料的机械特性和热特性可通过使用特殊制造工艺来控制,例如高压、超低温或特殊注射方法,以及通过加入特殊添加剂来控制,例如粉、玻璃球珠和特殊纤维
[0020] 隔环8是激光切割的环形钢带,其外径小于外部钢管套2的内径,使得其轴颈11的一部分能够装配在双壁钢管4的每一节的环形空间3内。钢质隔环8自身能够承受加压管道的径向和切向应力分量,而不会弯曲变形,所以它不需要与外部套2接合。隔环8可以由钢制成。
[0021] 用于结合两根管道的完成工序可以通过参阅图2来最好地理解。首先,沿内部管道1设置隔环8。然后,加热内部管道1,使其膨胀。在进行电弧焊接之前,放置钢质偏转环。设置偏转环是为了保证焊料完全填充该环形空间。
[0022] 在完成焊接步骤之后,对该管道进行热处理,具体是根据测试曲线加热焊接区域,然后以受控的节奏使其冷却。接下来对该管道进行绝缘处理,具体是在该管道的外部钢管套2的两端钻孔,并利用真空来给该管道中填充绝缘材料。在操作完成之后密封这些孔。完成所有这些步骤之后,最后再根据工程的具体需要给管道上设置螺纹。
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