專利名稱：一種可膨脹波紋管的成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可膨脹管的制備方法，進一步地說，是涉及鉆井過程中使 用的可膨脹波紋管的一種制備方法。
背景技術(shù)：
可膨脹管技術(shù)是在鉆井或修井施工過程中，將管柱下入井內(nèi)，以液力或機 械力的方式使管柱永久形變，從而達到增大套管直徑，實現(xiàn)節(jié)省井眼尺寸、封 堵復(fù)雜地層和修補已損套管的一種新型技術(shù)。可膨脹管可應(yīng)用于鉆井、完井及
修井等作業(yè)中，被認(rèn)為是21世紀(jì)石油鉆采行業(yè)的核心技術(shù)之一。
當(dāng)鉆井過程中出現(xiàn)復(fù)雜地層如井漏地層則必須堵漏。在工程實踐過程中經(jīng) 常出現(xiàn)使用其它堵漏措施不能有效封堵的情況，則必須從井口下入套管至復(fù)雜 井段以下，注水泥固井將復(fù)雜井段封堵。這樣井身結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，繼續(xù)鉆井過 程中如果再次出現(xiàn)復(fù)雜井段就必須使用直徑更小的鉆頭及套管，使可鉆的井深 受到限制無法鉆達目的層位。
采用可膨脹管技術(shù)可大大簡化井身結(jié)構(gòu)，提高鉆井速度，降低鉆井成本； 封隔或封固復(fù)雜井段；補貼己損套管和廢棄射孔段；甚至可實現(xiàn)深井的單一井 眼尺寸鉆井和單一套管尺寸完井，從而實現(xiàn)鉆更深的直井和大位移井。
應(yīng)用于鉆井工程中的可膨脹管主要有可膨脹實體管、可膨脹割縫管及可膨 脹波紋管三種。
可膨脹實體管(如歐洲專利EP 1651365、中國專利申請200410019863,x等)
是用小于上層套管內(nèi)徑的特殊材料管，截面形狀為圓形，單根之間采用螺紋連 接。在井下通過液壓或機械方式推動膨脹錐，使小直徑的管膨脹為較大直徑管。 可膨脹實體管主要用作膨脹尾管，封堵復(fù)雜地層、懸掛尾管、修補已損套管或 廢棄射孔段。可膨脹實體管對施工及配套工具及螺紋密封要求較高，且成本高，施工工藝復(fù)雜。
可膨脹割縫管(如中國專利ZL02282747.1等)包括本實體管，篩網(wǎng)，外罩， 透縫。在本體管上開有透縫；外罩在篩網(wǎng)外面，由于外層均開有孔或縫，因而 可以通過機械脹管器將其膨脹，使其緊緊撐在井壁上。主要應(yīng)用于井壁支撐， 堵漏、補貼損壞后的套管內(nèi)壁。
可膨脹波紋管一般是對管材進行冷壓處理，使管柱截面形狀呈異型狀，常 見的如"8"字形，以減小管外徑，使其通過上層套管，借助液壓及膨脹工具的 作用下，使其完全膨脹成圓管，并緊貼在裸眼井壁或損壞的套管內(nèi)壁上?？膳?脹波紋管主要用于鉆井過程中在不減小井眼尺寸的情況下封堵各種復(fù)雜地層， 對損壞套管或廢棄射孔段進行補貼修復(fù)，作為各種井筒封隔器以及延長技術(shù)套 管長度等。其膨脹率高，成本低，操作簡便。
實體管的作用與波紋管相同，但在施工中需要在管外注入水泥固井，波紋 管不需要，篩網(wǎng)等不能用于堵漏。波紋管是將一定直徑尺寸的圓管先期壓制成 "8"字形管，在井內(nèi)膨脹恢復(fù)成圓管；實體管是在井內(nèi)直接在注完水泥漿后由 小尺寸圓管膨脹成較大尺寸內(nèi)徑的圓管，其功能作用相同。但是膨脹實體管對 管材要求比較高，要求材料既要強度高，又要具備較好的延展性好，制作成本 遠(yuǎn)比波紋管高，其膨脹率也不如波紋管，現(xiàn)場操作也較為復(fù)雜。
目前，國外僅俄羅斯生產(chǎn)波紋膨脹管，其"8"字型截面波紋管系冷壓成型， 僅適用于強度較低的鋼管，且膨脹后的波紋管的抗外擠強度和抗內(nèi)壓強度較低， 使其應(yīng)用范圍受到限制。對于強度較高的鋼管，成型后存在較大的反彈，軋制 出的管子截面不一致，使得波紋管之間連接困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過使工件及模具同時運動、熱壓成型的方法來制備可膨脹波紋管， 使成型后的管體截面呈"8"字形的波紋狀((見圖1)，該"8"字形由向內(nèi)凹陷 的曲線部分及向外凸出的曲線部分構(gòu)成。能夠容易的進行水力和機械膨脹并在 膨脹以后可膨脹波紋管保持較高的抗內(nèi)壓強度和一定的抗外擠強度。
6本發(fā)明目的在于提供一套波紋管成型方法，可提高波紋管膨脹后的抗內(nèi)壓、 抗外擠強度。
本發(fā)明所述的一種可膨脹波紋管的成型方法軸向移動工件(園管)，并將 管子加熱，通過預(yù)成型滾軸和成型滾軸及內(nèi)模將波紋管進行逐步擠壓成型，使 得園管逐步變形至波紋管。
具體包括以下步驟
(O取所需長度、直徑和厚度的待加工的金屬園管；此處園管的金屬材質(zhì)、 管子的長度、壁厚和直徑?jīng)]有特殊限定，由具體鉆進作業(yè)中所需的管材情況而 確定。 一般可選鐵管、鋼管等。
(2)軸向移動金屬園管經(jīng)過預(yù)成型區(qū)制備預(yù)成型管 在預(yù)成型區(qū)，園管加熱溫度為500 1200°C，優(yōu)選為600 1000°C，更優(yōu)選 為700 800°C。沿園管軸向移動方向、在園管管壁外周設(shè)置一套或一套以上的 預(yù)成型滾軸，優(yōu)選2 5套。每套預(yù)成型滾軸由在園管截面上的十字對稱位置分 別設(shè)置的兩組滾軸組成，每組滾軸由兩個軸線垂直于園管移動方向、旋轉(zhuǎn)方向 同園管移動方向、形狀對稱的滾輪組成。其中一組滾軸的滾輪為鐵餅型，鐵餅 外沿將與其接觸的金屬園管外壁部分預(yù)壓制成波紋管的向內(nèi)凹陷部分；另一組 為柱面向內(nèi)凹的腰鼓形，以限制園管在被鐵餅型滾輪壓制時向外移動，而且將 與其接觸的金屬園管外壁預(yù)成型成波紋管的向外凸出部分。相對兩個滾輪間距， 即在兩個滾輪軸線中心點連線上兩個滾輪外壁之間的最小直線距離小于金屬園 管的外直徑。在具有一套以上預(yù)成型滾軸的情況下，各套預(yù)成型滾軸中一組滾 軸同其他套預(yù)成型滾軸中形狀相似的一組滾軸在園管橫截面上十字對稱位置一 致。每套預(yù)成型滾軸的每組滾輪間距都比上一套預(yù)成型滾軸中形狀相似的一組 滾輪間距逐次縮小，每一組滾輪與園管接觸部分的曲線形狀都比上一套預(yù)成型 滾軸中形狀相似的一組滾輪更貼近最終波紋管成品相應(yīng)部位的曲線形狀，從而 使得園管在軸向移動經(jīng)過預(yù)成型滾軸后逐步受壓變形至預(yù)成型波紋管。
(3)經(jīng)過以上步驟所得的預(yù)成型波紋管再軸向移動經(jīng)過成型區(qū)制備可膨脹波紋管成品
在成型區(qū)，上述步驟得到的預(yù)成型管加熱溫度為500 120(TC，優(yōu)選為600 IOO(TC，更優(yōu)選為700 800°C。沿預(yù)成型管移動方向設(shè)置一套或一套以上成型 滾軸，優(yōu)選2 5套。成型滾軸由在預(yù)成型管橫截面上十字對稱位置分別設(shè)置的 兩組滾軸組成，每組滾軸由兩個軸線垂直于預(yù)成型管移動方向、旋轉(zhuǎn)方向同預(yù) 成型管移動方向、形狀對稱的滾輪組成。其中一組滾軸的滾輪為鐵餅型，鐵餅 外沿將與其接觸的預(yù)成型管外壁部分壓制成波紋管成品的向內(nèi)凹陷部分；另一 組為柱面向內(nèi)凹的腰鼓形，以限制預(yù)成型管在被鐵餅型滾輪壓制時向外移動， 而且將與其接觸的預(yù)成型管外壁成型成波紋管成品的向外凸出部分。成型滾軸 中一組滾軸同預(yù)成型區(qū)的預(yù)成型滾軸中形狀相似的一組滾軸在預(yù)成型管橫截面 上十字對稱位置一致；在具有一套以上成型滾軸的情況下，各套成型滾軸中一 組滾軸同其他套成型滾軸中形狀相似的一組滾軸在預(yù)成型管橫截面上十字對稱 位置一致。相對兩個成型滾輪間距，即在兩個滾輪軸線中心點連線上兩個滾輪 外壁之間的最小直線距離小于預(yù)成型管在此連線上外壁間的距離；每套成型滾 軸的每組滾輪間距都比上一套成型滾軸中形狀相似的一組滾輪間距逐次縮小， 直至最后一套成型滾軸的滾輪間距等于可膨脹波紋管成品在此連線上外壁間的 距離。每一組滾輪與預(yù)成型管接觸部分的曲線形狀都比上一套預(yù)成型滾軸中形 狀相似的一組滾輪更貼近波紋管成品相應(yīng)部位的曲線形狀，直至最后一套成型 滾軸的滾輪與園管接觸部分的曲線形狀與波紋管成品相應(yīng)部位的曲線形狀相 同。在預(yù)成型波紋管內(nèi)部相應(yīng)于成型滾軸的位置，設(shè)置有內(nèi)模，內(nèi)模通過在管 軸線位置上設(shè)置的一段長桿固定，內(nèi)模在預(yù)成型管橫截面上的斷面形狀和可膨 脹波紋管成品橫截面上內(nèi)壁的形狀相同，從而使預(yù)成型管在軸向移動經(jīng)過成型 滾軸和內(nèi)模共同作用后受壓變形至可膨脹波紋管成品。
本發(fā)明的方法中金屬園管軸向移動方式可采用現(xiàn)有技術(shù)中的管件加工工藝 中常用的軸向移動方式。具體來講可以是金屬園管兩端設(shè)置支撐或由軌道支 撐，其外壁的滾輪為驅(qū)動輪，通過摩擦力帶動圓管軸向移動。管件的移動速度沒有特殊限定，優(yōu)選為勻速移動。以上所述的滾輪均可由電機帶動旋轉(zhuǎn)。
以上所述每套預(yù)成型滾軸中的兩組滾軸優(yōu)選為分別設(shè)置在園管橫截面上上 下和左右的對稱位置。以上所述每套成型滾軸中的兩組滾軸優(yōu)選為分別設(shè)置在 預(yù)成型管橫截面上上下和左右的對稱位置。
本發(fā)明所述的可膨脹波紋管的成型方法，其特點是工件(園管)及成型 模具同時運動，采用熱軋成型方法逐步成型；方法簡單，成型容易，加工出的 波紋管不易變形，可使波紋管成型過程中應(yīng)力和應(yīng)變較小，膨脹后具有較大的 抗外擠強度和抗內(nèi)壓強度。本方法所制得的波紋管抗外擠強度等于或大于
8MPa，抗內(nèi)壓強度等于或大于30MPa。


圖1所示為可膨脹波紋管橫截面形狀；
圖2所示為可膨脹波紋管成型過程示意圖3所示為成型過程中滾軸與內(nèi)模相互作用壓制波紋管的橫截面部分示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例，進一步說明本發(fā)明。 本發(fā)明的成型方法其步驟如圖2所示的成型法
(1) 首先取用所長度、直徑及壁厚的15#鋼園管1以待加工。
(2) 在預(yù)成型區(qū)，以0.5m/min的速度軸向勻速移動園管1，并加熱至700°C 。 使用預(yù)成型滾軸I組(由左預(yù)成型滾輪2和右預(yù)成型滾輪6構(gòu)成，滾輪為所述 腰鼓型，左右對稱)和預(yù)成型滾軸II組(由上預(yù)成型滾輪4和下預(yù)成型滾輪5 構(gòu)成，滾輪為所述鐵餅型，上下對稱)設(shè)置在園管1橫截面的左右上下位置將 波紋管進行預(yù)成型。其中園管由軌道支撐，每套中兩組四個滾輪由電機帶動， 其旋轉(zhuǎn)方向均同圓管1的移動方向。相對兩個滾輪間距，即在兩個滾輪軸線中 心點連線上兩個滾輪外壁之間的最小直線距離小于金屬園管的外直徑，使園管發(fā)生變形。在園管軸向移動的方向上設(shè)計4套預(yù)成型滾軸，各套預(yù)成型滾軸中 一組滾軸同其他套預(yù)成型滾軸中形狀相似的一組滾軸在園管的橫截面上上下左 右的對稱位置一致。每套預(yù)成型滾軸的每組滾輪間距都比上一套預(yù)成型滾軸中 形狀相似的一組滾輪間距逐次縮小，每一組滾輪與園管接觸部分的曲線形狀都 比上一套預(yù)成型滾軸中形狀相似的一組滾輪更貼近波紋管成品相應(yīng)部位的曲線 形狀，使得園管逐步變形至預(yù)成型波紋管3。
(3)之后將預(yù)成型波紋管3以0.5m/min的速度軸向勻速移動經(jīng)過成型區(qū)， 并加熱至同預(yù)成型區(qū)相同的溫度。沿預(yù)成型管移動方向設(shè)置4套成型滾軸使 用成型滾軸III組(由左成型滾輪7和右成型滾輪12構(gòu)成，滾輪為所述腰鼓型， 左右對稱)和成型滾軸IV組(由上成型滾輪9和下成型滾輪10構(gòu)成，滾輪為所 述鐵餅型，上下對稱)設(shè)置在預(yù)成型波紋管3橫截面的左右上下位置將預(yù)成型 波紋管3進行成型。其中每套四個滾輪由電機帶動，其旋轉(zhuǎn)方向均同預(yù)成型波 紋管3的移動方向。相對兩個成型滾輪間距，即在兩個滾輪軸線中心點連線上 兩個滾輪外壁之間的最小直線距離小于預(yù)成型波紋管3在此連線上外壁間的距 離，每套成型滾軸的每組滾輪間距都比上一套成型滾軸中形狀相似的一組滾輪 間距逐次縮小，直至最后一套成型滾軸的滾輪間距等于可膨脹波紋管8成品在 此連線上外壁間的距離；每一組滾輪與預(yù)成型波紋管3接觸部分的曲線形狀都 比上一套成型滾軸中形狀相似的一組滾輪更貼近可膨脹波紋管8成品相應(yīng)部位 的曲線形狀，直至最后一套成型滾軸的滾輪與預(yù)成型波紋管3接觸部分的曲線 形狀與波紋管8成品相應(yīng)部位的曲線形狀相同，使預(yù)成型波紋管3發(fā)生最終變 形。成型滾軸中一組滾軸同預(yù)成型區(qū)的預(yù)成型滾軸中形狀相似的一組滾軸在預(yù) 成型管橫截面上十字對稱位置一致。如圖3所示，在預(yù)成型波紋管內(nèi)部相應(yīng)于 成型滾軸的位置，設(shè)置有內(nèi)模，內(nèi)模通過在管軸線位置上設(shè)置的一段長桿固定， 內(nèi)模在預(yù)成型管橫截面上的斷面形狀和可膨脹波紋管8成品橫截面上內(nèi)壁的形 狀相同，使預(yù)成型波紋管3在軸向移動經(jīng)過成型滾軸和內(nèi)模共同作用后受壓變 形至可膨脹波紋管成品，即可膨脹波紋管8。圖1為成型后的可膨脹波紋管8的橫截面示意圖。本實施例壓制成型的可膨脹波紋管抗內(nèi)壓強度最低為30MPa， 抗外擠強度最低為8MPa。
權(quán)利要求
1.一種可膨脹波紋管的成型方法，包括以下步驟(1)取待加工金屬園管；(2)軸向移動金屬園管經(jīng)過預(yù)成型區(qū)制備預(yù)成型管在預(yù)成型區(qū)，園管加熱溫度為500～1200℃；沿園管軸向移動方向、在園管管壁外周設(shè)置一套或一套以上的預(yù)成型滾軸；每套預(yù)成型滾軸由在園管截面的上十字對稱位置分別設(shè)置的兩組滾軸組成，每組滾軸由兩個軸線垂直于園管移動方向、旋轉(zhuǎn)方向同園管移動方向、形狀對稱的滾輪組成，其中一組滾軸的滾輪為鐵餅型，鐵餅外沿將與其接觸的金屬園管外壁部分預(yù)壓制成波紋管的向內(nèi)凹陷部分；另一組為柱面向內(nèi)凹的腰鼓形，以限制園管在被鐵餅型滾輪壓制時向外移動，而且將與其接觸的金屬園管外壁預(yù)成型成波紋管的向外凸出部分；相對兩個滾輪間距，即在兩個滾輪軸線中心點連線上兩個滾輪外壁之間的最小直線距離，小于金屬園管的外直徑；在具有一套以上預(yù)成型滾軸的情況下，各套預(yù)成型滾軸中一組滾軸同其他套預(yù)成型滾軸中形狀相似的一組滾軸在園管橫截面上十字對稱位置一致，每套預(yù)成型滾軸的每組滾輪間距都比上一套預(yù)成型滾軸中形狀相似的一組滾輪間距逐次縮小，每一組滾輪與園管接觸部分的曲線形狀都比上一套預(yù)成型滾軸中形狀相似的一組滾輪更貼近波紋管成品相應(yīng)部位的曲線形狀，使園管在軸向移動經(jīng)過預(yù)成型滾軸后逐步受壓變形至預(yù)成型波紋管；(3)經(jīng)過以上步驟所得的預(yù)成型波紋管再軸向移動經(jīng)過成型區(qū)制備可膨脹波紋管成品在成型區(qū)，上述步驟得到的預(yù)成型管加熱溫度為500～1200℃；沿預(yù)成型管移動方向、在管壁外周設(shè)置一套或一套以上成型滾軸；成型滾軸由在預(yù)成型管橫截面上十字對稱位置分別設(shè)置的兩組滾軸組成，每組滾軸由兩個軸線垂直于預(yù)成型管移動方向、旋轉(zhuǎn)方向同預(yù)成型管移動方向、形狀對稱的滾輪組成；其中一組滾軸的滾輪為鐵餅型，鐵餅外沿將與其接觸的預(yù)成型管外壁部分壓制成波紋管成品的向內(nèi)凹陷部分，另一組為柱面向內(nèi)凹的腰鼓形，以限制預(yù)成型管在被鐵餅型滾輪壓制時向外移動，而且將與其接觸的預(yù)成型管外壁成型成波紋管成品的向外凸出部分；成型滾軸中一組滾軸同預(yù)成型區(qū)的預(yù)成型滾軸中形狀相似的一組滾軸在預(yù)成型管橫截面上十字對稱位置一致；在具有一套以上成型滾軸的情況下，各套成型滾軸中一組滾軸同其他套成型滾軸中形狀相似的一組滾軸在園管橫截面上十字對稱位置一致；相對兩個成型滾輪間距，即在兩個滾輪軸線中心點連線上兩個滾輪外壁之間的最小直線距離小于預(yù)成型管在此連線上外壁間的距離，每套成型滾軸的每組滾輪間距都比上一套成型滾軸中形狀相似的一組滾輪間距逐次縮小，直至最后一套成型滾軸的滾輪間距等于可膨脹波紋管成品在此連線上外壁間的距離；每一組滾輪與預(yù)成型管接觸部分的曲線形狀都比上一套成型滾軸中形狀相似的一組滾輪更貼近波紋管成品相應(yīng)部位的曲線形狀，直至最后一套成型滾軸的滾輪與預(yù)成型管接觸部分的曲線形狀與波紋管成品相應(yīng)部位的曲線形狀相同；在預(yù)成型管內(nèi)部相應(yīng)于成型滾軸的位置，設(shè)置有內(nèi)模，內(nèi)模通過在管軸線位置上設(shè)置的一段長桿固定，內(nèi)模在預(yù)成型管橫截面上的斷面形狀和可膨脹波紋管成品橫截面上內(nèi)壁的形狀相同，使預(yù)成型管在軸向移動經(jīng)過成型滾軸和內(nèi)模共同作用后受壓變形至可膨脹波紋管成品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹波紋管的成型方法，其特征在于所述每套預(yù)成 型滾軸中的兩組滾軸分別設(shè)置在園管橫截面的上下和左右的對稱位置；所述每 套成型滾軸中的兩組滾軸分別設(shè)置在預(yù)成型管橫截面的上下和左右的對稱位 置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹波紋管的成型方法，其特征在于所述預(yù)成型區(qū) 及成型區(qū)管子的加熱溫度為600 1000°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可膨脹波紋管的成型方法，其特征在于所述預(yù)成型區(qū) 及成型區(qū)管子的加熱溫度為700 800°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹波紋管的成型方法，其特征在于所述預(yù)成型區(qū) 有2 5套預(yù)成型滾軸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹波紋管的成型方法，其特征在于所述成型區(qū)有2 5套成型滾軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6之一所述的可膨脹波紋管的成型方法，其特征在于經(jīng)過 所述步驟制得的波紋管抗外擠強度等于或大于8MPa，抗內(nèi)壓強度等于或大于 3幅Pa。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可膨脹波紋管成型方法，涉及鉆井技術(shù)。其包括軸向移動加熱至500～1200℃的圓管，沿移動方向、在管壁外周設(shè)置一套或一套以上的預(yù)成型滾軸及成型滾軸，每套滾軸由在圓管橫截面上十字對稱位置分別設(shè)置的兩組滾軸組成，每組滾軸由兩個軸線垂直于圓管移動方向、旋轉(zhuǎn)方向同圓管移動方向、形狀對稱的滾輪組成；相對兩個滾輪間距離小于管外直徑；各套滾軸中一組滾軸同其他套滾軸中形狀相同的一組滾軸在管橫截面上十字對稱位置一致，每套滾軸的相對稱滾輪間距逐次縮小。在相應(yīng)于成型滾軸的位置，管內(nèi)設(shè)置有內(nèi)模，使管在軸向移動經(jīng)過滾軸后成型為的可膨脹波紋管。所得可膨脹波紋管在膨脹后抗外擠強度達到8MPa以上，抗內(nèi)壓強度在30MPa以上。
文檔編號B21D37/00GK101524728SQ200810101409
公開日2009年9月9日 申請日期2008年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月6日
發(fā)明者吳姬昊, 楊順輝, 涂玉林, 郭朝暉, 陶興華, 馬蘭榮, 馬開華 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院