带有限位内卡的连续管缆及其制造方法与流程

本发明涉及一种带有限位内卡的连续管缆及其制造方法，适用于石油工程的技术领域。

背景技术：

连续油管(coiled tubing)，又称挠性油管，一卷可长达万米，能够代替常规油管进行很多作业。连续油管作业设备具有带压作业、连续起下的特点，设备体积小，作业周期快，成本低。二十世纪90年代开始，连续油管技术得到了突飞猛进的发展。连续油管作业装置已被誉为“万能作业机”，广泛应用于油气田修井、钻井、完井、测井等作业，贯穿了油气开采的全过程。以测井为例，连续油管测井技术是近年来在油气田试井领域推广的新技术。该技术概要是：将线缆贯穿并封装在连续油管中，连续油管末端连接测井仪器，采用地面设备，依靠连续油管自身的刚度和韧性，将测井仪器送到目标井段进行测试。根据测井的深度，连续油管的长度可达几千米甚至万米。然而，在施工时却经常发现，如此长度的连续油管内的线缆会经常发生断裂的现象。其中主要的原因有二：

第一，连续管缆的外管和内部线缆不存在过盈配合时，线缆本身的承载能力有限，易造成内管线缆拉断，限制了大长度产品的生产和应用。目前主要采用的是方法是选用承荷线缆，利用钢丝包裹线缆以达到更大的载荷能力，但实际生产中，焊接温度会对外钢丝产生破坏性损失。使用过程中，当几千米甚至万米的线缆贯穿在油管内时，会由于自重的原因发生断裂，造成测井任务的失败。

第二，由于线缆的直径小于油管的直径(即油管和线缆分离)，生产完成时，当将内部放置有线缆的连续油管完工进行卷取时，线缆会贴靠在连续油管的内侧。而下井使用时，线缆通常不会贴靠在连续油管的内侧，而是处于居中的位置。为了使线缆的两端能够与连续油管的两端对齐，线缆处于油管居中位置时对油管的长度需求要大于卷取时线缆贴靠在连续油管内侧时的长度需求，所以当线缆从卷取状态变化到作业居中状态时，会因为长度的需求变大而发生断裂。

申请人在2016年1月6日提交的中国专利申请201610008224.6公开了一种连续管缆的制造方法，其中在生产连续油管时就将线缆封装在其内部，不需要额外的设备或步骤以将线缆贯穿连续油管，用激光焊接技术代替了传统的ERW焊接，有效地解决了现有技术中连续油管的内毛刺问题和沟槽腐蚀问题。但是，该申请的技术方案并未提出解决线缆较长时会发生断裂的问题。

如中国专利CN102305315A中所公开的，将连续油管顺直井下放，将电缆下入该连续油管，电缆以其自重贯穿全部连续油管后落到底部实现贯穿，其过程简单、安全、成本较低。其中，也未提出连续油管较长时，电缆会发生断裂的问题。

因此，现有技术中需要一种能够避免线缆断裂的技术，以解决现有技术中出现的上述问题。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种带有限位内卡的连续管缆，在连续油管中设有线缆，在线缆的外部每隔一定距离设置有夹紧的卡套，卡套的两端定位在限位内卡之间，限位内卡焊接于连续油管的内壁上。卡套可以是刚性或弹性材料制成，其与线缆的表面之间过盈配合并夹紧。

优选地，限位内卡与连续油管的化学成分按照质量百分比为：C：0.1-0.12％，Cr：1-1.2％，Ni：0.7-0.72％，Mo：0.3-0.33％，V：0.1-0.12％，Nb：0.05-0.07％，B：0.03-0.035％，P：0.015-0.016％，S：0.008-0.01％，其余是Fe和不可避免的杂质；

制备过程为：第一，将上述组分按照对应的质量百分比冶炼并浇铸成板坯；第二，将板坯加热到1235-1240℃，保温时间为2.0-2.2分/毫米，取决于板坯的厚度；第三，终轧温度控制范围为790-795℃，保温10-15分钟；第四，加热到1020-1026℃后进行淬火处理；第五，在660-665℃时进行高温回火处理；第六，空气中自然冷却。

优选地，本发明的连续管缆的制备方法包括以下步骤：

(1)从供带盘供给钢带到清洗装置，利用碱性脱脂液去除钢带表面的杂质；

(2)使钢带经过辊压装置，以产生初步的U变形，便于形成连续油管的形状；

(3)将铠装线缆或者外涂耐高温隔热陶瓷涂料的线缆供给到位于辊压装置和管成型装置之间的用于形成连续油管的钢带中；

(4)在形成连续油管的钢带上每间隔一定距离处焊接限位内卡，然后在线缆的外侧设置卡套，使得卡套定位在限位内卡之间；

(5)使钢带经过管成型装置，以形成连续油管的形状；

(6)采用激光焊接方法将钢带的对缝焊接成一体；

(7)对连续油管进行定径处理；

(9)对连续油管进行卷盘封装。

优选地，所述辊压装置包括第一辊压设备、第二辊压设备、第三辊压设备和第四辊压设备；

所述第一辊压设备为相对于钢带居中设置的H型压辊，绕水平轴线旋转，其下边缘辊压在钢带上，使钢带的两侧产生向上的弯曲，钢带的侧部与该端H型压辊的下边缘之间的距离与钢带总宽度的比值为0.1-0.2；

所述第二辊压设备为相对于钢带居中设置的盘状压辊，其厚度与钢带总宽度的比值为0.6-0.8，第二辊压设备的辊压面与侧面之间的夹角的范围为100-110°；

所述第三辊压设备为相对于钢带居中设置的盘状压辊，其厚度与钢带总宽度的比值为0.4-0.5，第三辊压设备的辊压面与侧面之间的夹角的范围为110-120°；

所述第四辊压设备为相对于钢带居中设置的盘状压辊，其厚度与钢带总宽度的比值为0.2-0.3，第四辊压设备的辊压面与侧面之间的夹角的范围为110-120°。

优选地，所述管成型装置包括三组挤压对辊，每组挤压对辊包括平行布置的两个工字型立辊，每个立辊绕竖直轴线转动，三组挤压对辊之间的间距依次减小，钢带依次经过挤压对辊的腹板之间的空间；

钢带的宽度与第一挤压对辊的腹板之间的距离的比值为1.8-2.3，钢带的宽度与第二挤压对辊的腹板之间的距离的比值为2.5-2.8，钢带的宽度与第三挤压对辊的腹板之间的距离的比值为3.0-3.1。

优选地，在步骤(6)和(7)之间增加利用去除外毛刺设备将外表面的毛刺去除的步骤，使打磨区域平滑过渡到管子轮廓线上，表面光洁度为至少600粒度。

采用本发明的制备方法制得的连续管缆，从形成连续油管的钢带的组分和生产工艺、成型设备、焊接方法和防腐蚀工艺等多个方面进行了改进，使得生产出来的带有限位内卡的连续管缆不仅满足强度要求、而且还满足了作业工况中的耐腐蚀问题，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1显示了本发明的带有限位内卡的连续管缆的制造流程的示意图。

图2显示了本发明的第一辊压设备。

图3显示了本发明的第二辊压设备。

图4显示了本发明的第三辊压设备。

图5显示了本发明的第四辊压设备。

图6显示了本发明的第一挤压对辊。

图7显示了本发明的第二挤压对辊。

图8显示了本发明的第三挤压对辊。

图9显示了管成型前的带有限位内卡的连续管缆的示意图。

图10是图9的断面图。

图11是图9的俯视图。

图12显示了根据本发明的带有限位内卡的连续管缆的截面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图12所示，其中显示了根据本发明的带有限位内卡的连续管缆的截面示意图。如图所示，线缆2设置在连续油管1中，在线缆2的外部每隔一定距离夹紧地设置有卡套3，卡套3的两端定位在限位内卡4之间，限位内卡4焊接于连续油管1的内壁上，其中限位内卡4与连续油管的材质相同。卡套3可以是刚性或弹性材料制成，其与线缆2的表面之间过盈配合并夹紧。

根据本发明的连续管缆在使用时，一方面使得线缆的大部分自重能够通过限位内卡来承受，另一方面能够确保线缆与连续油管保持基本相同的长度，确保连续管缆弯曲或者伸直时线缆不易被拉。需要理解，图中限位内卡的数量仅为示意性的，本领域技术人员可以根据实际需要进行调整。

下面介绍本发明的带有限位内卡的连续管缆及其制造方法：

具体地，如图1所示，根据本发明的带有限位内卡的连续管缆的制造系统包括依次布置的供带盘、清洗装置、辊压装置、线缆供给装置、限位内卡焊接装置、管成型装置、油管对焊装置和集料卷筒。其中的供带盘用于供给钢带，清洗装置中含有碱性脱脂液，用于去除钢带表面的杂质，例如防锈涂层或其他杂质。碱性脱脂液是以碱性清洗剂为主的水溶液，对动植物油脂通过皂化作用使之成为可溶于水的皂类。此皂为表面活性剂，对非极性的矿物油有乳化作用，故能将其洗去。辊压装置用于使钢带产生初步的U变形以便于形成连续油管的形状。线缆供给装置用于将线缆供给到位于辊压装置和管成型装置之间的用于形成连续油管的钢带中。限位内卡焊接装置用于将限位内卡焊接在U型钢带的内表面。油管对焊装置(优选采用激光焊接机)用于将形成连续油管形状的钢带的对缝焊接成一体，最终形成带有限位内卡的连续管缆并且能够实现线缆与卡套之间的卡紧。管成型装置用于使钢带形成连续油管的形状。集料卷筒用于收取最终的连续油管成品，封装待用。

由于封装在连续油管内的线缆需要经历后期的激光焊接，所以普通的外包绝缘层线缆不能直接用于本发明中。如果使用普通外包绝缘层的线缆，可能出现以下风险：第一，激光焊接时的飞溅物有可能会落到绝缘层上，从而烧蚀绝缘层；第二，绝缘层如果受热程度较大而冒出烟雾，会对激光焊接的质量造成很大的影响；第三，热处理过程中可能对绝缘层造成损坏。为了避免连续油管的高温处理对其内部的线缆造成不利影响，一般可以采用铠装线缆或者外涂耐高温隔热陶瓷涂料的电缆。铠装分为钢带铠装、细钢丝铠装或粗钢丝铠装。

根据本发明的带有限位内卡的连续管缆及其制造方法，包括以下步骤：

(1)从供带盘供给钢带到清洗装置，利用碱性脱脂液去除钢带表面的杂质，例如防锈涂层或其他杂质；

(2)使钢带经过辊压装置，以产生初步的U变形，便于形成连续油管的形状；

(3)将铠装线缆或者外涂耐高温隔热陶瓷涂料的线缆供给到位于辊压装置和管成型装置之间的用于形成连续油管的钢带中；

(4)在形成连续油管的钢带上每间隔一定距离处焊接限位内卡，然后在线缆的外侧设置卡套，使得卡套被定位在限位内卡之间；

(5)使钢带经过管成型装置，以形成连续油管的形状；

(6)采用激光焊接方法将钢带的对缝焊接成一体；

(7)对连续油管进行定径处理；

(8)对连续油管进行卷盘封装。

优选地，在上述步骤(1)和(2)之间还可以增加步骤：在利用碱性脱脂液清洗结束后，用清水对钢带表面进行超声波清洗，以去除表面的脱脂液；然后经过干燥吹风装置吹干钢带的表面。

优选地，在上述步骤(4)中，限位内卡和钢带的材料相同。

优选地，在上述步骤(6)和(7)之间还可以增加步骤：在激光焊接形成连续油管后，还可以增加去除外毛刺的步骤，外毛刺可以通过毛刺去除装置物理去除，或者在外毛刺集中的区域涂抹毛刺去除液来化学去除。

优选地，在连续油管定径以后，还可以在连续油管的外表面涂抹防腐剂，用于防止连续油管表面的腐蚀。

由于限位内卡和钢带之间需要进行焊接，并且在下井状态下，限位内卡需要承载卡套和线缆的重力，因此本发明中的钢带和限位内卡采用具有优良焊接性能的低碳合金钢或耐蚀合金。

优选地，本发明中的限位内卡和钢带的化学成分按照质量百分比为：C：0.1-0.12％，Cr：1-1.2％，Ni：0.7-0.72％，Mo：0.3-0.33％，V：0.1-0.12％，Nb：0.05-0.07％，B：0.03-0.035％，P：0.015-0.016％，S：0.008-0.01％，其余是Fe和不可避免的杂质。制备过程为：第一，将上述组分按照对应的质量百分比冶炼并浇铸成板坯；第二，将板坯加热到1235-1240℃，保温时间为2.0-2.2分/毫米，取决于板坯的厚度；第三，终轧温度控制范围为790-795℃，保温10-15分钟；第四，加热到1020-1026℃后进行淬火处理；第五，在660-665℃时进行高温回火处理；第六，空气中自然冷却。

限位内卡和钢带的优选实施例1：

限位内卡和钢带的化学成分按照质量百分比为：C：0.1％，Cr：1.2％，Ni：0.72％，Mo：0.32％，V：0.11％，Nb：0.05％，B：0.034％，P：0.015％，S：0.008％，其余是Fe和不可避免的杂质。

限位内卡和钢带的优选实施例2：

限位内卡和钢带的化学成分按照质量百分比为：C：0.11％，Cr：1.1％，Ni：0.7％，Mo：0.3％，V：0.1％，Nb：0.06％，B：0.032％，P：0.015％，S：0.009％，其余是Fe和不可避免的杂质。

限位内卡和钢带的优选实施例3：

限位内卡和钢带的化学成分按照质量百分比为：C：0.12％，Cr：1％，Ni：0.71％，Mo：0.3％，V：0.12％，Nb：0.05％，B：0.035％，P：0.016％，S：0.01％，其余是Fe和不可避免的杂质。

优选制备过程为：第一，将上述组分按照对应的质量百分比冶炼并浇铸成板坯；第二，将板坯加热到1236℃，保温时间为2.0分/毫米，取决于板坯的厚度；第三，终轧温度控制范围为792℃，保温15分钟；第四，加热到1024℃后进行淬火处理；第五，在664℃时进行高温回火处理；第六，空气中自然冷却。经过上述热处理以后的钢带不仅具有优良的焊接性能，而且还具有优良的延展性和塑性，能够极大地提高连续油管的使用寿命。

由供带盘供给的钢带然后经过清洗装置，以去除钢带表面的杂质，例如防锈涂层或其他杂质。优选地，清洗装置中的碱性脱脂液由氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠和水配置，各组分的质量分数分别为氢氧化钠0.7％、碳酸钠8％、硅酸钠3.5％，其余为水，脱脂过程中脱脂液的温度保持在85±5℃。脱脂结束后，钢带经过装有清水的超声清洗装置对钢带表面进行清洗，以去除附着在钢带表面的脱脂液。然后经过干燥吹风装置吹干钢带表面。

经过清洗后的钢带然后经过辊压装置，如图2-5所示，其中显示了根据本发明的辊压装置包括如图2所示的第一辊压设备、如图3所示的第二辊压设备、如图4所示的第三辊压设备和如图5所示的第四辊压设备。钢带依次经过上述的第一辊压设备、第二辊压设备、第三辊压设备和第四辊压设备后，基本上具备了形成连续油管需要的变形条件。

需要说明的是，附图中所有的压辊均为示意性的，仅为了清楚说明的需要而绘制，并不代表压辊的真实形状。实际使用的压辊可以根据钢带成型的需要具有不同的形状和尺寸，以保证通过钢带形成标准规格的连续油管。压辊对钢带施加的压力满足能够使其发生塑性变形而产生弯曲部，但不会对其截面厚度产生影响的条件。

如图2所示，第一辊压设备为相对于钢带10居中设置的H型压辊，绕水平轴线L旋转，其下边缘辊压在钢带上，使钢带的两侧产生向上的弯曲。优选地，钢带的侧部与该端H型压辊的下边缘之间的距离与钢带总宽度的比值为0.1-0.2，优选为0.15。

如图3所示，第二辊压设备为相对于钢带10居中设置的盘状压辊，其厚度与钢带总宽度的比值为0.6-0.8，优选为0.8。第二辊压设备的辊压面与侧面之间的夹角α的范围为100-110°，优选为100°。第二辊压设备的辊压面为平滑过渡的曲面。

如图4所示，第三辊压设备为相对于钢带10居中设置的盘状压辊，其厚度与钢带总宽度的比值为0.4-0.5，优选为0.5。第三辊压设备的辊压面与侧面之间的夹角α的范围为110-120°，优选为110°。第三辊压设备的辊压面为平滑过渡的曲面。

如图5所示，第四辊压设备为相对于钢带10居中设置的盘状压辊，其厚度与钢带总宽度的比值为0.2-0.3，优选为0.3。第四辊压设备的辊压面与侧面之间的夹角α的范围为110-120°，优选为120°。第四辊压设备的辊压面为平滑过渡的曲面。

如图2-5所示，钢带依次经过上述第一辊压设备、第二辊压设备、第三辊压设备和第四辊压设备后，基本上具备了形成连续油管需要的变形条件。然后，在变形后的钢带经过管成型装置之前焊接内卡、加入线缆并放置卡套，即可形成带有限位内卡的连续管缆的形状。根据本发明的管成型装置包括三组挤压对辊，分别如图6-8中所示，其中均包含有线缆。需要说明的是，本发明附图中所示的辊压装置和管成型装置均为示意性而非限定性的，本领域技术人员可以根据实际需要进行各种可能的变形和选择。

如图6-8中所示，每组挤压对辊包括平行布置的两个工字型立辊，每个立辊可绕竖直轴线V转动，三组挤压对辊之间的间距依次减小，钢带依次经过挤压对辊的腹板之间的空间。需要说明的是，附图6-8中的挤压对辊均为示意性的，仅为了清楚说明的需要而绘制，并不代表挤压对辊的真实形状。实际使用的挤压对辊可以根据钢带成型的需要具有不同的形状和尺寸，以保证形成标准规格的连续油管。尤其是，立辊的腹板与钢带接触的区域具有与弯曲钢带的表面相适配的形状。

如图6所示，其中显示了第一挤压对辊，钢带的宽度与第一挤压对辊腹板之间的距离(净距，下同)的比值为1.8-2.3，优选地可以为2.0。

如图7所示，其中显示了第二挤压对辊，钢带的宽度与第二挤压对辊腹板之间的距离的比值为2.5-2.8，优选地可以为2.7。

如图8所示，其中显示了第三挤压对辊，钢带的宽度与第三挤压对辊腹板之间的距离的比值为3.0-3.1，优选地可以为3.0。经过第三挤压对辊以后，钢带基本上就形成了连续油管的形状。

接下来，连续油管将经过激光焊接机，以利用激光将连续油管的对缝焊接在一起。由于激光焊接对精度要求比较高，所以焊接时需要用夹持设备将连续油管准确定位，然后将焊接部件放置在激光束的聚焦范围内。如上所述，相比于ERW焊接方式，采用激光焊接可以极大地减小内毛刺的高度并且能够有效地防止沟槽腐蚀问题。在本发明中，以制备尺寸为Φ38.1mm*3.2mm(直径*壁厚)的连续油管为例进行说明。优选地，激光焊接的光斑直径为2mm，焊接功率为7580W，焦距为230mm，焊接速度为1.5米/分。更优选地，焊接时使用氩气作为保护气。激光焊接的强度被控制使得其能量正好能够穿透连续钢管的壁厚为准。

在激光焊接形成连续油管后，还可以增加去除外毛刺的步骤。具体地，外毛刺可以通过毛刺去除装置物理去除，或者在外毛刺集中的区域涂抹毛刺去除液来去除。优选地，毛刺去除液可以由水、苯甲酸、酒石酸、水杨酸、过氧化氢、尿素、葡萄糖酸钾、丁酸钠按照质量比为1：0.1-0.12：0.08-0.1：0.05-0.07：0.06-0.1:0.01-0.05:0.02-0.04:0-0.02混合均匀制成。使用时，将上述毛刺去除液均匀涂抹在外毛刺集中区域即可。

毛刺去除液实施例1

毛刺去除液由水、苯甲酸、酒石酸、水杨酸、过氧化氢、尿素、葡萄糖酸钾、丁酸钠按照质量比为1：0.12：0.1：0.07：0.1:0.03:0.03:0.02混合均匀制成。

毛刺去除液实施例2

毛刺去除液由水、苯甲酸、酒石酸、水杨酸、过氧化氢、尿素、葡萄糖酸钾、丁酸钠按照质量比为1：0.1：0.09：0.06：0.08:0.04:0.04:0.01混合均匀制成。

毛刺去除液实施例3

毛刺去除液由水、苯甲酸、酒石酸、水杨酸、过氧化氢、尿素、葡萄糖酸钾按照质量比为1：0.11：0.08：0.05：0.07:0.05:0.02混合均匀制成。

接下来，对连续油管进行定径处理。

具体地，可以是利用定径机对连续油管进行定径处理。所谓的定径是钢管生产领域的术语，一般是将原料管送入推挤机辊道，利用液压缸的推力将原料管推进已经调整好的轧辊孔型，矫正原料管的椭圆度。

接下来，对连续油管进行卷盘封装，对定径后的连续油管进行盘卷。

优选地，在连续油管定径以后，还可以在连续油管的外表面涂抹防腐剂，用于防止连续油管表面的腐蚀。

如上所述，本发明提供了一种带有限位内卡的连续管缆及其制造方法，从形成连续油管的钢带和限位内卡的组分和生产工艺、成型设备、焊接方法和防腐蚀工艺等多个方面进行了改进，不需要额外的设备或步骤就能将线缆贯穿连续油管，使得生产出来的带有限位内卡的连续管缆不仅满足强度要求、而且还满足了作业工况中的耐腐蚀问题，具有广阔的应用前景。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。