防腐油管的补口工艺方法、防腐油管及其单元与流程

本发明涉及管道补口技术领域，尤其涉及一种防腐油管的补口工艺方法、防腐油管及其单元。

背景技术：

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

随着经济的高速发展，我国对石油的需求量不断增加。油田的钻采开发速度越来越快，某些油田逐步进入开发的中后期，高含水、h2s、co2等腐蚀介质对油气管道腐蚀问题愈来愈严重。为解决此种问题，国内外陆续研制出内衬油管、化学热处理防腐油管(如渗氮油管、渗铝油管)，这类防腐油管本体均得到有效的处理，起到良好的防腐效果，但是因为补口问题一直没有得到很好的解决，严重制约防腐油管的发展。

因此，如何性能可靠且方便快速实现防腐油管的补口，是亟待解决的技术问题。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现要素：

基于前述的现有技术缺陷，本发明实施例提供了一种防腐油管的补口工艺方法、防腐油管及其单元，其可以性能可靠且方便快速实现防腐油管的补口。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种防腐油管的补口工艺方法，包括：

获取一个第一管段和两个第二管段，所述第一管段的长度大于所述第二管段的长度，所述第二管段的防腐性能优于所述第一管段的防腐性能；

采用摩擦焊使两个所述第二管段分别固定连接在所述第一管段的两端；

对所述第一管段和所述第二管段串接形成的管柱进行化学热处理，至少使所述第一管段的内壁和外壁上形成防腐层；

对两个所述第二管段远离所述第一管段的端部外壁加工形成外螺纹；至此，相串接的一个所述第一管段和两个所述第二管段形成一个防腐油管单元；

重复上述步骤，获得多个所述防腐油管单元；

采用油管接箍串接多个所述防腐油管单元，得到所述防腐油管；其中，所述油管接箍的材质与所述第二管段的材质相同，所述油管接箍的内壁加工形成与所述外螺纹相适配的内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹相旋合以实现相邻所述防腐油管单元的连接。

优选地，所述第一管段的材质为n80q钢级，所述第二管段的材质为l80-13cr。

优选地，在采用摩擦焊使两个所述第二管段分别固定连接在所述第一管段的两端的步骤中，所述第一管段夹持在移动夹具内，所述第二管段夹持在旋转夹具内，滑台承载着夹持有第一管段的所述移动夹具向所述旋转夹具移动，随后所述旋转夹具带动所述第二管段以0.6～6m/s的转速旋转，当所述移动夹具移动至所述第一管段的端部与所述第二管段的端部接触后开始摩擦产热；当摩擦历经第一预定时长后，或者，摩擦缩短量达到设定值后，所述旋转夹具停止旋转，对所述第一管段和/或所述第二管段施加20～200mpa的顶锻力并维持第二预定时长，所述旋转夹具松开释放所述第二管段，所述滑台后退至原始位置，所述移动夹具松开释放所述第一管段。

优选地，在化学热处理的步骤中，所述化学热处理具体为对所述第一管段和所述第二管段串接形成的管柱进行渗铝或渗氮处理，从而形成所述防腐层。

优选地，在化学热处理的步骤中，在进行化学热处理的步骤中，将所述第一管段和所述第二管段串接形成的管柱置入含有渗入元素的渗剂中，将含有渗入元素的渗剂加热至500～650℃，保持第三预定时长后，取出所述第一管段和所述第二管段串接形成的管柱，随后将所述第一管段和所述第二管段串接形成的管柱置于常温的水中进行淬火。

优选地，所述防腐层包括形成在所述第一管段外表面的纯铝层和形成在所述纯铝层外的铁铝合金层；其中，

所述纯铝层在腐蚀介质下可形成致密氧化铝膜，从而将腐蚀介质隔绝在所述第一管段的基材之外；

所述铁铝合金层在所述纯铝层消耗完之后于氧化过程中生成尖晶石结构al2feo4化合物，所述尖晶石结构al2feo4化合物能阻止腐蚀介质的原子与所述第一管段的基材中的铁原子接触。

一种防腐油管单元，包括：一个第一管段和两个第二管段，所述第一管段的长度大于所述第二管段的长度，所述第二管段的防腐性能优于所述第一管段的防腐性能，两个所述第二管段通过摩擦焊分别固定连接在所述第一管段的两端，所述第一管段的内壁和外壁上形成有防腐层，所述第二管段远离所述第一管段的端部外壁设置有外螺纹；所述防腐层为对所述第一管段和所述第二管段串接形成的管柱进行渗铝或渗氮处理形成；所述防腐层包括形成在所述第一管段外表面的纯铝层和形成在所述纯铝层外的铁铝合金层；其中，

所述纯铝层在腐蚀介质下可形成致密氧化铝膜，从而将腐蚀介质隔绝在所述第一管段的基材之外；

所述铁铝合金层在所述纯铝层消耗完之后于氧化过程中生成尖晶石结构al2feo4化合物，所述尖晶石结构al2feo4化合物能阻止腐蚀介质的原子与所述第一管段的基材中的铁原子接触。

优选地，所述第一管段的材质为n80q钢级，所述第二管段的材质为l80-13cr。

一种防腐油管，包括：

多个如上述任一所述的防腐油管单元；

多个油管接箍，所述油管接箍的内壁设置有与所述外螺纹相适配的内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹相旋合以实现相邻所述防腐油管单元的连接。

优选地，所述油管接箍的材质与所述第二管段的材质相同。

本发明实施例的防腐油管的补口工艺方法、防腐油管及其单元，通过选取长度较长但防腐性能较弱的第一管段作为防腐油管及其单元的主体，以降低成本，选取长度较短但防腐性能较佳的第二管段作为防腐油管单元的端部，并通过采用摩擦焊实现焊接性能较弱的第一管段和第二管段的对接，并对第一管段和第二管段串接形成的管柱进行化学热处理，从而至少在第一管段的内壁和外壁上形成防腐层。这样，后续在作为防腐油管单元端部的第二管段外壁加工外螺纹，由于第一管段外壁的防腐层并未受到破坏，而第二管段由于其自身性质具有较佳的防腐性能，由此得到的防腐油管单元，以及，利用该防腐油管单元拼接得到的防腐油管，均能保证具有优良的防腐性能。

实践证明，本发明实施例的防腐油管的补口工艺方法、防腐油管及其单元与现有技术相比，具有如下益效果：

(1)现有的化学热处理防腐油管未做补口处理，导致油管端部成为腐蚀严重部位。本发明通过设置防腐性能较佳的第二管段作为防腐油管单元的端部，并通过化学热处理至少在防腐性能较弱的第一管段的内壁和外壁形成防腐层，从而有效地解决了油管端口防腐的问题；

(2)采用摩擦焊的方式连接焊接性能较弱的第一管段和第二管段，实现100％连接强度，保证最终获得的防腐油管及其单元的强度要求；

(3)在第二管段外壁车削标准螺纹，不改变现场作业方式，保证作业方式的连贯性。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施例，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施例在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施例包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1为本发明实施例的防腐油管的补口工艺方法的流程图；

图2为本发明实施例的防腐油管单元的结构示意图；

图3为本发明实施例的防腐油管单元与油管接箍的装配结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1为本发明实施例提供了一种防腐油管的补口工艺方法的流程图。虽然本发明提供了如下述实施方式或流程图所述的方法操作步骤，但是基于常规或者无需创造性的劳动，在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。此外，所述方法在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施方式中所提供的执行顺序。所述补口工艺方法包括如下步骤：

步骤s10：获取一个第一管段和两个第二管段，所述第一管段的长度大于所述第二管段的长度，所述第二管段的防腐性能优于所述第一管段的防腐性能；

步骤s20：采用摩擦焊使两个所述第二管段分别固定连接在所述第一管段的两端；

步骤s30：对所述第一管段和所述第二管段串接形成的管柱进行化学热处理，至少使所述第一管段的内壁和外壁上形成防腐层；

步骤s40：对两个所述第二管段远离所述第一管段的端部外壁加工形成外螺纹；至此，相串接的一个所述第一管段和两个所述第二管段形成一个防腐油管单元；

步骤s50：重复上述步骤，获得多个所述防腐油管单元；

步骤s60：采用油管接箍串接多个所述防腐油管单元，得到所述防腐油管；其中，所述油管接箍的材质与所述第二管段的材质相同，所述油管接箍的内壁加工形成与所述外螺纹相适配的内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹相旋合以实现相邻所述防腐油管单元的连接。

在步骤s10中，第一管段构成防腐油管单元或防腐油管的主体，因此其长度被配置的较长。具体为，第一管段的长度为7000-10000mm，第二管段的长度为150-300mm。同时，出于降低成本的考虑，其防腐性能弱于第二管段的防腐性能。基于以上两点，第一管段的材质选为n80q钢级，第二管段的材质选为l80-13cr。

通常，l80-13cr材质制成的第二管段的单价，是n80q钢级制成的第一管段单价的10倍，而l80-13cr材质制成的第二管段的使用寿命，是n80q钢级制成的第一管段使用寿命的5-6倍。由此可见，采用n80q钢级制成的第一管段具有极大的成本优势，但是其在使用寿命方面的劣势也十分的明显。

有鉴于此，通过对n80q钢级制成的第一管段进行化学热处理，使其外表面(内壁和外壁)形成防腐层。实践证明，通过步骤s30的化学热处理后，n80q钢级制成的第一管段的使用寿命可达到与l80-13cr材质制成的第二管段相当甚至相等的使用寿命，但成本仍远远低于l80-13cr材质制成的第二管段的成本(大约仅为l80-13cr材质制成的第二管段单价的1/3)。从而采用本发明实施例的技术方案制得的防腐油管及其单元，兼顾了成本和使用寿命这两方面的要求，经济价值显著，利于大面积的推广应用。

进一步地，n80q钢级和l80-13cr材质的焊接较差，采用传统的焊接技术，难以保证预定的焊接强度。有鉴于此，本发明实施例采用了摩擦焊这种特殊的焊接技术来实现第一管段和第二管段的对接。

在本实施例中，采用摩擦焊使两个第二管段分别固定对接在第一管段的两端的具体步骤为，将第一管段夹持在移动夹具内，将第二管段夹持在旋转夹具内。第一管段和第二管段被夹紧之后，位于滑台上的移动夹具随滑台一起移动，从而承载着第一管段朝向旋转夹具或第二管段移动。移动至一定距离后，旋转夹具带动第二管段以0.6～6m/s的转速开始旋转，当移动夹具移动至第一管段的端部与第二管段的端部接触后开始摩擦产热。

当摩擦历经第一预定时长后，或者，摩擦缩短量达到设定值后，旋转夹具停止旋转。对第一管段和/或第二管段施加20～200mpa的顶锻力并维持第二预定时长，所述旋转夹具松开释放所述第二管段，所述滑台后退至原始位置，所述移动夹具松开释放所述第一管段。

其中，第一预定时长、第二预定时长、设定值及下文提及的第三预定时长以实际情况而定，本发明实施例对此不作限定。由于摩擦焊对待焊接工件的焊接性能要求较为宽泛，且摩擦焊所具有的焊接尺寸精度高、焊缝质量好、结构致密、结合强度高等优点，使其适合大批量生产。通过n80q钢级制成的第一管段和l80-13cr材质制成的第二管段焊接之后的强度实验报告判断得知，在第一管段和第二管段的端部焊缝的强度，甚至超过n80q钢级制成的第一管段的强度，满足实际工况对油管强度的要求。

承接上文描述，由于第二管段的防腐性能优于第一管段的防腐性能，因此，对第一管段和第二管段串接形成的管柱进行化学热处理，主要目的是为了提供第一管段的防腐性能。当然，在进行化学热处理，在第一管段的内壁和外壁上形成防腐层的同时，在第二管段的内壁和外壁同样也会形成防腐层。

在本实施例中，对第一管段和第二管段串接形成的管柱进行化学热处理，具体为对第一管段和第二管段串接形成的管柱进行渗铝或渗氮处理，从而形成防腐层。具体的操作步骤为，将第一管段和第二管段串接形成的管柱置入含有渗入元素(优选为氮或铝)的渗剂中，将含有渗入元素的渗剂加热至500～650℃，保持第三预定时长后，取出第一管段和第二管段串接形成的管柱，随后在将第一管段和第二管段串接形成的管柱置于常温的水中进行淬火。经过上述处理后，第一管段和第二管段为“淬火+回火”组织。

在一个优选地实施例中，防腐层为渗铝层。具体的，该防腐层包括形成在第一管段外表面的纯铝层和形成在纯铝层外的铁铝合金层。其中，纯铝层在腐蚀介质下可形成致密氧化铝膜，从而将腐蚀介质隔绝在所述第一管段的基材之外，达到防腐蚀的作用。并且，纯铝层具有自动氧化修复能力，可以保证氧化铝膜的完整性。

当纯铝层消耗完之后，铁铝合金层在氧化过程中可生成尖晶石结构al2feo4化合物，尖晶石结构al2feo4化合物堆垛密度大，无空位无缺陷。不但能阻止氧化，而且还能阻止腐蚀介质的原子与第一管段的基材中的铁原子接触，不会形成腐蚀产物，从而达到防腐的目的。

由于第二管段的防腐性能优于第一管段的防腐性能，那么在其外壁通过车削加工形成外螺纹时，即便是将第二管段外壁上的防腐层破坏，仍不影响第二管段的防腐性能。

这也是本发明实施例采用防腐性能较佳的第二管段的原因所在。如果采用常规的技术，对防腐性能较差的油管直接采用化学热处理进行防腐。那么，该进行防腐处理的油管后续在加工外螺纹时，其外壁的防腐层将被破坏，从而导致其端口出的防腐性能变差。

而本发明实施例采用防腐性能较佳的第二管段，那么两个第二管段通过摩擦焊固定连接在经防腐处理后的第一管段的两端后，即可形成防腐油管单元的两个端部。这样，即便后续在两个第二管段的外壁加工形成外螺纹，但由于第一管段外壁的防腐层并未受到破坏，而第二管段由于其自身性质具有较佳的防腐性能，由此得到的防腐油管单元，以及，利用该防腐油管单元拼接得到的防腐油管，均能保证具有优良的防腐性能。

进一步地，由于防腐油管单元需要通过油管接箍实现对接以形成防腐油管，而油管接箍需要通过螺纹与第二管段相连接。因此，油管接箍的内壁亦需要加工形成有与第二管段外壁的外螺纹相适配的内螺纹。

同样处于防腐的要求，为了在油管接箍加工形成内螺纹时，不损失防腐性能，油管接箍采用与第二管段相同的材质，即也是由l80-13cr制成。从而，油管接箍自身具有较佳的防腐性能，这样，即便加工内螺纹破坏了其端部内壁，但仍不影响其防腐性能。

本发明实施例还提供了一种利用上述补口工艺方法制造的防腐油管及其单元。如图2和图3所示，该防腐油管单元10包括：一个第一管段1和两个第二管段2，第一管段1的长度大于第二管段2的长度，第二管段2的防腐性能优于第一管段1的防腐性能，两个第二管段2通过摩擦焊分别固定连接在第一管段1的两端，第一管段1的内壁和外壁上形成有防腐层(未示出)，第二管段2远离第一管段1的端部外壁设置有外螺纹(未示出)。

在本实施例中，两个第二管段2与第一管段1对接的端部之间形成有摩擦焊焊口3，第二管段2通过该摩擦焊焊口3与第一管段1实现对接。

在本实施例中，第一管段1的材质为n80q钢级，第二管段2的材质为l80-13cr。防腐层为对第一管段1和所述第二管段2串接形成的管柱进行渗铝或渗氮处理形成。在一个优选地实施例中，防腐层为渗铝层，其包括形成在第一管段1外表面的纯铝层和形成在纯铝层外的铁铝合金层。

如图2和图3所示，本发明实施例的防腐油管包括：多个如上述实施例所述的防腐油管单元10；多个油管接箍，油管接箍的内壁设置有与外螺纹相适配的内螺纹，内螺纹与外螺纹相旋合以实现相邻防腐油管单元10的连接。优选地，油管接箍的材质与第二管段2的材质相同。

其中，本实施例的防腐油管及其单元所涉及的相关内容，可参照上文关于补口工艺方法的描述，本发明限于篇幅，在此不作赘述。

本发明实施例的防腐油管的补口工艺方法、防腐油管及其单元，通过选取长度较长但防腐性能较弱的第一管段1作为防腐油管及其单元的主体，以降低成本，选取长度较短但防腐性能较佳的第二管段2作为防腐油管单元10的端部，并通过采用摩擦焊实现焊接性能较弱的第一管段1和第二管段2的对接，并对第一管段1和第二管段2串接形成的管柱进行化学热处理，从而至少在第一管段1的内壁和外壁上形成防腐层。这样，后续在作为防腐油管单元10端部的第二管段2外壁加工外螺纹，由于第一管段1外壁的防腐层并未受到破坏，而第二管段2由于其自身性质具有较佳的防腐性能，由此得到的防腐油管单元10，以及，利用该防腐油管单元10拼接得到的防腐油管，均能保证具有优良的防腐性能。

实践证明，本发明实施例的防腐油管的补口工艺方法、防腐油管及其单元与现有技术相比，具有如下益效果：

(1)现有的化学热处理防腐油管未做补口处理，导致油管端部成为腐蚀严重部位。本发明通过设置防腐性能较佳的第二管段2作为防腐油管单元10的端部，并通过化学热处理至少在防腐性能较弱的第一管段1的内壁和外壁形成防腐层，从而有效地解决了油管端口防腐的问题；

(2)采用摩擦焊的方式连接焊接性能较弱的第一管段1和第二管段2，实现100％连接强度，保证最终获得的防腐油管及其单元的强度要求；

(3)在第二管段2外壁车削标准螺纹，不改变现场作业方式，保证作业方式的连贯性。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从21到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。