双金属复合管 【技术领域】
本发明涉及石油化工装置领域， 更具体地， 涉及一种双金属复合管。背景技术 在我国塔里木、 四川、 长庆等地区的油气田开发过程中， 存在着严重的腐蚀问题。 油气井中含有 H2S、 CO2、 Cl 等腐蚀性介质， 这些介质对管材具有很强的腐蚀性， 不仅造成了 巨大的经济损失， 而且往往带来一些灾难性后果， 如人员伤亡、 停工停产和环境污染等。腐 蚀给石油工业造成的事故经济损失很大。因此对使用的管材提出了更高的耐蚀要求。选用 性能优良的管材是防止腐蚀事故的主要措施， 但一般价格低廉的碳素钢管或低合金钢管的 耐蚀性较差， 而耐蚀性好的不锈钢、 镍基合金、 钛及钛合金等材料的价格高， 为节约高价材 料的用量， 人们开始研究、 制造和选用复合管材， 包括双金属复合管。
现有的双金属复合管包括两层 ： 外管为价格低廉的碳素钢管或低合金钢管， 壁厚 较大， 主要承受外力或内压 ； 内管采用价格昂贵但耐蚀性优良的不锈钢、 或镍基合金、 或钛 及钛合金等耐腐蚀材料， 壁厚较小， 主要起耐腐蚀的作用。 双金属复合管的外管保证除抗腐 蚀性能以外的各项实物性能指标， 内管保证抗腐蚀性能指标， 这样可以使钢管用于腐蚀环 境油气井时， 在保证各项技术指标的前提下， 达到大幅度降低成本的目的。
油气井中的油管管柱和套管管柱均是由多支油管和多支套管经接头连接而成， 但 是， 双金属复合管的多根管路之间的连接成为双金属复合管使用于油气田开采领域中的一 个难题。 现有的技术是在外管两端焊接接头， 接头为与内管相同的耐腐蚀材料， 外管为碳素 钢或者低合金钢。此种技术方案虽然解决了管路中的腐蚀介质接触到外管的问题， 但是由 于外管与接头的连接方式为异种金属焊接， 其焊接性能难以满足油井管柱连接强度要求， 安全性能很差， 因此在油气田的井下油套管中几乎没有应用。
发明内容
本发明旨在提供一种既能保证管内腐蚀介质不接触外管、 又能保证油井管柱的连 接性能的双金属复合管。
根据本发明的一种双金属复合管， 包括内管和外管， 内管由耐腐蚀材料制成， 内管 位于外管的内部， 双金属复合管还包括连接部， 连接部与外管通过螺纹相连接， 内管与连接 部相焊接。
进一步地， 连接部由耐腐蚀材料制成。
进一步地， 外管由碳素钢或者低合金钢制成。
进一步地， 外管的两端的外壁上具有螺纹。
进一步地， 连接部包括第一接头， 第一接头位于外管的一端， 连接部还包括第二接 头， 第二接头位于外管的另一端。
进一步地， 连接部包括第一接头， 第一接头位于外管的两端， 连接部还包括第二接 头， 第二接头与外管的一端的第一接头通过螺纹相连接。进一步地， 第一接头为管状接头， 包括内壁上具有螺纹的第一段， 以及除第一段之 外的第一接头的第二段， 第二段的外壁上具有螺纹。
进一步地， 第一接头的第二段的内直径等于外管的内直径。
进一步地， 内管延伸跨越第一接头与外管之间的接缝， 并焊接于第一接头的不具 有螺纹部分的内壁上。
进一步地， 第二接头为管状接头， 其两端的内壁上具有螺纹。
进一步地， 第二接头的内壁上具有环形的突起部， 突起部的内直径等于外管的内 直径， 突起部位于第二接头两端的内壁上的螺纹之间。
进一步地， 内管延伸跨越第二接头与外管之间的接缝， 并焊接于突起部的内壁上。
采用本发明的双金属复合管， 包括内管和外管， 内管由耐腐蚀材料制成， 双金属复 合管还包括连接部， 连接部与外管通过螺纹相连接， 内管与连接部相焊接。 连接部与外管的 连接采用螺纹连接形式的双金属复合管， 避免了可能发生的异金属焊接造成的焊接强度下 降， 保证了油井管柱的连接性能， 使得本发明的双金属复合管可以按常规油套管下井工艺 操作 ； 与此同时， 耐腐蚀材料制成的内管， 保证了管内腐蚀介质不接触外管， 保证了双金属 复合管使用的安全性。 附图说明 附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本申请的一部分， 本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。在附图中 ：
图 1 是根据本发明的双金属复合管的一个实施例的结构示意图 ；
图 2 是根据本发明的双金属复合管的另一个实施例的结构示意图 ；
图 3 是根据本发明的双金属复合管的第一接头的结构示意图 ； 以及
图 4 是根据本发明的双金属复合管的第二接头的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例， 来详细说明本发明。
如图 1 和图 2 所示的根据本发明的一种双金属复合管， 包括内管 10 和外管 20， 内 管 10 由耐腐蚀材料制成， 内管 10 位于外管 20 的内部， 双金属复合管还包括连接部 30， 连接 部 30 与外管 20 通过螺纹相连接， 内管 10 与连接部 30 相焊接。
双金属复合管的连接部 30 与外管 20 的连接采用螺纹连接形式， 避免了可能发生 的异金属焊接造成的焊接强度下降， 保证了油井管柱的连接强度和连接性能， 使得双金属 复合管可以按常规油套管下井工艺操作 ； 与此同时， 耐腐蚀材料制成的内管 10， 在油气井 中有腐蚀性介质存在时， 能保证在内管 10 中的腐蚀介质不接触外管 20， 保证了双金属复合 管使用的安全性。内管 10 与连接部 30 相焊接， 使得内管 10 与连接部 30 连接在一起。内 管 10 为薄壁平端管， 将内管 10 放置在外管 20 内后， 借助外力使内管 10 扩大变形并紧贴外 管 20 及连接部 30 的内壁， 内管 10 的两端分别与外管 10 两端的连接部 30 的内壁进行密封 焊接， 将内管 10 中的腐蚀介质与外管 20 完全隔离， 防止外管 20 受到腐蚀。
优选地， 连接部 30 由耐腐蚀材料制成。外管 20 由碳素钢或者低合金钢制成。
连接部 30 由厚壁管加工而成， 连接部 30 由耐腐蚀材料制成。优选地， 连接部 30与内管 10 采用相同的材质， 具有良好的耐腐蚀性能和与内管 10 相匹配的焊接性能， 避免了 内管 10 与连接部 30 在焊接时的造成异金属焊接， 保证了二者的连接强度和焊缝密封安全 性能。或者， 连接部 30 也可以采用与内管 10 同类的能与内管 10 良好焊接的耐腐蚀材料制 成。外管 20 是碳素钢或者低合金钢， 其外径一般为 60.3mm 至 508mm， 厚度为 4mm 至 20mm， 壁厚较大， 在使用过程中主要用于承受外力或内压 ； 与之相匹配的， 内管 10 是耐腐蚀材料， 内管 10 的材质为不锈钢、 镍基合金、 钛及钛合金或其他耐蚀性材料， 厚度为 1mm 至 4mm， 壁厚 较小。内管 10 紧贴外管 20 和接头 30 的内壁， 主要起抗腐蚀作用。外管 20 采用普通的碳 素钢或者低合金钢， 保证了双金属复合管的造价的低廉 ； 内管 10 和连接部 30 采用耐腐蚀材 料， 虽然材料的价格较高， 但是由于内管 10 的壁厚较小， 连接部 30 长度很短， 在起到耐腐蚀 作用的同时， 也避免了双金属复合管的成本过高。因此， 本发明的双金属复合管， 在保证各 项性能指标的前提下， 将成本限制在合理的范围内， 有利于双金属复合管在油气田开发中 的推广和使用。
根据本发明的一个实施例， 如图 1 所示， 外管 20 的两端的外壁上具有螺纹。连接 部 30 包括第一接头 31， 第一接头 31 位于外管 20 的一端， 连接部 30 还包括第二接头 32， 第 二接头 32 位于外管 20 的另一端。
在本实施例中， 外管 20 的两端的外壁上具有螺纹， 即外管 20 设计为两端加工公螺 纹， 外管 20 两端的公螺纹分别与第一接头 31 和第二接头 32 上的母螺纹相连接。通过第一 接头 31 和第二接头 32， 从而将多根双金属复合管连接在一起， 以达到油气田开采需要的管 柱的长度。
如图 3 所示， 第一接头 31 为管状接头， 包括内壁上具有螺纹的第一段， 以及除第一 段之外的第一接头 31 的第二段， 第二段的外壁上具有螺纹。第一接头 31 的第二段的内直 径等于外管 20 的内直径。
第一接头 31 一端为母螺纹， 另一端为公螺纹 ； 第一接头 31 为管状接头， 其内孔的 一部分的内壁上具有螺纹， 此部分为第一接头 31 的第一段， 其余部分为第一接头 31 的第二 段， 其外壁的一部分之上具有螺纹， 第一接头 31 的第二段的内孔的内直径与外管 20 的内孔 的内直径的尺寸相同。如图 1 所示， 第一接头 31 一端的母螺纹与外管 20 一端的公螺纹配 合连接， 内壁上不具有螺纹的部分的内直径等于外管 20 的内直径。另外， 第一接头 31 的第 一段上的母螺纹与外管 20 一端的公螺纹配合连接， 第一接头 31 的第二段上的公螺纹与另 一根双金属复合管一端的第二接头 32 一端的母螺纹配合连接， 依次类推， 从而将多根双金 属复合管连接在一起。
在本实施例中， 内管 10 延伸跨越第一接头 31 与外管 20 之间的接缝， 并焊接于第 一接头 31 的不具有螺纹部分的内壁上。
由于第一接头 31 的内壁上不具有螺纹的部分的内直径等于外管 20 的内直径， 因 此， 第一接头 31 与外管 20 连接后， 管路内壁平滑没有突起。如图 1 所示， 内管 10 延伸跨越 第一接头 31 与外管 20 的接缝， 并将接缝遮挡住， 防止内管 10 内的腐蚀介质进入第一接头 31 与外管 20 形成的接缝处并腐蚀外管 20。内管 10 焊接于第一接头 31 的不与外管 20 连 接的一端的端部的内壁上， 由于是同金属焊接， 因此焊接性能很好， 保证内管 10 与第一接 头 31 的连接强度和焊缝密封性能。另外， 由于焊缝位于第一接头 31 的不与外管 20 连接的 一端的端部的外边缘， 即使第一接头 31 的内管径的直径较小， 也可以满足焊接条件进行焊接。 如图 3 所示， 第一接头 31 的内壁中具有螺纹的部分比不具有螺纹的部分的内直径 大， 两部分的过渡处具有一个环形抬肩。如图 1 所示， 外管 20 与第一接头 31 连接时， 外管 20 的末端顶在第一接头 31 的环形抬肩处， 在螺纹拧紧之后， 可起到拧紧定位作用， 防止外 管 20 和第一接头 31 的连接在下井作业中可能出现的螺纹拧过预定位置的 “过拧现象” ， 从 而防止内管 10 与第一接头 31 的焊缝出现开裂。
如图 4 所示， 第二接头 32 为管状接头， 其两端的内壁上具有螺纹。第二接头 32 的 内壁上具有环形的突起部 321， 突起部 321 的内直径等于外管 20 的内直径， 突起部 321 位于 第二接头 32 两端的内壁上的螺纹之间。
第二接头 32 为管状接头， 其两端的内壁上具有螺纹， 即其两端均为母螺纹。第二 接头 32 的母螺纹与外管 20 端部的公螺纹配合连接。如图 1 所示， 第二接头 32 的内壁上的 母螺纹与外管 20 一端的公螺纹配合连接， 将第二接头 32 与外管 20 连接在一起， 第二接头 32 的内壁上的另一端的母螺纹与另一支双金属复合管上的第一接头 31 的公螺纹过盈配合 连接， 将多根双金属复合管连接在一起。 第二接头 32 的内壁上具有环形的突起部 321， 突起 部 321 的内直径等于外管 20 的内直径， 以保证连接后的多根双金属复合管内壁的平滑。
在本实施例中， 内管 10 延伸跨越第二接头 32 与外管 20 之间的接缝， 并焊接于突 起部 321 的内壁上。
由于突起部 321 的内直径等于外管 20 的内直径， 因此， 第二接头 32 与外管 20 连 接后， 管路内壁平滑没有突起。如图 1 所示， 内管 10 延伸跨越第二接头 32 与外管 20 之间 的接缝， 并将接缝遮挡住， 防止内管 10 内的腐蚀介质进入第二接头 32 与外管 20 形成的接 缝处并腐蚀外管 20。内管 10 焊接于第二接头 32 的突起部 321 的内壁上， 由于是同金属焊 接， 因此焊接性能很好， 保证内管 10 与第二接头 32 的连接强度和焊缝密封性能。
如图 4 所示， 第二接头 32 的环形突起部 321 的两侧同与之相连的螺纹处均形成环 形抬肩。如图 1 所示， 外管 20 与第二接头 32 连接时， 外管 20 的端部顶在第二接头 32 的环 形抬肩处， 在螺纹拧紧之后， 可起到拧紧定位作用， 防止外管 20 和第二接头 32 的连接在下 井作业中可能出现的螺纹拧过预定位置的 “过拧现象” ， 从而防止内管 10 与第二接头 32 的 焊缝出现开裂。
本实施例的制造技术方案如下 ：
1、 外管 20 的内孔尺寸与第一接头 31 和第二接头 32 的内孔尺寸相同， 比内管 10 的外径大 1mm 至 4mm ；
2、 清洗外管 20 的内孔和内管 10 的外表面， 除去油污及氧化物 ；
3、 外管 20 的两端加工螺纹 ；
4、 第一接头 31 和第二接头 32 加工螺纹并螺纹表面处理 ；
5、 外管 20 与连接部 30 机械拧紧螺纹， 即在外管 20 一端拧紧第一接头 31， 在外管 20 另一端拧紧第二接头 32 ；
6、 将内管 10 插入两端带有接头的外管 20 中 ；
7、 内管 10 的两端与两个接头的内壁进行密封焊接 ；
8、 用密封圈在两端接头处进行密封， 对内管 10 施加液压力胀大， 使内管 10 外壁与 外管 20 和接头内壁紧贴复合， 液压力根据外管 20 和内管 10 的外径、 厚度和材料的强度等
级而定。 根据本发明的另一个实施例， 如图 2 所示， 连接部 30 包括第一接头 31， 第一接头 31 位于外管 20 的两端， 连接部 30 还包括第二接头 32， 第二接头 32 与外管 20 的一端的第 一接头 31 通过螺纹相连接。
本实施例中的第一接头 31 和第二接头 32 的结构均与前述实施例中相同， 在此不 再加以详述。由于内管 10 焊接于第二接头 32 的突起部 321， 而第二接头 32 的突起部 321 的两端均具有延伸出的具有内螺纹的部分， 因此， 当与外管 20 相配合的第二接头 32 的内直 径较小时 ( 如油管复合管 )， 常规的焊接方式无法完成内管 10 与突起部 321 的焊接。因此， 在外管 20 直径较小时， 在本实施例中， 如图 2 所示， 外管 20 的两端均连接第一接头 31， 将内 管 10 焊接于第一接头 31 的不与外管 20 连接的一端的靠近外边缘的内壁上。再将第二接 头 32 的一端与第一接头 31 的另一端通过螺纹连接， 将第二接头 32 的另一端与另一根双金 属复合管的一端的第一接头 31 相连接， 依次类推， 通过第一接头 31 和第二接头 32 的合理 布置， 从而完成连接部 30 对多根双金属复合管的连接。由于第二接头 32 整体均由耐腐蚀 材料制成， 因此本发明在保证连接性能的同时， 也能满足耐腐蚀的要求。
本实施例的制造技术方案如下 ：
1、 外管 20 的内孔尺寸与第一接头 31 和第二接头 32 的内孔尺寸相同， 比内管 10 的外径大 1mm 至 4mm ；
2、 清洗外管 20 的内孔和内管 10 的外表面， 除去油污及氧化物 ；
3、 外管 20 的两端加工螺纹 ；
4、 第一接头 31 和第二接头 32 加工螺纹并螺纹表面处理 ；
5、 外管 20 与连接部 30 机械拧紧螺纹， 即在外管 20 两端拧紧第一接头 31 ；
6、 将内管 10 插入两端带有接头的外管 20 中 ；
7、 内管 10 的两端与两个接头的内壁进行密封焊接 ；
8、 用密封圈在两端接头处进行密封， 对内管 10 施加液压力胀大， 使内管 10 外壁与 外管 20 和接头内壁紧贴复合， 液压力根据外管 20 和内管 10 的外径、 厚度和材料的强度等 级而定 ；
9、 第二接头 32 与第一接头 31 机械拧紧螺纹。
本发明的双金属复合管一般用于油气田的井下开采， 而且， 由于其造价的合理性， 同样也可以用于油气的输送中作为油气输送管道而使用。
从以上的描述中， 可以看出， 本发明的上述实施例实现了如下技术效果 ：
本发明的双金属复合管， 包括内管和外管， 内管由耐腐蚀材料制成， 内管位于外管 的内部， 双金属复合管还包括连接部， 连接部与外管通过螺纹相连接， 内管与连接部相焊 接。连接部与外管的连接采用螺纹连接形式的双金属复合管， 避免了可能发生的异金属焊 接造成的焊接强度下降， 保证了油井管柱的连接性能 ； 耐腐蚀材料制成的内管， 保证了管内 腐蚀介质不接触外管， 保证了双金属复合管使用的安全性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技 术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。