用于运输并安装可膨胀钢管的方法 本发明涉及一种用于运输及安装可膨胀钢管的方法。
欧洲专利说明书EP 0643795号公开了开槽式的可膨胀钢管，而公开号为WO 98/00626的国际专利申请则公开了由可模锻型号钢材制成的非开槽式膨胀管或整体式钢管。
这些现有参考资料还公开了这样的内容：可用一个大体为圆锥形的心轴来塑性地胀开所述的钢管，使钢管的外径和内径都变大。
这些钢管以及其它一些现有钢管共同存在的问题是：它们是体积庞大且易损的细长设备部件，并且很难从生产厂运送到工作地点，因而导致运输和储放成本很高。此外，为组成一条管线还需要大量的接头。
本发明的目的是设计一种方法，该方法能便宜、有效地将膨胀钢管由生产厂运送到施工地点，在该地点钢管被胀开并使用。
可以注意到：美国专利说明书US 3811633公开了一种可膨胀的管结构，该管结构以折叠压扁的状态缠绕到一个卷筒上，以便于储放。为此，该现有管结构包括一对平行的细长带板，它们由成型侧壁相互连接在一起，这些壁板在储放过程中被折平，而当该管结构被缠开时，壁板向外折展开而形成一个基本为方形的管，该管既不是圆柱形的，也不是可膨胀的。
还可以注意到：在现有技术中，将例如日常生活或消防用的水龙带压扁后绕在一个卷鼓上或盘成一卷。但是，这样的水龙带是由塑性织物和/或弹性材料制成的，这些材料就其本身特性而言就已经是柔性的了，因而也很容易实现压遍，而对工业用钢管进行压平在目前还没有先例。
因而，本说明书所使用的“钢管”一词并不包括那些不进行固定安装、而是用在日常生活、园艺或消防等移动使用场合的、基本为柔性的非金属水龙带。
已知美国专利说明书US 3934660公开了一种用来在工地现场制成一个油井套管地方法，在该方法中，一条弹性金属带被折叠成卷形，并由分裂螺栓保持这样的形态，折叠后的套管以此形态插入到油井中。然后通过松开螺栓而安装套管，这样，套管发生松卷并将其自身贴压在井孔壁上。
国际专利申请WO98/07957公开了与权利要求1前序部分对应的、用来运输并安装钢管的方法。在这种已有方法中，管形钢制套管以折叠压平的状态缠绕在一个卷鼓上，压平的套管在从卷鼓上松卷下来之后，在其插入到井孔中之前还要再折叠成肾脏形，以便压扁后的套管能穿入到井孔中。当折叠并压平的肾形套管到达其所要进行安装的井下位置时，肾形套管被胀展成圆柱形状，在此基础上，在套管中插入一个可膨胀的封隔器，以使套管的上端部分发生塑性变形，使其紧密地夹箍、并密封地连接在已经安装好的其它套管段上。
而将压平的套管再折成肾形会产生很高的应力，且当套管经过井孔中弯曲段时，套管还会进一步发生弯曲，这将导致套管的皱折或断裂。
本发明的目的在于解决现有安装工艺中存在的问题，并提供了一种安装方法，该方法既不需要在安装过程中将套管折叠成肾状结构，也不需要采用靠张开而贴靠在井孔或其它孔腔壁面上的金属带。
本发明方法的特征在于：在钢管到达其要进行安装的工位之前，其首先被拢鼓而基本呈圆柱形状或椭圆形状；本方法的特征还在于：在将钢管布置于其要进行安装的工位之后，再将上述已经拢圆后的钢管的大部分长度段在径向上进行膨胀。
在现有技术中，人们已经意外地发现：使钢管具有柔性以使其可发生膨胀的塑性特性，还使运输过程中对未膨胀的钢管进行压扁、以及在钢管所要使用的工地处拢圆钢管成为了可能。
可以理解，运输压扁后且未胀开的钢管能显著地减小所运输钢管的体积，并相应地降低运输成本。
压扁的未胀展钢管在被其运送到其工作场地之前最好是缠绕在一个卷鼓上，而在钢管进行拢圆之前先将其从卷鼓上卷放出来。
钢管最好是由可模锻型号的钢材制成，和/或带有设定排列形式的开孔或弱化点，它们在膨胀过程中张开并发生变形。
所述的设定排列形式最好是这样的：在钢管整个圆周相对的两侧，沿纵长方向或螺旋方向设置一组开孔或弱化点，这组开孔或弱化点形成了一个纵长或螺旋形的带区，在对未胀开的钢管进行压扁的过程中钢管壁在该带区处发生对折。
上述类型钢管的一种合适形式是，其带有交错形式排列的细长槽或细长弱化区，在膨胀过程中，开孔或弱化区可张展而近似为棱形。欧洲专利说明书EP 0643795中就公开了这样的开槽式可膨胀钢管。应当注意到，在本说明书中，所用的词语“压扁钢管”意味着钢管被真正变形成扁平形状或基本呈椭圆的形状，而词语“拢圆钢管”意味使钢管的圆度增加，这样钢管就获得了基本为圆柱形或椭圆形的形态。
实际已经证明，一个带有由部分重叠轴向槽组成的交错结构的可膨胀钢管可被这样压扁：使得当压扁后的未胀展钢管被卷绕到一个卷鼓上时，相对的管壁被相互贴在一起，且在后序过程中可将未胀展的钢管膨胀成近似的圆柱形。
如果拢圆后的钢管要插入到井孔或腐蚀性管道等管腔中时，由于管腔的尺寸相比于未胀展钢管的最大外径是过盈的，因而没有必要将未胀展的钢管处理成精确的圆柱形。同样，用圆锥形胀开心轴等装置对钢管进行的撑胀也就不要求所用的未胀展钢管必须为精确的圆柱形，此条件下圆锥形心轴仍能将钢管撑胀得基本为圆柱形。
当将由可模锻型号钢材制成的可膨胀整体钢管卷绕到一个卷鼓上时，其最好是被折扁成基本为椭圆的形状，而在胀展过程之前要将未胀展钢管的圆度加大。用胀开心锥对钢管进行撑胀同样也能形成形状基本为圆柱形的胀展态钢管。
由此可以理解，由于对既未膨胀又被压扁的钢管进行储放具有协作的效果，因而将可膨胀钢管进行压扁可显著地降低运输和存储成本，而在运输和储放过程中的临时性压扁对膨胀后钢管的圆度没有任何影响。
钢管最好是通过将压扁后的未胀展钢管在纵长方向上穿过一个斗形装置来实现拢圆，该斗形装置带有一个管形的孔口，该孔口是由一组滚轮和/或一个管状的导引漏斗构成的，孔口的内径基本等于未胀展钢管拢圆后的外径。
根据本发明的方法非常适用于这样的可膨胀管：其由可模锻型号钢材制成，并在使用中被插入到地下井孔或腐蚀性的钢管中，随后发生膨胀而在井孔或已有的钢管中形成一层钢制的衬里。
本说明书中所使用的词语“可模锻型号钢材”意味着钢材会由于膨胀过程而产生显著的应变硬化。钢管最好是由高强度级别、且具有模锻性的钢材制成，其屈服强度和拉伸强度的比值要小于0.8，屈服强度至少为275Mpa。这种钢材中合适的类型为双相(DP)高强度低合金钢(HSLA)，其应变硬化指数n至少为0.6，最好是至少为0.16。
如果钢管要被插入到一个诸如井孔、地表下或地上管线等管腔中，并要在管腔中对中地运动，则钢管上还可带有一组弓形弹簧对中器，该对中器的至少一端被可滑动地固定在钢管的外壁面上，且当非胀展钢管被压扁，该对中器也被压平时，而当钢管被拢圆时，其变形成弓形。
如果钢管被开了槽，且被用于需要非渗透管壁的场合，则可绕钢管设置一层非渗透性的包裹物或弹性套筒，以实现流体密封性。
钢管最好是通过一个可膨胀的胀开心轴撑开的，其以折缩状态插入到拢圆后的未胀开钢管中，并在随后的钢管膨胀过程中，发生胀开并在钢管中沿轴向方向上运动。
下面将参照附图通过实施例对本发明作更详细的描述，在附图中：
图1是一个开槽式可膨胀管的三维视图，其上端被压扁，钢管经过一个斗形装置，该斗形装置使钢管变为图中下部所示的基本呈圆柱的形状；
图2表示了图1所示的钢管在膨胀过程中的情形，图中一个锥形的胀开心轴被从钢管中拉过；
图3是用于胀开图2所示开槽钢管的可膨胀锥形心轴在未胀开时的侧面示意图；
图4是图3所示的锥形心轴在撑胀图2所示钢管时的侧视示意图；
图5是用在根据本发明方法中的可膨胀心轴的另一种可选实施例的三维视图。
下面参照图1，图中表示了一个未胀展开的开槽式可膨胀钢管1，其上端已被压扁，而其下端则已由一个斗形装置2而变成基本为圆柱形的形态。
该斗形装置2包括一对导引轮3，导引轮3上半圆形的外表面4将钢管1挤压成基本为圆柱的形状，装置还包括一个导引环5，其内表面是由低摩擦系数的材料制成的，该环用来将钢管1导入到钻孔的井筒6中，钻孔穿透地表的岩层构造7。
钢管1带有由至少部分重叠的交错槽8组成的规则纹样，槽8是在生产工厂通过割穿钢管1的壁面或部分割穿来形成的。在生产工厂，通过将钢管1从一对滚轮(图中未示出)中拉过，而将其压扁，其中那对滚轮的外表面基本为平面，且这对滚轮之间的间隔距离等于钢管壁面厚度的三倍。在生产厂，压扁后的钢管1被卷饶到一个卷鼓9上，该卷鼓随后被运输到钻井地点，在该地点钢管1再被从卷鼓9上卷放出，并随后在导引斗形装置2中拢圆，之后下放到地下井孔6中。
为了能平稳地将未膨胀的钢管1降到井孔6中，可在拢圆后钢管1的下端固定一个端环17或前鼻段。端部环17或前鼻段最好是由相对较软的材料制出的，例如为铝、塑料或水泥等易于在膨胀过程中变形和/或破裂的材料，如果需要的话，随后它们还可容易地用一个钻具或磨具去除掉。
可在端环17的上端部上设置一组平行的轴向槽18(图中未示出)，这些槽与钢管1下端部上的槽8相对应。在端环17上端部的槽18之间和钢管1下端部的槽8之间形成的指状结构19可用螺栓、粘接、焊接或钎焊连接在一起。端环17上端上的指状物19可使得开槽钢管1的下端在膨胀过程中完全胀展开。
如果钢管1的上端也要被下放到井孔7中，则可在拢圆后钢管1的上端中插入一个所谓的球形抓具。当球形抓具张开而夹住钢管的上端时，为防止钢管1的上端也随之被胀开，该球形抓具要设置一个环绕钢管1上端的套筒。
球形抓具可被悬挂在提升缆绳或油管柱的下端，其在井孔7中一直下降到钢管1到达了井孔7中其将要进行工作的位置为止。球形抓具还可根据工作环境的情况，在钢管的膨胀过程前、过程中或过程末了时撤去，其中的膨胀过程将参照图2进行描述。
下面将参照图2，图中表示了图1所示钢管1在其被下放到地下井孔6中、且钢管1被胀开后的情形，其中钢管胀开是通过用一根拉管10按图中箭头11所指方向向上将一个胀开心轴(图中未示出)从钢管1中拉过而实现的。
作为膨胀过程的结果，交错的细长纵槽8张开成如图2底部所示的基本为菱形的形状。
为了能使下放和膨胀过程中的非胀开钢管1在井孔6中对中，在钢管1的外面以一定的间距设置了一组弓形弹簧对中器12。
每个对中器12的下端通过一个螺栓或铆钉13固定在钢管1上，且其上端通过一个螺栓(图中未示出)滑动地固定在钢管1上，其中的螺栓可在对中器12上的一纵长槽9(图中未示出)中滑动，这样，随着膨胀过程的进行，对中器能以图中箭头14所指的方向上被压平，压扁后的状态如图2中部所示。
在要防止地层中的流体涌入到井孔6中的位置处，绕钢管1设置了一层非渗透性的包裹物15。在膨胀过程中，包裹物15的直径也增加了，且包裹物15被挤压在膨胀开的钢管1和井孔壁16中之间，并紧固地固定在此处。
包裹物15可以用织物制成，其是非渗透性的、或者是在膨胀后通过用树脂浸渍织物而变成非渗透性的，树脂在井下发生硬化，织物被卷绕在钢管1上。包裹物15还可以用橡胶或弹性的套筒制成，其在受膨胀过程的作用下可发生伸展，或由一种涡板或膜板类型的薄片或薄板制成，它们的重叠量随膨胀过程的进行而减小。
图3和图4表示了用于执行图2中膨胀过程的可膨胀的胀开心轴20。
图3中的心轴20处于未胀开状态，这就使得心轴能在膨胀过程开始之前经未胀开的钢管1下降。
该心轴20包括一组制在拉管10下端的指形条21，指形条21是通过在拉管10下端和圆周环槽23之间的壁面上、以一定的间距切出一些平行轴向槽22而制出的，切槽22切穿拉管10的壁面，其中的环槽加工在拉管10的内壁上。
一个圆锥形的塞杆25位于拉管10的下端24。塞杆25悬接在拉杆26上，拉杆可在拉管中如箭头27所示的那样拉上或压下。
图4表示了图3中的胀开心轴在圆锥形塞杆25被拉杆26向上拉起后、处于胀开状态时的情形。
圆锥形塞杆25的向上运动使得指状物21向外弯曲，其中环绕环槽23的壁面减薄区域构成了弯曲变形时的转枢。
由于圆锥形塞杆25的向上运动，环槽23周围的管壁部分发生塑性变形，这样在膨胀过程末了时，当塞杆25在拉管10中向下推顶回时，如果用一个约束件套滑过时，指状物21又能被塑性地推回到图3所示的纵向定位状态。
图5表示了胀开心轴的另一种可选结构，其中在拉管31的下端通过铰链32固定了一组臂件30。
在一个端环35上通过一组铰链34固定了第二组臂件33。
臂30和33可滑动地围绕一个内锥36布置。
通过在拉管31中拉动一根杆36，可将端环35和锥36以不同的速度拉向拉管31的下端，从而使臂30和33可向外推出而处于膨胀状态。
通过在拉管31中向下压杆36，可导致臂件30和33的自由端再滑向内锥的尖梢端，而将臂件30、33缩回到伸长状态。
如图3、4、5所示的可膨胀并可收缩的胀开心轴特别适于用来胀开带槽的钢管1，该钢管在运输和储放过程中被压扁，由于拢圆后的钢管1并不一定是完全的圆形，为将心轴经未胀开的钢管放入井下，要留有足够的间隙来使得未胀开的心轴降放到未胀开钢管的底部。
实践已经证明：在运输和储放过程中对钢管的压扁过程、以及随后的挤圆以及钢管的膨胀过程不仅适用于图1和图2所示的开槽式的钢管，而且适用于不开槽的钢管，尽管对于不开槽的钢管，压平最好是在一定的限度内，这样当钢管被缠到一个卷鼓上时，其基本上呈椭圆形，其被压扁到钢管壁六倍厚的程度。