用於製造細長管的方法以及管的用途的製作方法

2023-05-23 11:59:46

專利名稱：用於製造細長管的方法以及管的用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於製造細長管的方法，用這種方法獲得的細長管以及該細長管在細 長多層管狀體的製造中作為內套管的用途。
背景技術：
WO 2007/072078、GB 2433564、US 6048428 和 WO 00/29162 公開了包括內套管和
外套管的細長管狀體。這些管狀體適合於輸送天然氣和液態石油產品。在WO 2006/016190中，公開了形成具有內套管和外套管的細長管狀體的方法，其 中，外套管具有一根或更多根由自重疊的螺旋纏繞材料製成的條帶，所述內套管具有通過 連續成形法形成的細長管狀結構。內套管可以由一根或更多根由自重疊的螺旋纏繞材料制 成的條帶形成。連續製造由自重疊條帶構成的細長管或管狀體需要高難度技術。由自重疊條帶構 成的細長管或管狀本體需要輪廓彎曲。成形條帶的彎曲導致應力在條帶上的不均勻分布， 從而導致過早損壞。條帶上的應力集中(由應力集中係數表示)會削弱管的強度。這在制 造非常長的細長管時尤為不利。在包括一個或更多個不帶任何異型(profile)的層的細長管在包括隨後為焊接 的螺旋卷繞方法的方法中由扁平細長金屬條帶製成的情況下，該方法通常製成迴轉管或旋 轉管。在製造較短管的情況下，這不是問題。然而，在製造較長管，例如數百米乃至更長的 管的情況下，需要附加設備和能量以使該長管旋轉。現在已經發現，通過製造旋轉臨時管，從管上切割筒體和將筒體彼此焊接以形成 細長管，不帶任何異型的強度更高和更長的細長管可以連續和有利地由扁平細長金屬條帶 (形式為具有繞圈的螺旋結構(helix))製成，其中，螺旋結構中的連續繞圈不彼此重疊，焊 接方法適當地包括不旋轉筒體。

發明內容
因此，本發明提供了一種用於製造細長管的方法，所述方法包括下列步驟(a)通過將扁平細長金屬條帶連續地供應給導向架形成旋轉臨時管，所述旋轉臨 時管(rotating temporary tube)具有連續製造管的第一端部和與所述第一端部相對的第 二端部，所述導向架將所述條帶形成螺旋結構，使得螺旋結構的連續繞圈不重疊，並且使提 供給導向架的螺旋結構的連續繞圈彼此螺旋地焊接；(b)從旋轉臨時管的第二端部切割筒體；和(c)將在步驟(b)中獲得的筒體彼此焊接以形成細長管。根據本發明的方法的優點在於，用於製造細長管的方法包括製造臨時管，所述臨 時管連續製造並且切割成筒體，其後將筒體彼此焊接以形成細長管。這樣，可以製造和使用 長或非常長的管狀元件。該方法不需要細長管旋轉。此外，藉助於使用扁平細長金屬條帶 製備預成形的螺旋形細長管的特徵，在預成形螺旋結構中幾乎沒有例如因應力集中引起的故障。本發明還提供了由所述方法獲得的細長管。由所述方法形成的細長管可以由一個 或更多個，特別是一層或兩個同心層，優選地單層構成，其中，每一層由具有不重疊連續繞 圈的螺旋結構組成。這樣，不會引起應力集中。本發明還涉及細長管在製造包括管狀內部空芯的細長多層管狀體中的用途，所述 細長管作為圍繞空芯的內套管和圍繞內套管的外套管，所述外套管包括彼此圍繞的至少兩 個同心層，每一層由預成形為螺旋結構形狀的一個或更多個細長金屬條帶組成，所述螺旋 結構具有不彼此重疊的連續繞圈並且連續繞圈之間沿軸向方向具有至多1釐米的間隙，其 中，非外層的層中的每個間隙由連續圍繞層的螺旋結構的繞圈完全覆蓋，其中，外套管中的 連續層通過粘合劑彼此粘接，所述方法包括提供細長管作為內套管，提供預成形為螺旋結 構形狀的一個或更多個第一扁平細長金屬條帶並且將螺旋結構施加到內套管上以形成外 套管的第一層，提供和施加粘合劑，提供預成形為螺旋結構形狀的一個或更多個第二扁平 細長金屬條帶並且將螺旋結構施加到外套管的第一層上以形成外套管的第二層，可選地， 其後進一步提供和施加一個或更多個粘合劑附加層和預成形為螺旋結構形狀的扁平細長 金屬條帶。在上述方法中，內套管為不旋轉的，其提供了圍繞非旋轉的向前移動的細長管纏 繞外套管層(包括形成為螺旋結構形狀的一個或更多個細長金屬條帶)的可能性。這樣， 克服了形成長的細長多層管狀體中的困難。細長管用作內套管的優點在於，管可以由耐腐 蝕材料製成。這樣，管線的必要條件(耐腐蝕性和強度)至少部分地是獨立的。內套管尤 其提供了耐腐蝕性，外層提供了大部分強度(軸向以及徑向)。細長體中心處的空芯是用於 輸送空氣和/或液體的空間。細長管適當地由金屬，特別地由鋼，更特別地由抗腐蝕鋼製成。基本上，可以使用 給所容納產品提供密封結構的任何材料，其提供耐腐蝕性、耐應力或耐氫致裂紋。根據本發明製造細長管的方法包括幾個步驟。在第一步驟中，形成旋轉臨時管。步 驟(a)中的臨時管是通過將扁平細長金屬條帶連續供應給導向架形成的，所述導向架將條 帶形成螺旋結構，使得螺旋結構的連續繞圈不重疊。導向架適當地包括筒體。通過在筒體內側上引導金屬條帶，形成螺旋結構。導向 架優選地包括由輥子形成的筒體。這樣，所形成的臨時管在其通過導向架的移動期間經受 較少阻力。優選地，通過將預成形為螺旋結構形狀的扁平細長金屬條帶連續供應給導向架形 成臨時管，使得螺旋結構的連續繞圈不重疊。螺旋結構的連續繞圈不彼此重疊，優選地，彼 此接觸或幾乎接觸。預成形的扁平細長金屬條帶適於在滾壓成形系統中通過扁平細長金屬條帶的塑 性變形獲得。滾壓成形系統由心軸組成以允許扁平金屬條帶彎曲成平滑曲面，不產生令人 討厭的皺褶、扭紋或皺縮。心軸可以通過直接連接到電動機或發動機上驅動而被驅動，或者 通過附接到軸承支撐、皮帶輪傳動的支架上而被驅動。這種心軸在本領域眾所周知。適當 的心軸是管狀杆或輥子。優選地，使用輥子。滾壓成形系統包括輥子組件，優選地3到5個 輥子，更優選地3個輥子。輥子可以具有相同尺寸或不同尺寸。在三輥系統的情況下，圍繞 中間輥完成實際彎曲(或預成形)(例如參見EP07107564.2，圖6)。該輥子的直徑適當地為1釐米到30釐米，優選地2釐米到20釐米。其它輥子的尺寸可以更小或更大，但是優選 地存在用於軸承和驅動裝置的充分空間。優選地，所有輥子設置有驅動裝置以拉動金屬條 帶穿過滾壓成形系統。優選地，條帶通過導向元件供應到滾壓成形系統中，導向元件包括設 置有細長狹縫的細長箱體，狹縫的寬度略大於金屬條帶，優選地，狹縫比金屬條帶的寬度大 高達2毫米，更優選地高達1毫米，最優選地高達0. 5毫米。優選地，通過使一卷扁平細長金屬條帶開卷，隨後進行拉直製造扁平細長金屬條
市ο優選地，扁平細長金屬條帶在供給到導向元件之前通過切掉邊緣而進行切邊。在 切邊過程中，去除條帶邊緣的所有不規則部分。可以通過刮削、砂紙打磨或拋光進行切邊處 理，但是優選地通過雷射切邊進行。切邊尤其提高了焊接工藝的質量。細長扁平金屬條帶可以在一定角度下提供給滾壓成形系統，該角度為條帶和滾壓 成形系統中輥子法線之間的角度。由於這個角度，金屬條帶在輥子上滑動或滑移。適當地， 扁平細長金屬條帶以0.6到1.4乘以角α，優選地0.8到1.2乘以角α的進給角供應給輥 子，角α與最終管狀體中的角α相同(例如參見ΕΡ07107564. 2，圖4)。適當地，導向元件包括兩排輥子或軸承以引導扁平細長金屬條帶，兩排輥子或軸 承形成狹縫邊緣並且由特別是金屬或合金(其具有比金屬條帶硬度更高的硬度)的材料制 成。適當地，導向元件和滾壓成形系統之間的距離小於5釐米，優選地小於1釐米，更 優選地小於0. 5釐米。相對短的距離是優選的，從而避免金屬條帶起皺。連續製造的臨時管(=連續增長的臨時管)具有管子連續增長的第一端部和與第 一端部相對的第二端部。管子在第一端部處連續增長，這是因為滾壓成形系統將一個或更 多個扁平細長金屬條帶連續供應給導向架，所述導向架形成螺旋結構，使得螺旋結構的連 續繞圈不重疊。導向架由輥子組成以在管子不產生不希望的皺褶、扭紋或皺縮的情況下引 導連續增長的管子。請注意，就一層中的兩個(或更多個)金屬條帶來說，相鄰層可以具有相同的結構 或者包括更多或更少的條帶。為了獲得兩個同心層(其中，層的螺旋結構的連續繞圈之間 的接觸線(以及在一個螺旋結構中的兩個或更多個條帶情況下的任意接觸線)由相鄰層的 螺旋結構的繞圈完全覆蓋)的希望重疊，必要的是，層中每個螺旋結構(包括一個或更多個 條帶)的螺距對於所有層而言相同。優選地，每一層由一個或兩個金屬條帶，更優選地由一 個金屬條帶組成。適當地，臨時管由兩個同心層組成，每一層由具有不重疊的連續繞圈的螺旋結構 組成。應當理解，臨時管中的外層直徑需要略大於內層。兩個同心層之間的間隙可以充滿粘合劑，粘合劑骨架(adhesivematrix)充滿例 如絕緣物質或充滿空氣。適當地，臨時管由單層組成，其由具有不重疊的連續繞圈的螺旋結構組成。在臨時 管由通過一個金屬條帶形成的單層組成的情況下，螺旋結構直徑為5到250釐米，優選地10 到150釐米，更優選地15到125釐米。適當地，螺旋結構的兩個連續繞圈之間的軸向間隙在焊接之前為至多0. 5釐米， 優選地至多0. 2釐米，更優選地至多0. 1釐米，最優選地，其中，連續繞圈彼此接觸。
由兩個或更多個條帶組成的單層通過由第二或多個滾壓成形系統將兩個或更多 個條帶供應給導向架而形成。優選地，通過連續供應預成形為具有繞圈的螺旋結構形狀的 兩個或更多個條帶形成由兩個或更多個條帶組成的單層，使得螺旋結構的連續繞圈不重疊 並且優選地彼此接觸或幾乎接觸。位於導向架上的螺旋結構的連續繞圈優選地通過雷射焊接彼此螺旋地焊接。優選 地，螺旋結構的連續繞圈在螺旋結構供應給導向架時或者在螺旋結構由導向架形成時彼此 焊接。這樣，兩個或更多個螺旋結構(其通過將兩個或更多個金屬條帶供應給導向架獲得) 形成一個螺旋結構。繞圈以1米/分鐘到10米/分鐘，優選地2米/分鐘到8米/分鐘， 更優選地3米/分鐘到5米/分鐘的速度彼此焊接。應當理解，製造管子的速率在使用兩 個螺旋結構時較快。臨時管的第二端部與第一端部相對。臨時管的第二端部連續旋轉，從導向架並沿 其向前移動，這是因為臨時管從第一端部連續增長。當使用根據本發明的方法時，在生產設備中裝卸旋轉的長臨時管的情況下，可以 毫無困難地連續形成長的細長管。通過在本發明方法的步驟(b)中從臨時管的第二端部切割筒體完成上述工作。優 選地，通過雷射切割對筒體進行切割。適當地，切割筒體可以從導向架移動到第二導向架。 在第二導向架，連續筒體可以按照這樣的方式放置，使得筒體的端部彼此接觸。在步驟(b)中所獲筒體的長度為至少1米，優選地3米到30米，更優選地4米到 15米。在本發明方法的步驟(C)中，筒體彼此焊接以形成細長管。優選地，形成非轉動的 細長管。優選地，本發明的步驟a、b和c在同一地點或者彼此緊鄰地進行。緊鄰在這裡是 指步驟a、b和c在彼此小於100米，優選地小於10米的距離內進行。這樣，筒體還可以在製造地點彼此焊接，代替首先將筒體運送到運輸天然氣和液 態石油產品的地點。優選地，筒體通過雷射焊接彼此焊接。筒體以1-10米/分鐘的速度， 優選地以2-8米/分鐘的速度，更優選地以3-5米/分鐘的速度彼此焊接。已經發現，在本方法中獲得的細長管可以由一層或兩層構成，其中，每一層由具有 不重疊連續繞圈的螺旋結構組成。這樣，不會引起應力腐蝕。因此，本發明還涉及根據本發 明獲得的細長管。細長體的長度適當地為至少20米，優選地為100米到20千米，更優選地為500米 到5千米。細長管在每層包括一個條帶時，所述層適當地具有3 1到40 1，優選地4 1 到沘1，更優選地6 1到20 1的周長條帶比(circumferenceto strip ratio)。在細長管中，一個金屬條帶適當地具有至少2釐米，優選地20-300釐米，更優選地 10-200釐米的寬度，並且具有0. 2-5毫米，優選地0. 4-4毫米，更優選地0. 8-2毫米的厚度。 在一層有兩個金屬條帶組成的情況下，每個條帶可以小於在只由一個條帶組成的層中所用 的條帶。本發明還包括細長管在製造包括管狀內部空芯的細長多層管狀體中的用途，所述 細長管作為圍繞空芯的內套管和圍繞該內套管的外套管。
外套管包括彼此圍繞的至少兩個同心層。當只使用一層時，軸向負荷阻力過低。基 本上，對層的最大數量沒有限制，但是切實可行的數量是最多M，尤其是最多20。每一層由預成形為螺旋結構的一個或更多個細長金屬條帶組成，所述螺旋結構具 有不彼此重疊的連續繞圈。預形成的扁平細長金屬條帶適於在用於製造內套管的如上所述 的滾壓成形系統中通過扁平細長金屬條帶的塑性變形獲得。細長多層體(在每一層中包括一個條帶時)適當地具有3到40、優選地4到觀、 更優選地6到20的周長/條帶寬度比，周長為外套管的最小層(或圍繞內套管的第一層) 的周長。就每層中超過一個條帶而言，條帶寬度定義為該層中的條帶寬度之和。螺旋結構的直徑可以是內套管直徑的1到1. 4倍，適當地，螺旋結構的直徑為內套 管直徑的1到1. 25倍，優選地，1到1. 12倍，更優選地1到1. 04倍。外套管的一層中的兩個繞圈之間的距離優選地相對較小。這樣，可以在沒有與粘 合層破裂有關的任何潛在問題下相對容易地傳遞作用力。螺旋結構在連續繞圈之間沿軸向 方向具有至多1釐米的間隙。為了獲得至少兩個同心層(其中，不是外層的層中的每個間隙 由連續圍繞層的螺旋結構的繞圈完全覆蓋)的希望重疊，必要的是，層中每個螺旋結構(包 括一個或更多個條帶)的螺距對於所有層而言相同。外套管中的連續層通過粘合劑彼此粘 接。優選地，內層和外層通過粘合劑彼此粘接。基本上，使用各種粘合劑(液體、粉末等)， 但是從切實可行的觀點出發，浸漬的編織或非編織條帶是優選的。優選地，粘合層包括可固 化聚合物，優選地為具有織物載體的薄膜基環氧樹脂，更優選地為Cytec FM 8210_1。內套管和外套管中的第一層之間的距離適當地為至多2毫米，優選地為0. 01-1毫 米。同樣，外套管中的兩層之間的距離為至多2毫米，優選地為0.01到1毫米。通常，內套 管和第一層之間以及外套管的層之間的間隙充滿粘合劑。細長多層管狀體的長度為1米到40千米，乃至更長。適當地，長度為至少20米， 優選地為100米到20千米，更優選地為500米到5千米。所述細長多層管狀體的製造包括提供內套管，提供預成形為螺旋結構形狀的一個 或更多個第一扁平細長金屬條帶，以及將螺旋結構施加到內套管上以形成外套管的第一 層。通過提供和施加粘合劑，外套管中的第一層和內套管彼此粘接。通過提供預成形為螺旋 結構形狀的一個或更多個第二扁平細長金屬條帶和將螺旋結構施加到外套管的第一層上， 形成外套管的第二層。可選地，該方法之後為提供和施加一個或更多個附加的粘合劑層和 預成形為螺旋結構形狀的扁平細長金屬條帶。外套管的第一層(由形式為螺旋結構的一個或多個細長金屬條帶組成)可以纏繞 向前移動的非旋轉的端部敞開的細長管。這樣，克服了形成長的細長多層管狀體中的困難。外套管可以由例如高強度鋼，尤其是處於馬氏體相的材料佔據高比例的鋼製成。 這種管狀體具有下列優點，即，對於具有較小壁厚的管而言，由此對於較輕重量的管狀體而 言，可以承受高內部壓力。內套管可以由例如耐腐蝕材料製成。這樣，管線的必要條件(耐 腐蝕性和強度)至少是獨立的。如上所述的細長多層管狀體適當地由規定的最小屈服強度(SMYS)為至少 1000001bs/in2，優選地 150000 到 300，0001bs/in2，更優選地 180000 到 2500001bs/in2 的金 屬條帶製成。


下面將參考附圖以舉例方式更詳細地描述本發明，其中圖1示意性地顯示了根據本發明的細長管的一部分的側視圖；和圖2顯示了位於導向架上的臨時管的一部分和給導向架供應扁平細長金屬條帶 的滾壓成形系統。
具體實施例方式圖1隻顯示了位於管1的前側的線條。管1由兩個同心層組成，每個層由具有非 重疊連續繞圈(winding)的螺旋結構組成。螺旋結構的兩個繞圈已經在附圖中標出，即外 層的繞圈2和內層的繞圈3。每層由一個金屬條帶組成。內層螺旋結構的連續繞圈之間的 間隙由外層繞圈完全覆蓋。連續繞圈彼此焊接。焊接接頭在附圖中以4表示。在圖2中，形成臨時管，其具有連續增長的第一端部1和與第一端部1相對的第二 端部2。扁平細長條帶3供給到滾壓成形系統4中。它在三個心軸的作用下成螺旋形彎曲。 螺旋形彎曲的金屬條帶提供給導向架5。位於導向架上的螺旋結構的連續繞圈通過雷射6 彼此螺旋地焊接。
權利要求
1.一種用於製造細長管的方法，所述方法包括下列步驟(a)通過將扁平細長金屬條帶連續地供應給導向架而形成旋轉臨時管，所述旋轉臨時 管具有連續製造該旋轉臨時管的第一端部和與所述第一端部相對的第二端部，所述導向架 將所述條帶形成螺旋結構，使得螺旋結構的連續繞圈不重疊，並且使由導向架形成的螺旋 結構的連續繞圈彼此螺旋地焊接；(b)從旋轉臨時管的第二端部切割筒體；和(c)將在步驟(b)中獲得的筒體彼此焊接以形成細長管。
2.如權利要求1所述的方法，其中，步驟a、b和c在同一地點或者彼此緊鄰地執行。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中，通過將預成形為螺旋形狀的扁平細長金屬條帶 連續供應給導向架而形成臨時管。
4.如權利要求1-3中任意一項所述的方法，其中，在步驟(c)中形成的埠敞開的細長管是非旋轉管。
5.如權利要求1-4中任意一項所述的方法，其中，每層的螺旋結構的連續繞圈之間的 接觸線由相鄰層螺旋結構的繞圈完全覆蓋。
6.如權利要求1-5中任意一項所述的方法，其中，在步驟(a)中形成的臨時管由兩個同 心層構成。
7.如權利要求1-6中任意一項所述的方法，其中，在步驟(c)中，筒體通過雷射焊接，優 選地利用1到10米/分鐘的焊接速度彼此焊接。
8.如權利要求1-7中任意一項所述的方法，其中，螺旋結構的兩個連續繞圈之間的軸 向間隙在焊接之前為至多0. 2釐米，優選地至多0. 1釐米，更優選地，其中，連續繞圈彼此接 觸。
9.如權利要求1-8中任意一項所述的方法，其中，扁平細長金屬條帶是鋼帶，優選地為 耐腐蝕鋼帶。
10.根據權利要求1-9中任意一項所述的方法獲得的細長管在製造包括管狀內部空芯 的細長多層管狀體中的用途，所述細長管作為圍繞空芯的內套管和圍繞內套管的外套管， 所述外套管包括彼此圍繞的至少兩個同心層，每一層由預成形為螺旋結構形狀的一個或更 多個細長金屬條帶組成，所述螺旋結構具有不彼此重疊的連續繞圈並且連續繞圈之間沿軸 向方向具有至多1釐米的間隙，其中，非外層的層中的每個間隙由連續圍繞層的螺旋結構 的繞圈完全覆蓋，其中，外套管中的連續層通過粘合劑彼此粘接，所述方法包括提供細長管 作為內套管，提供預成形為螺旋結構形狀的一個或更多個第一扁平細長金屬條帶並且將螺 旋結構施加到內套管上以形成外套管的第一層，提供和施加粘合劑，提供預成形為螺旋結 構形狀的一個或更多個第二扁平細長金屬條帶並且將螺旋結構施加到外套管的第一層上 以形成外套管的第二層，可選地，隨後進一步提供和施加一個或更多個粘合劑附加層和預 成形為螺旋結構形狀的扁平細長金屬條帶。
全文摘要
本發明涉及一種用於製造細長管的方法，所述方法包括下列步驟(a)通過將扁平細長金屬條帶連續地供應給導向架形成旋轉臨時管(1)，所述旋轉臨時管具有連續製造該旋轉臨時管的第一端部和與所述第一端部相對的第二端部，所述導向架將所述條帶形成螺旋結構，使得螺旋結構的連續繞圈不重疊，並且使由導向架形成的螺旋結構的連續繞圈彼此螺旋地焊接；(b)從旋轉臨時管(1)的第二端部切割筒體；和(c)將在步驟(b)中獲得的筒體彼此焊接以形成細長管。本發明還涉及細長管在用於製造細長多層管狀體的方法中的用途。
文檔編號B23K9/028GK102076439SQ200980125024
公開日2011年5月25日 申請日期2009年7月2日 優先權日2008年7月2日
發明者G·D·弗裡斯, R·J·A·史密斯, W·魏爾 申請人:國際殼牌研究有限公司