一种哈氏合金层状复合材料连续管及其加工方法与流程

本发明涉及石油天然气管材，特别涉及一种哈氏合金层状复合材料连续管及其加工方法。

背景技术：

1、连续管（ct，coiled tubing），是一种高强度、高塑性并具有一定抗腐蚀性能的单根长度可达数千米的新型油气管材。由于连续管技术具有效率高、成本低、作业范围广、占地面积小等一系列技术优点和作业优势，因此连续管将在油气田勘探、开发、作业、增产中发挥着越来越重要的作用，具有广阔的应用前景。

2、哈氏合金是一种镍基耐腐蚀合金，主要分成镍-铬合金与镍铬钼合金两大类。哈氏合金具有良好的抗腐蚀性和热稳定性，多用于航空事业，化学领域等。哈氏合金连续管兼具了很好的耐腐蚀性能，同时具有较高的强塑性，在h2s、co2、cl-、hcl等腐蚀介质中抗应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀性能较强，但应其价格过高，从而使其在油气田使用受到限制。中国专利cn 205781451 u公开了一种哈氏合金管件，包括外部哈氏合金层、内部哈氏合金层，在所述内部哈氏合金层的内壁设置有耐高温合金层，在所述内部哈氏合金层的外壁与外部哈氏合金层的内壁之间设置有铝锌合金管层，并在所述耐高温合金层的内壁均匀设置有多个轴向加强条；并在所述外部哈氏合金层的外壁加工有多个直底面凹槽，但该发明管件结构复杂，无法满足连续长度加工。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种哈氏合金层状复合材料连续管及其加工方法，通过在碳钢管内外设置哈氏合金层，采用钢带对接、固溶热处理、成型焊接等多种制造工艺，得到哈氏合金层状复合材料连续管，该连续管成本低，具有强度高、寿命好、耐腐蚀等优良性能，适合在含有较高h2s、co2、cl-、hcl等酸性油气田环境中使用。

2、本发明的技术方案在于：一种哈氏合金层状复合材料连续管，包括碳钢管，所述碳钢管内部设有第一哈氏合金层。

3、所述碳钢管的厚度为3mm或4mm，所述第一哈氏合金层的厚度为1mm。

4、所述碳钢管外部还设有第二哈氏合金层，所述第一哈氏合金层与第二哈氏合金层材质相同，所述第一哈氏合金层、第二哈氏合金层的厚度相同，均为1mm。

5、所述碳钢管的化学元素成分按重量百分比为：c：≤0.20%，si：≤0.55%，mn：1.2～1.70%，p：≤0.025%，s：≤0.010%，cu：≤0.30%，ni：≤0.30%，cr：≤0.30%，mo：≤0.08%，nb：≤0.050%，v：≤0.050%，ti：≤0.030%，alt：≥0.020%， cu+ni+cr+mo≤0.70%，余量为fe及不可避免的杂质。

6、所述第一哈氏合金层的化学元素成分按重量百分比为：c：≤0.01%，mn：≤1.0%，p：≤0.04%，s：≤0.03%，si：≤0.08%，ni：≥57%，cr：14.5～16.5%，mo：15.0～17.0%，fe：4.0～7.0%，w：3.0～4.5%，co：≤2.5%，余量为不可避免的杂质。

7、一种哈氏合金层状复合材料连续管的加工方法，包括以下步骤：

8、s1：制备哈氏合金层状复合材料板坯，具体过程为：将哈氏合金板和钢板通过爆炸焊接形成复合板板坯；对板坯进行校平，在哈氏合金板的表面涂刷防粘连涂层；将两块复合板板坯涂刷有防粘连涂层的哈氏合金板面相对叠放在一起；将叠放在一起的板坯四边采用钢条进行焊接，在焊接好的钢条上留气孔，形成轧制板坯；对轧制板坯进行加热，加热温度为900℃~1300℃，保温1~5小时，之后经过多道次的轧制，期间保证板坯温度在850℃以上；轧制完成后对轧制板坯进行高压水喷淋冷却；将轧制板坯边缘部位切除，并将两块经过轧制延展后的轧制板坯分离，得到哈氏合金层状复合材料板坯；

9、s2：板材纵剪和钢带接长：将制备好的板材按照连续管规格要求，通过纵剪机剪成钢带，钢带宽度范围为50～300mm；钢带接长采用对接工艺，在对接时将前后两条钢带的端头部位加工成45°坡口后进行对接，坡口为i型、v型或u型，焊接工艺采用搅拌摩擦焊，有气体保护的激光焊、氩弧焊或等离子焊；焊后对焊缝进行加热碾压处理，并对整个接头进行固溶处理；

10、s3：连续管成型焊接：采用铣边的方法将钢带侧面刨成i型坡口，精确控制钢带宽度和板边垂直度；焊接采用高频感应焊接、等离子焊接或激光焊接，高频感应焊接频率范围35~100khz，焊接全过程采用纯度≥99.99％的惰性气体作为保护气体；焊接成管径为φ25.4～φ88.9mm，壁厚为1.9～6.4mm的哈氏合金层状复合材料连续管；

11、s4：焊后热处理：焊后通过中频感应加热设备，中频感应频率为1~10khz，将焊缝在10s-30s内迅速加热到1050～1150℃, 随后控制温度，使焊缝温度在350～400℃进行水冷；

12、s5：卷筒缠绕：将热处理后哈氏合金层状复合材料连续管通过卷取机缠绕到卷筒上，连续生产长度大于61m，以便运输和使用。

13、所述s1中，所述防粘连涂层的化学成分按重量百分比为：mgo：30%~50%，水：30%~40%，水玻璃：5%~10%，所述防粘连涂层的厚度为0.5mm。

14、所述s2板材纵剪和钢带接长过程中，钢带厚度＜5mm时，坡口为i型，钢带厚度≥5mm时，坡口为v型或u型。

15、所述s2固溶处理过程中，温度范围为1050～1150℃，保温30～300s后在10s-30s内快速冷却至常温。

16、所述哈氏合金层状复合材料连续管的剪切强度≥210mpa、连续管外径范围为φ25.4～φ88.9mm、壁厚范围为1.9～6.4mm、长度大于61m。

17、本发明中采用高频焊接，其原理是利用高频电流，焊接电流频率大于70khz，通过金属导体产生集肤效应和邻近效应，利用集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面，利用邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围，由于电流的速度是很快的，所以可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。

18、本发明的有益效果在于：1. 本发明通过在碳钢管内外设置哈氏合金层，使用哈氏合金层与腐蚀介质接触，在保证耐蚀性的情况下，相较于纯哈氏合金管，节约了成本。另外，用碳钢管作为基材，可以保证材料的强度，使得本发明连续管成本低，具有强度高、寿命好、耐腐蚀等优良性能，适合在含有较高h2s、co2、cl-、hcl等酸性油气田环境中使用；2.本发明制备哈氏合金层状复合材料板坯采用爆炸焊接+多道轧制的工艺，哈氏合金层状复合材料板坯的剪切强度≥210mpa，在后续卷制成型过程中，哈氏合金层状复合材料板坯局部应力集中时不会分层开裂；3.本发明通过对常规碳钢管内外设置哈氏合金层，采用钢带对接、固溶热处理、成型焊接等多种制造工艺，得到哈氏合金层状复合材料连续管，降低了原料成本，有利于大规模工业化生产。

19、以下将结合附图进行进一步的说明。

技术特征：

1.一种哈氏合金层状复合材料连续管，其特征在于：包括碳钢管（1），所述碳钢管（1）内部设有第一哈氏合金层（2）。

2.根据权利要求1所述一种哈氏合金层状复合材料连续管，其特征在于：所述碳钢管（1）的厚度为3mm或4mm，所述第一哈氏合金层（2）的厚度为1mm。

3.根据权利要求1所述一种哈氏合金层状复合材料连续管，其特征在于：所述碳钢管（1）外部还设有第二哈氏合金层（3），所述第一哈氏合金层（2）与第二哈氏合金层（3）材质相同，所述第一哈氏合金层（2）、第二哈氏合金层（3）的厚度相同，均为1mm。

4.根据权利要求1所述一种哈氏合金层状复合材料连续管，其特征在于：所述碳钢管（1）的化学元素成分按重量百分比为：c：≤0.20%，si：≤0.55%，mn：1.2～1.70%，p：≤0.025%，s：≤0.010%，cu：≤0.30%，ni：≤0.30%，cr：≤0.30%，mo：≤0.08%，nb：≤0.050%，v：≤0.050%，ti：≤0.030%，alt：≥0.020%， cu+ni+cr+mo≤0.70%，余量为fe及不可避免的杂质。

5.根据权利要求1所述一种哈氏合金层状复合材料连续管，其特征在于：所述第一哈氏合金层（2）的化学元素成分按重量百分比为：c：≤0.01%，mn：≤1.0%，p：≤0.04%，s：≤0.03%，si：≤0.08%，ni：≥57%，cr：14.5～16.5%，mo：15.0～17.0%，fe：4.0～7.0%，w：3.0～4.5%，co：≤2.5%，余量为不可避免的杂质。

6.一种如权利要求1所述的哈氏合金层状复合材料连续管的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述一种哈氏合金层状复合材料连续管的加工方法，其特征在于：所述s1中，所述防粘连涂层的化学成分按重量百分比为：mgo：30%~50%，水：30%~40%，水玻璃：5%~10%，所述防粘连涂层的厚度为0.5mm。

8.根据权利要求6所述一种哈氏合金层状复合材料连续管的加工方法，其特征在于：所述s2板材纵剪和钢带接长过程中，钢带厚度＜5mm时，坡口为i型，钢带厚度≥5mm时，坡口为v型或u型。

9.根据权利要求6所述一种哈氏合金层状复合材料连续管的加工方法，其特征在于：所述s2固溶处理过程中，温度范围为1050～1150℃，保温30～300s后在10s-30s内快速冷却至常温。

10.根据权利要求6所述一种哈氏合金层状复合材料连续管的加工方法，其特征在于：所述哈氏合金层状复合材料连续管的剪切强度≥210mpa、连续管外径范围为φ25.4～φ88.9mm、壁厚范围为1.9～6.4mm、长度大于61m。

技术总结本发明涉及石油天然气管材技术领域，特别涉及一种哈氏合金层状复合材料连续管及加工方法。一种哈氏合金层状复合材料连续管，包括碳钢管，所述碳钢管内部设有第一哈氏合金层。本发明通过在碳钢管内外设置哈氏合金层，使用哈氏合金层与腐蚀介质接触，在保证耐蚀性的情况下，相较于纯哈氏合金管，节约了成本。另外，用碳钢管作为基材，可以保证材料的强度，使得本发明连续管成本低，具有强度高、寿命好、耐腐蚀等优良性能，适合在含有较高H<subgt;2</subgt;S、CO<subgt;2</subgt;、Cl<supgt;‑</supgt;、HCl等酸性油气田环境中使用。技术研发人员：臧伟,毕宗岳,汪海涛,鲜林云,余晗,袁雪婷,赵博,宋红兵,王维东,李鸿斌,王亮,王维亮受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13