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高效节能连续油管关键制造技术研究

林军  
【摘要】: 随着我国侧钻井和小井眼钻井需求的不断增加,连续油管作业技术在我国水平井钻井、修井及完井作业中将会发挥巨大作用。而国内在连续油管和作业车制造技术方面均属空白,一直依赖于进口。连续油管制造技术的研究及其产品研发成为当务之急,是替代进口产品,满足我国石油市场开发迫切需要的重要举措,具有重要的战略与经济意义。 本文总结了国外连续油管的制造工艺并提出了一种新的集数十种工艺过程于体的高效节能连续油管制造工艺技术,而冷弯成形和张力减径是该生产技术中的关键技术。 在此生产技术中,带钢逐渐成形为“U”形管,经过焊接,减径最终形成连续油管。成形工艺参数设计的好坏会直接影响到成品管的质量,而该设计任务繁重,是一项经验性很强的工作。成形工艺参数的设计与过程分析是密不可分的,通过成形过程的分析可以确定材料变形情况和应力应变分布规律,对指导成形机组轧辊和工艺参数的设计具有理论和工程意义。 冷弯成形孔型设计及机架布置直接决定着带钢逐渐的弯曲变形过程中是否均匀变形并不产生缺陷。本文针对冷弯成形机组,采用双半径弯曲法设计了轧辊数量、外形尺寸以及机架间距等安装位置尺寸,给定焊管成形所必须的初始条件、边界条件和接触条件等,采用弹塑性有限元方法对冷弯焊管成形过程进行了分析。通过对带钢冷弯成形过程的模拟计算,可直观看见材料顺利通过了所有机架并从带状变成“U”形,而且边缘没有出现“鼓包”、“边浪”等缺陷,并进一步分析了成形过程中材料的变形规律及等效应力应变等参数的分布,为焊管成形工艺的设计提供理论依据。 张力减径机组孔型参数和轧辊转速是决定机架间钢管变形量和张力的重要因素,决定着管坯的变形过程和最终质量。本文针对张力减径机组,设计了椭圆孔型及机架间距等参数,分配了各机架减径率,得到其张力系数和轧辊转速,给定轧辊和材料间摩擦系数和热接触条件,建立了张力减径热力耦合模型,对材料成形过程进行了有限元模拟。通过对管坯变形过程的分析,得到了管坯的成形规律、温度变化及应力应变分布。同时建立了九组不同壁厚的荒管来成形同一规格的成品管,通过对周向壁厚的分析,总结了了形成壁厚不均及内多边形缺陷形成的原因,为管坯张力减径工艺参数设计和避免内多边形缺陷提供了理论依据。


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