用于制造连续管的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种系统，包括：进给器，其配置成以预定速率进给长度连续管；速度传感器，其配置成确定长度连续管的进给速率；第一几何特性传感器，其配置成确定长度连续管的部分的一个或多个几何尺寸；第一处理站，其包括第一入口、第一出口以及位于其间的第一热处理区域，所述第一热处理区域包括至少一个第一区域加热元件；以及控制器，其配置成基于第一热处理目标值、进给速率、一个或多个几何尺寸以及第一区域加热元件的第一加热元件值以第一热处理功率水平对第一区域加热元件供能。该系统还可包括附加的热处理和冷却站。

【技术实现步骤摘要】
用于制造连续管的方法和系统
本专利技术涉及用于制造连续管的方法和系统，并且更具体地涉及使用用于加热连续移动管的前馈控制回路来制造连续管的方法和系统。
技术介绍
连续管(CT，CoiledTubing)是具有连续长度的钢管，其卷绕在卷轴上并用于石油和天然气工业中的各种应用，包括但不限于钻取井眼和对现有的井眼进行重新加工。该管可由各种钢或其它金属合金制成。连续管可具有各种直径、壁厚和管长。与本公开相关的管可具有长达50,000英尺(15,240米)的总长度，其中典型的长度范围从15,000英尺(4,572米)至25,000英尺(7,620米)。类似地，它们可具有在1英寸(2.54厘米)至5英寸(12.7厘米)之间的测得外径和在0.008英寸(0.02毫米)至0.3英寸(7.6毫米)之间的壁厚。连续管可用于石油和天然气工业中以执行各种操作和服务，包括钻井、形成井眼、形成完井塞或其它部件、执行钻井干预、执行油井维修、执行生产增强等等。这些管也可用作用于流体输送以及水井钻井和维护中的管线用管。其它行业也可能使用连续管来进行其操作和服务。通过使用相对于热轧方向成角度取向的横向焊缝(称为偏置焊缝(biasweld))接合多段长度的扁钢来制造连续管。然后在成形和焊管机中处理所得到的长条，在该成形和焊管机中钢成形为管并且焊缝被焊接。焊缝焊接过程可以是ERW(电阻焊接)、激光焊接等。在一些实施方式中，所得到的连续管在其离开焊接作业线时卷绕到卷轴上。当扁平钢片被接合成连续条带时，可通过改变扁平钢片的厚度来制造由连续管构成的锥形管柱。这会沿着连续管管柱在壁厚方面产生离散的变化。备选地，可使用热轧过程来生产连续管，在热轧过程中从管挤出和形成钢，该管具有的外径大于所产生的管。该方法还允许外径和/或壁厚沿着连续管管柱的长度连续变化。备选地，在焊接条带以便形成连续条带之前，条带可具有从轧机导致的壁厚变化。从历史上看，连续管由已被处理成具有最终管材产品的大部分所需机械特性的材料条带制成。当这些条带通过偏置焊缝接合然后焊缝焊接成管时，在焊接位置处的机械特性(例如，由于焊缝处的材料变化)将是不同的。基材本身由于制造方法、壁厚和材料化学特性方面也可能具有固有的特性变化。这产生(特别是在焊接区域处)具有非均匀特性的连续管管柱成品。该特性变化可能在使用过程中导致应力集中的位置，从而导致潜在的失效。没有这些非均匀特性区域的连续管管柱将会具有更可靠的性能。在现有技术美国专利文献US20140272448A1中描述了连续和动态热处理连续管的方法。US20140272448A1公开了一种连续管的制造方法，作为最小化或消除由不同的焊接过程导致的非均匀性的结果，该连续管沿着连续管的长度(在微观结构和机械特性两者上)具有改善的特性。该过程的目标是产生均匀的微观结构，例如由回火马氏体组成的均匀微观结构。用于连续热处理连续管和线材的其它现有技术方法和系统是已知的。然而，这些现有技术方法和系统公开和教导一次仅使用一种热处理过程(例如，退火)。这种现有技术的一个示例是美国专利第5,328,158号。该现有技术专利描述了一种设备，该设备在管连续地进出热处理炉的同时对连续管进行热处理。但是，管在炉内进行卷绕，这在炉的入口处和出口处导致弯曲。管一次只能经历一种热处理过程(例如，退火、淬火、回火)。这种现有技术的系统在生产沿其长度具有均匀屈服强度(YS，YieldStrength)的产品方面存在问题。当壁厚(WT，WallThickness)或钢的化学特性发生变化(甚至是轻微的变化)时，炉将减慢反应或者根本不起反应。如果炉保持在相同的温度，则壁厚的增加会导致管温度降低，从而导致屈服强度增加。由于不同钢带之间的钢化学特性改变，预计会有类似的变化。如果炉具备针对连续管管柱中不同条带的温度要求进行调节的能力，则它将不能立即反应，导致在过渡期间以过高和过低温度进行热处理的管区域。期望提供一种用于热处理的过程控制的新系统和新方法，其中连续管被解卷、热处理和重新卷绕(例如，连续过程中的多阶段热处理)。当制造具有所需机械特性的标准连续管时，壁厚的不受控的变化、原材料的化学特性、在设计期间引入的壁厚变化(锥度)、管速度的变化等会在管的所得特性上引入变化。这种现有技术的过程可能在微观结构方面产生均匀的管，但是如果该过程没有得到适当的控制，则管将具有非均匀的机械特性。由热处理过程导致的机械特性(即，屈服强度)主要取决于控制温度的能力。当处理连续管时，线速度会在整个生产运行过程中变化。不同钢带之间的钢化学特性不同，即使钢化学特性在可接受的范围内，这种变化也会导致机械特性的显著变化。类似地，壁厚在条带之间变化，从而导致管对加热作出不同的响应。这些因素结合在一起在过程中产生大量的自然变化。因此，连续管产品具有统计学上宽范围分布的机械特性。
技术实现思路
公开了一种使用用于加热连续移动管的前馈控制回路来制造连续管的方法和系统。该方法和系统包括用于热处理的过程控制，在该过程控制中，连续管被解卷、热处理和重新卷绕(例如，连续过程中的多阶段热处理)。该方法和系统还提供一种用于制造连续管的控制系统，其将沿着该连续管的长度产生均匀的机械特性。连续管的热处理被作为基本上连续的过程来执行，其中连续管移动通过一系列加热站/区域，这些加热站/区域以基于待被加热的管的质量流量的功率水平来操作。加热该管以便达到目标温度，该目标温度基于热处理线的尺寸(例如，热处理线的尺寸影响冷却距离/时间、加热速率等)、实际的材料化学特性、管的壁厚以及所得管的所需特性。因此，尽管可以控制管的一些冶金方面(例如，如果使用HollomonJaffe(霍洛蒙-贾菲)方程，则在时间和温度方面进行控制)，但是用于所选热处理技术和具体产品的变量的实际控制程度一般不太明显。在第一方面，一种系统包括：进给器，其配置成以预定速率进给长度连续管；速度传感器，其配置成确定长度连续管的实际进给速率；第一几何特性传感器，其配置成确定长度连续管的部分的一个或多个几何尺寸；第一处理站，其包括第一入口、第一出口以及位于其间的至少第一热处理区域，所述第一热处理区域包括至少一个第一区域加热元件；以及控制器，其配置成基于第一热处理目标值、实际进给速率、一个或多个几何尺寸以及第一区域加热元件的第一加热元件值以第一热处理功率水平对第一区域加热元件供能。各种实施例可包括以下特征中的部分、全部或者不包括以下特征。第一热处理目标值可基于一个或多个管化学特性值。该系统还可包括第一温度传感器，该第一温度传感器配置成测量管在第一入口处的第一温度，其中第一热处理功率水平还基于第一温度。该系统可包括第二温度传感器，该第二温度传感器配置成测量管在第一出口处的第二温度，其中第一热处理功率水平还基于第二温度。第一热处理站可包括第二热处理区域以及在第一热处理区域和第二热处理区域之间的温度传感器。第一处理站可以是奥氏体化站。该系统可包括第二处理站以及附加的温度传感器，该第二处理站具有第二入口、第二出口以及位于其间的至少一个附加的热处理区域，该至少一个附加的热处理区域具有至少一个附加加热元件，该附加的温度传感器配置成测量管在通到所述第二热处理区域的所述第二入口处的温度，其中所述控制器还配置成基于第二处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：进给器，其配置成以预定速率进给长度连续管；第一几何特性传感器，其配置成确定长度连续管的部分的一个或多个几何尺寸；第一处理站，其包括第一入口、第一出口以及位于其间的至少第一热处理区域，所述第一热处理区域包括至少一个第一区域加热元件；以及控制器，其配置成基于第一热处理目标值、进给速率、一个或多个几何尺寸以及第一区域加热元件的第一加热元件值以第一热处理功率水平对第一区域加热元件供能。

【技术特征摘要】
1.一种系统，包括：进给器，其配置成以预定速率进给长度连续管；第一几何特性传感器，其配置成确定长度连续管的部分的一个或多个几何尺寸；第一处理站，其包括第一入口、第一出口以及位于其间的至少第一热处理区域，所述第一热处理区域包括至少一个第一区域加热元件；以及控制器，其配置成基于第一热处理目标值、进给速率、一个或多个几何尺寸以及第一区域加热元件的第一加热元件值以第一热处理功率水平对第一区域加热元件供能。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一热处理目标值基于一个或多个管化学特性值。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第一温度传感器，该第一温度传感器配置成测量管在第一入口处的第一温度，其中第一热处理功率水平还基于第一温度。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第二温度传感器，该第二温度传感器配置成测量管在第一出口处的第二温度，其中第一热处理功率水平还基于第二温度。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一处理站还包括第二热处理区域以及在第一热处理区域和第二热处理区域之间的温度传感器。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一处理站还包括第二热处理区域以及在第一热处理区域和第二热处理区域之间的温度传感器。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一处理站包括奥氏体化站。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：第二处理站，其包括第二入口、第二出口以及位于其间的至少一个附加的热处理区域，该至少一个附加的热处理区域包括至少一个附加加热元件；以及附加的温度传感器，其配置成测量所述管在通到所述第二热处理区域的所述第二入口处的温度；其中所述控制器还配置成基于第二处理站目标值、进给速率、一个或多个几何尺寸、适于第二处理站的附加加热元件的加热元件值以及第二温度以第二处理站功率水平对所述至少一个附加加热元件供能。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二处理站包括回火站。10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二处理站还包括具有另一附加加热元件的另一附加的热处理区域。11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括矫直机，该矫直机配置成在该部分进入第一处理站之前对管卷进行解卷。12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括卷绕机，其配置成将长度连续管弯曲成卷。13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括速度传感器，该速度传感器配置成确定长度连续管的实际进给速率，其中第一处理站功率水平基于实际进给速率。14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：设置在第一处理站和第二处理站之间的第三处理站，所述第三处理站包括淬火站，其具有第一入口、第一出口和位于其间并配置成冷却所述部分的至少一个冷却区域。15.一种用于对管进行热处理的方法，所述方法包括：接收长度连续管；接收第一热处理目标值；以预定的进给速率进给长度连续管；确定长度连续管的部分的一个或多个几何尺寸；基于所述第一热处理目标值确定第一热处理温度；基于第一热处理温度、进给速率、一个或多个几何尺寸以及第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·E·瓦尔德斯，D·J·蒙特罗索，J·M·迈特，
申请(专利权)人：特纳瑞斯盘管有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US