УСТАЛОСТНОПРОЧНАЯ ДЛИННОМЕРНАЯ ТРУБА
FATIGUE RESISTANT LONG TUBING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к металлическим трубам и способам их изготовления.
Уровень техники
Металлические трубы в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы в колоннах гибких труб. Труба в бухте представляет собой непрерывную металлическую трубу, намотанную на барабан. Металлические трубы могут быть изготовлены из плоской полосы сплавного металла, изготовленной из двух отдельных полос, сваренных встык. Полосу из сплавного металла затем прокатывают для придания ей цилиндрической/трубчатой формы и сваривают продольным швом на продольных кромках для формирования трубы. Изготавливаемые гибкие трубы могут иметь различную длину в зависимости от конкретных вариантов использования, например, для работы на глубине до 10000 метров или выше. Из-за значительной длины гибких труб их обычно транспортируют или хранят намотанными на бухты.
В процессе эксплуатации гибкие трубы многократно наматываются и разматываются с бухты. Гибкие трубы также используют при различных значениях внутреннего давления, включая нагрузки из-за сверхатмосферного и вакууметрического давления, которые приводят к возникновению различных напряженно-деформированных состояний при сжатии/растяжении. Дополнительные нагрузки на гибкие трубы могут содержать нагрузки на изгиб (например, при наматывании на бухту), осевые нагрузки (например, от собственного веса трубы), а также нагрузки на кручение (например, при вращении). На различных участках гибких труб могут возникать различные напряженно-деформированные состояния. Изменение напряженно-деформированных состояний может ограничить срок службы гибких труб. Например, при сматывании трубы из вертикальной скважины, участок, намотанный на бухту, испытывает изгибающую нагрузку, а участок внутри скважины испытывает осевую нагрузку. Циклическое изменение различных напряженно-деформированных состояний при сматывании и разматывании трубы может привести к ограничению срока ее службы из-за усталости материала.
Общий срок службы металлических труб определяется количеством циклов наматывания/разматывания. В промышленности установлен общий срок службы гибких труб, полученный на основе эмпирических данных и теоретических расчетов. Тем не менее, гибкие трубы могут иногда преждевременно разрушаться, когда циклические нагрузки приводят к появлению и (или) распространению трещин в трубе. Трещины обычно возникают на шве между полосами или рядом с ним из-за различия в механических свойствах шва и материала полос. Например, чаще всего разрушение происходит в месте шва между полосами.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к трубам непрерывной длины и способам изготовления таких труб.
По первому варианту способ изготовления непрерывных металлических труб, в котором предусматривают первую металлическую полосу, имеющую поверхность, номинальную ширину, передний конец и задний конец, и вторую металлическую полосу, имеющую поверхность, практически такую же номинальную ширину, как и первая полоса, передний конец и задний конец; обрезают передний конец первой металлической полосы косым срезом, начинающимся на продольной грани указанной первой полосы, причем в начале указанный косой срез имеет первый угол бета, направленный от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно первой поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси первой полосы, затем указанный косой срез по непрерывной кривой переходит на участок, на котором угол среза меняется с первого угла бета на угол альфа, меньший, чем первый угол бета, и направленный от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси первой полосы, далее указанный косой срез переходит на участок, на котором угол среза меняется с угла альфа на второй угол бета, больший, чем первый угол альфа, и направленный от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно третьей поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси первой полосы, и срез заканчивается на противоположной продольной грани первой полосы, формируя обрезанный передний конец; обрезают задний конец второй металлической полосы косым срезом, который совпадает с обрезанным передним концом первой полосы, причем данный срез начинается на продольной грани второй полосы под первым углом бета, направленным в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно первой поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси второй полосы, затем указанный косой срез по непрерывной кривой переходит на участок, на котором угол среза меняется с первого угла бета на угол альфа, меньший, чем первый угол бета, и направленный в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси второй полосы, далее указанный косой срез переходит на участок, на котором угол среза меняется с угла альфа на второй угол бета, больший, чем угол альфа, и направленный в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно третьей поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси второй полосы, и срез заканчивается на противоположной продольной грани второй полосы, формируя обрезанный задний конец; сваривают обрезанный передний конец первой полосы с обрезанным задним концом второй полосы, формируя составную полосу с параллельными продольными кромками и практически одинаковой номинальной шириной по всей ее длине; формируют составную полосу в трубчатую форму со стыковкой параллельных продольных кромок составной полосы; и сваривают продольные кромки составной полосы для создания металлической трубы по всей длине полосы.
Признаки, представленные в одном из следующих параграфов, относящихся к данному изобретению, или эти признаки в любой комбинации, могут быть объединены с указанным первым изобретением.
По варианту, первый угол бета и второй угол бета практически равны.
По варианту, указанный косой срез начинают на первом линейном участке, имеющим первый угол бета, и указанный первый линейный участок переходит в промежуточный линейный участок, имеющий угол альфа, а промежуточный линейный участок переходит во второй линейный участок, имеющий второй угол бета.
По варианту, в начале указанный косой срез проходит под первым углом бета, затем угол среза по первой непрерывной кривой переходит с первого угла бета на угол альфа, и затем угол среза по второй непрерывной кривой переходит с угла альфа на второй угол бета.
По варианту, обрезают передний конец первой полосы по косому срезу, проходящему под первым и вторым углами бета, величина которых находится в диапазоне от 50 до 80°, направленными от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси первой полосы соответственно; и обрезают задний конец второй полосы по косому срезу, проходящему под первым и вторым углами бета, величина которых находится в диапазоне от 50 до 80°, направленными в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси второй полосы соответственно.
По варианту, обрезают передний конец первой полосы по косому срезу, проходящему под первым и вторым углами бета, величина которых находится в диапазоне от 55 до 65°, направленными от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси первой полосы соответственно; и обрезают задний конец второй полосы по косому срезу с первым и вторым углами бета, величина которых находится в диапазоне от 55 до 65°, направленными в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси второй полосы.
По варианту, обрезают передний конец первой полосы по косому срезу, проходящему под первым и вторым углами бета, величина которых составляет 60°, направленными от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси первой полосы соответственно; и обрезают задний конец второй полосы по косому срезу, проходящему под первым и вторым углами бета, величина которых составляет 60°, направленными в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси второй полосы соответственно.
По варианту, обрезают передний конец первой полосы по косому срезу, проходящему под углом альфа, величина которого находится в диапазоне от 15 до 45°, направленным от переднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси первой полосы; и обрезают задний конец второй полосы по косому срезу, проходящему под углом альфа, величина которого находится в диапазоне от 15 до 45°, направленным в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси второй полосы.
По варианту, обрезают передний конец первой полосы по косому срезу, проходящему под углом альфа, величина которого находится в диапазоне от 30 до 45°, направленным от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси первой полосы; и обрезают задний конец второй полосы по косому срезу, проходящему под углом альфа, величина которого находится в диапазоне от 30 до 45°, направленным в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно второй поперечной линии, которая проходит перпендикулярно продольной оси второй полосы.
По варианту, обрезают передний конец первой полосы по косому срезу, проходящему под углом альфа, величина которого составляет 37,5°, направленным от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси первой полосы; и обрезают задний конец второй полосы по косому срезу, проходящему под углом альфа, величина которого составляет 37,5°, направленным в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно второй поперечной линии, которая проходит перпендикулярно продольной оси второй полосы.
По варианту, в первой и второй полосах косой срез начинается с первого линейного участка, на котором срез проходит под первым углом бета, указанный первый линейный участок переходит в промежуточный линейный участок, проходящий под указанным углом альфа, а промежуточный линейный участок переходит во второй линейный участок, проходящий под вторым углом бета, причем косой срез содержит плавный переход, определяемый первым радиусом скругления между первым линейным участком и промежуточным линейным участком, и плавный переход, определяемый вторым радиусом скругления между промежуточным участком и вторым линейным участком.
По варианту, в первой полосе расстояние между продольной гранью и местом первого перехода, в котором угол косого среза переходит с первого угла бета на угол альфа, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы, практически равно расстоянию между противоположной продольной гранью и местом второго перехода, в котором угол косого среза переходит с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы; и во второй полосе расстояние между продольной гранью и местом первого перехода, в котором угол косого среза переходит с первого угла бета на угол альфа, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы, практически равно расстоянию между противоположной продольной гранью и местом второго перехода, в котором угол косого среза переходит с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы.
По варианту, в первой полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы, практически равно расстоянию между продольной гранью и указанным местом первого перехода, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы; и во второй полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы, практически равно расстоянию между продольной гранью и указанным местом первого перехода, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы.
По варианту, в первой полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы, больше, чем расстояние между продольной гранью и указанным местом первого перехода, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы; и во второй полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы, больше, чем расстояние между продольной гранью и указанным местом первого перехода, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы.
По варианту, в первой полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы, меньше, чем расстояние между продольной гранью и указанным местом первого перехода, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы; и во второй полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы, меньше, чем расстояние между продольной гранью и указанным местом первого перехода, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы.
По варианту, в первой полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы, удлинено для сокращения косого среза первой полосы; и во второй полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы, удлинено для сокращения косого среза второй полосы.
По варианту, в первой полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы, укорочено для удлинения косого среза первой полосы; и во второй полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы, укорочено для удлинения косого среза второй полосы.
По второму изобретению, длинная металлическая труба изготовлена из металлических полос, сваренных вместе, причем металлическая труба содержит составную металлическую полосу, имеющую продольную ось и параллельные продольные грани, и которая сформирована в трубчатой форме, указанные продольные грани сварены друг с другом для создания металлической трубы; а указанная составная полоса содержит первую металлическую полосу с внешней поверхностью, задним концом и обрезанным передним концом, причем обрезанный передний конец имеет косой срез, начинающийся на продольной грани первой полосы, указанный косой срез сначала проходит под первым углом бета, направленным от заднего конца передней полосы, при измерении на внешней поверхности первой полосы от первой поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы, затем указанный косой срез по непрерывной кривой переходит на участок, на котором угол среза меняется с первого угла бета на угол альфа, меньший, чем угол бета, и направленный от заднего конца первой полосы, при измерении на внешней поверхности первой полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы, и далее данный косой срез переходит на участок, на котором угол среза меняется с угла альфа на второй угол бета, больший, чем первым угол бета, и направленный от заднего конца первой полосы, при измерении на внешней поверхности первой полосы относительно третьей поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы, и косой срез заканчивается на противоположной продольной грани первой полосы, формируя обрезанный передний конец первой полосы; а вторая металлическая полоса имеет внешнюю поверхность, передний конец и обрезанный задний конец, совпадающий с обрезанным переднем концом первой полосы, причем указанный задний конец имеет косой срез, начинающийся с продольной грани второй полосы, указанный косой срез сначала проходит под первым углом бета, направленным в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на внешней поверхности второй полосы относительно первой поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы, затем указанный косой срез по непрерывной кривой переходит на участок, на котором угол среза меняется с первого угла бета на угол альфа, меньший, чем первый угол бета, и направленный в сторону переднего конца второй полосы (или равен нулю), при измерении на внешней поверхности второй полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы, и далее указанный косой срез переходит на участок, на котором угол среза меняется с угла альфа на второй угол бета, больший, чем первый угол бета, и направленный в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на внешней поверхности от третьей поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы, и срез заканчивается на противоположной продольной грани второй полосы, формируя обрезанный задний конец второй полосы; и обрезанный передний конец первой полосы сварен с обрезанным задним концом второй полосы.
Признаки, представленные в одном из следующих параграфов, относящихся к данному изобретению, или эти признаки в любой комбинации могут быть объединены с указанным вторым изобретением.
По варианту, первый угол бета и второй угол бета практически равны.
По варианту, указанный косой срез начинается с первого линейного участка, на котором срез проходит под первым углом бета, и частично проходит вокруг продольной оси составной полосы, причем первый линейный участок переходит в промежуточный линейный участок, на котором срез проходит под углом альфа и частично окружает продольную ось составной полосы, а промежуточный линейный участок переходит во второй линейный участок, на котором срез проходит под вторым углом бета и частично окружает продольную ось составной полосы.
По варианту, в начале указанный косой срез проходит под первым углом бета, затем угол среза по первой непрерывной кривой меняется с первого угла бета на угол альфа, и затем угол среза по второй непрерывной кривой меняется с угла альфа на второй угол бета.
По варианту, первый и второй углы бета косого среза первой полосы находятся в диапазоне от 50 до 80° и направлены от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси составной полосы соответственно; и первый и второй углы бета косого среза второй полосы находятся в диапазоне от 50 до 80° и направлены в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси составной полосы соответственно.
По варианту, первый и второй углы бета косого среза первой полосы находятся в диапазоне от 55 до 65° и направлены от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси составной полосы соответственно; и первый и второй углы бета косого среза второй полосы составляют от 55 до 65° и направлены в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси составной полосы соответственно.
По варианту, первый и второй углы бета косого среза первой полосы составляют 60° и направлены от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси составной полосы соответственно; и первый и второй углы бета косого среза второй полосы составляют 60° и направлены в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси составной полосы соответственно.
По варианту, угол альфа косого среза первой полосы находится в диапазоне от 15 до 45° и направлен от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы; и угол альфа косого среза второй полосы находится в диапазоне от 15 до 45° и направлен в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы.
По варианту, угол альфа косого среза первой полосы находится в диапазоне от 30 до 45° и направлен от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы; и угол альфа косого среза второй полосы составляет от 30 до 45° и направлен в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы.
По варианту, угол альфа косого среза первой полосы составляет 37,5° и направлен от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно второй поперечной линии, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы; и угол бета косого среза второй полосы составляет 37,5° и направлен в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы.
По варианту, в первой и второй полосах косой срез начинается с первого линейного участка, на котором срез проходит под первым углом бета и частично окружает продольную ось составной полосы, данный первый линейный участок переходит в промежуточный линейный участок, на котором срез проходит под углом альфа и частично окружает продольную ось составной полосы, промежуточный линейный участок переходит во второй линейный участок, на котором срез проходит под вторым углом бета и частично окружает продольную ось составной полосы, причем косой срез содержит плавный переход, определяемый первым радиусом скругления между первым линейным участком и промежуточным линейным участком, и плавный переход, определяемый вторым радиусом скругления между промежуточным участком и вторым линейным участком.
По варианту, в первой полосе расстояние между продольной гранью и пересечения места первого перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа относительно продольной грани, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы, практически равно расстоянию между противоположной продольной гранью и пересечением места второго перехода, в котором угол косого среза обратно меняется с угла альфа на второй угол бета относительно противоположной грани, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы; и во второй полосе расстояние между продольной гранью и местом первого перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы, практически равно расстоянию между противоположной продольной гранью и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы.
По варианту, в первой полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы, практически равно расстоянию между продольной гранью и указанным местом первого перехода, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы; и во второй полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы, практически равно расстоянию между продольной гранью и местом первого перехода, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы.
По варианту, в первой полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы, больше, чем расстояние между продольной гранью и указанным местом первого перехода, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы; и во второй полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы, больше, чем расстояние между продольной гранью и местом первого перехода, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы.
По варианту, в первой полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы, меньше, чем расстояние между продольной гранью и указанным местом первого перехода, при измерении на поверхности первой полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси первой полосы; и во второй полосе расстояние между первым местом перехода, в котором угол косого среза меняется с первого угла бета на угол альфа, и местом второго перехода, в котором угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы, меньше, чем расстояние между продольной гранью и местом первого перехода, при измерении на поверхности второй полосы в направлении, перпендикулярном продольной оси второй полосы.
Также раскрыт способ изготовления непрерывной гибкой трубы. Способ изготовления непрерывных металлических труб содержит следующие этапы: подают первую металлическую полосу, имеющую поверхность, номинальную ширину, передний конец и задний конец; подают вторую металлическую полосу, имеющую поверхность, практически такую же номинальную ширину, что и первая полоса, передний конец и задний конец; обрезают передний конец первой металлической полосы косым срезом, начинающимся на продольной грани первой полосы, причем сначала косой срез проходит под первым углом бета, направленным от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно первой поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси первой полосы, затем указанный косой срез по непрерывной кривой переходит на участок, на котором угол среза меняется с первого угла бета на угол альфа, меньший, чем первый угол бета, и направленный от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси первой полосы, далее указанный косой срез переходит на участок, на котором угол среза меняется с угла альфа на второй угол бета, больший, чем первый угол альфа, и направленный от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно третьей поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси первой полосы, и срез заканчивается на противоположной продольной грани первой полосы, формируя обрезанный передний конец; и обрезают задний конец второй металлической полосы косым срезом, который совпадает с обрезанным передним концом первой полосы, данный срез начинается на продольной грани второй полосы, причем сначала косой срез проходит под первым углом бета, направленным в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно первой поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси второй полосы, затем данный косой срез по непрерывной кривой переходит на участок, на котором угол среза меняется с первого угла бета на угол альфа, меньший, чем первый угол бета, и направленный в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси второй полосы, и далее данный косой срез переходит на участок, на котором угол среза меняется с угла альфа на второй угол бета, больший по сравнению с углом альфа, и направленный в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно третьей поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси второй полосы, и срез заканчивается на противоположной продольной грани второй полосы, формируя обрезанный задний конец; сваривают обрезанный передний конец первой полосы с обрезанным задним концом второй полосы для формирования составной полосы с параллельными продольными гранями и практически одинаковой номинальной шириной по всей длине; формируют составную полосы трубчатой форму со стыковкой параллельных продольных граней составной полосы; сваривают продольные грани составной полосы для создания металлической трубы по всей длине полосы; сваривают несколько длинных труб встык таким образом, чтобы сформировать непрерывную колонну трубы; наматывают трубопроводы на бухту, формируя смотанные в бухту гибкие трубы.
Также раскрыт способ использования непрерывных гибких труб в стволе скважины. Способ производства непрерывных металлических труб содержит следующие этапы: подают первую металлическую полосу, имеющую поверхность, номинальную ширину, передний конец и задний конец; подают вторую металлическую полосу, имеющую поверхность, практически такую же номинальную ширину, что и первая полоса, передний конец и задний конец; обрезают передний конец первой металлической полосы косым срезом, который начинается на продольной грани первой полосы, причем сначала косой срез проходит под первым углом бета, направленным от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно первой поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси первой полосы, затем данный косой срез по непрерывной кривой переходит на участок, на котором угол среза меняется с первого угла бета на угол альфа, меньший, чем первый угол бета, и направленный от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси первой полосы, далее данный косой срез переходит на участок, на котором угол среза меняется с угла альфа на второй угол бета, больший по сравнению с первым углом альфа, и направленный от заднего конца первой полосы, при измерении на поверхности первой полосы относительно третьей поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси первой полосы, и срез заканчивается на противоположной продольной грани первой полосы, формируя обрезанный передний конец; обрезают задний конец второй металлической полосы косым срезом, который совпадает с обрезанным передним концом первой полосы, причем данный срез начинается на продольной грани второй полосы, сначала косой срез проходит под первым углом бета, направленным в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно первой поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси второй полосы, затем данный косой срез по непрерывной кривой переходит на участок, на котором угол среза меняется с первого угла бета на угол альфа, меньший по сравнению с первым углом бета, и направленный в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси второй полосы, далее данный косой срез переходит на участок, на котором угол среза меняется с угла альфа на второй угол бета, больший по сравнению с углом альфа, и направленный в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на поверхности второй полосы относительно третьей поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси второй полосы, и срез заканчивается на противоположной продольной грани второй полосы, формируя обрезанный задний конец; сваривают обрезанный передний конец первой полосы с обрезанным задним концом второй полосы для формирования составной полосы с параллельными продольными гранями и практически одинаковой номинальной шириной по всей длине; формируют составную полосу трубчатой формы со стыковкой параллельных продольных граней составной полосы; сваривают продольные грани составной полосы для создания металлической трубы по всей длине полосы; сваривают несколько длинных труб вместе торец к торцу, формируя непрерывную колонну труб; наматывают непрерывный трубопровод на бухту, формируя смотанные в бухту непрерывные гибкие трубы; располагают гибкие трубы, намотанные на бухту, рядом со стволом скважины; погружают дальний конец трубопровода в верхний конец ствола скважины; разматывают часть непрерывного гибкого трубопровода с бухты и одновременно погружают дальний конец трубопровода в ствол скважины; закачивают жидкость в ближний конец колонны гибкой трубы и через трубопровод в дальний конец трубы, погруженный в ствол скважины.
Представлен ряд примеров и вариантов реализации изобретения. Тем не менее, следует понимать, что без отступления от сущности данного изобретения могут быть выполнены различные модификации, которые будут содержать различные элементы и различных сочетания элементов. Более того, способы данного изобретения могут содержать меньшее или большее количество этапов, чем изображено в примере, также они могут быть выполнены в представленном или другом порядке. Соответственно, не отступая от сущности изобретения, могут быть реализованы и другие варианты данного изобретения.
Подробная информация по одному или нескольким вариантам изобретения приводится ниже с помощью сопроводительных чертежей и подробного описания.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена схема блока бухты гибких труб, устанавливаемого на грузовое транспортное средство и используемого для наматывания и разматывания гибких металлических труб для размещения в стволе скважины.
На фиг. 2А и 2В представлен вид сверху двух металлических полос, используемых для изготовления металлической трубы.
На фиг. 3А и 3В представлен вид спереди двух металлических полос с косым срезом, используемым для изготовления металлической трубы.
На фиг. 4 представлен вид спереди двух металлических полос, сваренных по косому срезу, представленному на фиг. 3А и 3В.
На фиг. 5 представлен вид спереди двух металлических полос, сваренных с использованием альтернативного варианта косого среза.
На фиг. 6 представлен вид спереди двух металлических полос, сваренных с использованием другого варианта косого среза.
На фиг. 7А изображен вид спереди и вид сверху составной полосы, в которую входят сваренные полосы по фиг. 4 и скрученные в форме металлической трубы.
На фиг. 7В изображен вид спереди и вид сверху составной полосы, сваренной продольным швом для завершения изготовления металлической трубы.
На фиг. 8 представлен способ изготовления металлического трубопровода.
На фиг. 9 изображена гистограмма, демонстрирующая анализ усталостной прочности металлической трубы с различными профилями косого среза.
Одинаковые ссылочные позиции на различных сопроводительных чертежах обозначают одинаковые элементы.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к трубам непрерывной длины и способам их изготовления.
Обычно при работе со стволом скважины, например, при бурении, гибкие трубы испытывают циклические нагрузки из-за быстрого наматывания на бухту и (или) разматывания с бухты, а также при создании различных давлений. Количество циклов наматывания и разматывания без каких-либо нарушений (например, трещин или течей) соответствует сроку службы металлической трубы. Преждевременная поломка возникает в случае, когда появляются и распространяются трещины в гибкой трубе, обычно в области рядом со сварным швом полос. Трещины могут появиться в результате определенных напряженно-деформированных состояний, а также при дефектах шва. В настоящем документе представлено описание непрерывных гибких металлических труб с косым срезом на месте сварки металлических полос, который одновременно способствует увеличению усталостной прочности в напряженно-деформированном состоянии и обеспечивает малую длину шва для уменьшения вероятности возникновения дефектов сварного шва. Известно, что обычно в металлической трубе металлические полосы сваривают по простому прямому срезу под определенным углом (например, 0°, 30°, 45° и т.д.). Чем больше угол, тем длиннее шов и больше усталостная прочность (например, сварка под углом 60° обеспечивает лучшую усталостную прочность, чем сварка под углом 45°). В данном описании рассматривается профиль среза, который обеспечивает высокую усталостную прочность при уменьшении длины сварного шва. Это позволит оптимизировать профиль среза для увеличения усталостной прочности.
Заявленный способ изготовления может обеспечить гораздо большую длину трубопровода, который имеет относительно большую усталостную прочность и относительно меньшую длину сварного шва полос. Усталостная прочность рассчитывают исходя из условий проведения эксперимента с контролируемыми параметрами и (или) из моделирования с воспроизведением подобных свойств материалов и условий нагружения. Высокая усталостная прочность означает, что определенные характеристики продукта (например, малая пластическая деформация, низкий уровень гидростатического напряжения и отсутствие дефектов шва) могут быть сохранены с помощью оптимальной конструкции косого среза после специального испытания на количество циклов нагружения. Относительно малая длина сварного шва в месте соединения металлических полос является преимуществом, которое снижает вероятность образования и (или) распространения трещин в месте сварного шва, где обычно дефекты шва и локальные дефекты в механических свойствах приводят к поломке. Малая длина сварного шва полос может также уменьшить затраты на сварку.
На фиг. 1 представлена схема блока 100 бухты гибкой трубы, устанавливаемого на грузовое транспортное средство и используемого для наматывания и разматывания гибких металлических труб для размещения в стволе скважины. В представленном варианте блок 100 бухты гибкой трубы устанавливается на поверхности 105 земли для погружения и (или) извлечения колонны гибкой металлической трубы 120 в скважину или из нее. Как изображено, блок 100 трубы погружает гибкую трубу 120 в скважину с помощью грузовика 101. В кузове грузовика 101 находится бухта 115 с гибкой трубой 120, которая намотана на бухту 115. Гибкая труба 120 также может поддерживаться направляющей 125. Один конец гибкой трубы 120 в центре бухты 115 соединен с источником воды, который позволяет подавать жидкость в гибкую трубу 120, при этом позволяя вращаться бухте 115. Другой конец гибкой трубы 120 помещен в скважину 130. Грузовик 101 также имеет на борту контрольное оборудование 111 и источник 109 питания для наматывания и (или) разматывания трубы 120 с бухты с различной скоростью и погружения трубы на различные глубины. В других примерах блок 100 трубы может являться неподвижной наземной конструкцией (например, стационарной) или может транспортироваться в прицепе, на полозьях или на других подвижных платформах. В других вариантах блок трубы может устанавливаться на полозья и может использоваться на прибрежных платформах или буровых судах на водной поверхности над морской скважиной.
На фиг. 2А и 2В представлен вид сверху двух металлических полос 200 и 202, используемых для изготовления металлической трубы с высокой усталостной прочностью. На фиг. 2А представлена первая полоса 200, которая имеет передний конец 213, задний конец 211, продольную грань 221, противоположную продольную грань 223 и поверхность 251. Первая полоса 200 имеет номинальную ширину 215 (например, 160 мм) и номинальную толщину (например, 4,89 мм), которые подходят для изготовления металлических труб. На фиг. 2В представлена вторая полоса 202, которая имеет передний конец 233, задний конец 231, продольную грань 241, противоположную продольную грань 243 и поверхность 261. Вторая полоса 202 имеет практически такую же номинальную ширину 215 и номинальную толщину, что и первая полоса 200. Например, две полосы 200 и 202 могут быть изготовлены в рамках одного производственного процесса для достижения одинаковых номинальной ширины и толщины в пределах допуска. С другой стороны, в некоторых примерах две полосы 200 и 202 могут иметь различные толщины, например, в случае гибких труб с переменной толщиной стенки. Две полосы 200 и 202 могут быть выровнены в одном продольном направлении 209, обозначенном координатной осью Y 207. Поперечное направление 210 может быть обозначено координатной осью X 205, которая проходит перпендикулярно оси Y 207. Как будет описано далее, с целью измерения углов неопределенные поперечные плоскости в первой и второй полосах 200 и 202 могут быть изображены перпендикулярно продольным осям 252 и 262 двух полос 200 и 202 (и параллельно поперечному направлению 210). В первой и второй полосах 200 и 202 продольные оси проходят параллельно продольному направлению 209.
На фиг. 3А и 3В представлен вид спереди двух металлических полос 300 и 302 с косым срезом, используемым для изготовления металлической трубы. На фиг. 3А металлическая полоса 300 является профилем косого среза металлической полосы 200 с фиг. 2А. Передний конец 213 обрезают по профилю косого среза, который начинается с продольной грани 221 и проходит под первым углом 350 бета (обозначен как β1), направленным в направлении от заднего конца 211. Первый угол 350 бета измеряется на поверхности 251 первой полосы 300 от первой поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси 252 первой полосы 300 (т.е. параллельна оси X 205). Далее угол косого среза меняется с первого угла 350 бета на угол 355 альфа, который является меньшим по сравнению с углом 350 бета и направлен от заднего конца 211. Угол 355 альфа измеряется на поверхности 251 первой полосы 300 относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси 252. Далее угол косого среза меняется с угла 355 альфа на второй угол 360 бета (обозначен как β2), который больше первого угла 355 альфа и направлен от заднего конца 211. Второй угол 360 бета измеряется на поверхности 251 первой полосы 300 относительно третьей поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси 252. В варианте воплощения изобретения, представленном на фиг. 3А, 3В, 4 и 5, второй угол 360 бета практически равен первому углу 350 бета, хотя в некоторых случаях второй угол 360 бета также может отличаться от первого угла 350 бета. Далее предполагается, что первый угол 350 бета равен второму углу 360 бета (за исключением примера, представленного на фиг. 6). Первый угол 350 бета и второй угол 360 бета обычно больше угла альфа. Косой срез заканчивается на противоположной продольной грани 223, формируя обрезанный передний конец 363. На фиг. 3В, как и в случае с металлической полосой 300, производится обрезка заднего конца 231 полосы 302 с профилем косого среза, совпадающим с профилем переднего конца 363 первой полосы 300. Косой срез второй полосы 302 начинается на продольной грани 241 и проходит под первым углом 350 бета, направленным к переднему концу 233, если производить измерение на поверхности 261 второй полосы 302 относительно первой поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси 262. Затем угол косого среза меняется с первого угла 350 бета на угол 355 альфа, направленный к переднему концу 233, если производить измерение на поверхности 261 второй полосы 302 относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси 262. Далее угол косого среза меняется с угла 355 альфа на второй угол 350 бета, направленный к переднему концу 233, если производить измерение на поверхности 261 второй полосы 302 относительно третьей поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси 262. Косой срез заканчивается на противоположной продольной грани 243, формируя обрезанный задний конец 365.
Непрерывный косой срез, который сначала проходит под первым углом 350 бета, может включать в себя первый линейный участок, расположенный между точкой, в которой угол среза равен первому углу 350 бета, и точкой, в которой угол среза равен углу 355 альфа, и второй линейный участок, расположенный между точкой, в которой угол среза равен углу 355 альфа, и точкой, в которой угол среза равен второму углу 360 бета (что изображено на фиг. 4). В некоторых вариантах непрерывный косой срез может содержать первую непрерывную кривую, представляющую собой переход от участка, на котором угол среза равен первому углу 350 бета, к участку, на котором угол среза равен углу 355 альфа, и вторую непрерывную кривую, представляющую собой переход от участка, на котором угол среза равен углу 355 альфа, к участку, на котором угол среза равен второму углу 360 бета (что изображено на фиг. 5). На фиг. 3А и 3В первый угол 350 бета равен 60° и направлен от заднего конца первой полосы, если измерять его на плоскости 251 полосы 200 относительно первой и третьей поперечных плоскостей, которые проходят перпендикулярно продольной оси 213 первой полосы 200 соответственно. В некоторых вариантах первый угол 350 бета может быть выбран из широкого диапазона значений, например от 55 до 65°. В других вариантах первый угол 350 бета может быть выбран из еще более широкого диапазона значений, например от 50 до 80°. Второй угол 360 бета может быть практически равен первому углу 350 бета. Угол 355 альфа равен 37,5° и направлен от заднего конца первой полосы 200, если измерять его на плоскости 251 полосы 200 от второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси 252 первой полосы. По вариантам угол 355 альфа может быть выбран из широкого диапазона значений, например от 30 до 45°. По другим вариантам угол 355 альфа может быть выбран из еще более широкого диапазона значений, например от 15 до 45°.
В общем случае действует правило: чем больше первый угол 350 бета и угол 355 альфа, тем выше усталостная прочность изготавливаемой металлической трубы и длиннее сварной шов между полосой 300 и полосой 302. На фиг. 9 представлен пример анализа, в котором первые четыре случая 931, 932, 933 и 934 демонстрируют увеличение усталостной прочности (на что указывает остаточная прочность после цикла нагружения) при увеличении первого угла 350 бета и угла 355 альфа. Более длинный сварной шов между полосами может соответствовать более высокой вероятности дефектов сварного шва, а также более высоким затратам на производство. Например, большие значения угла бета и угла альфа могут привести к получению высокой усталостной прочности металлической трубы. Однако для больших углов бета и альфа может потребоваться длинный профиль косого среза и длинный сварной шов, что увеличивает вероятность возникновения дефектов и стоимость сварки.
Малый угол бета и малый угол альфа могут обеспечить короткий срез и шов, но это также может привести к уменьшению усталостной прочности. Таким образом, с помощью первого угла 350 бета и угла 355 альфа можно оптимизировать прочность конструкции и (или) производственные затраты. Например, сочетание большого первого угла бета (например, 60°) и малого угла альфа (например, 37,5°) может компенсировать высокую усталостную прочность и малую длину сварного шва (т.е. длину косого среза). Например, два участка зигзагообразных профилей косого среза с большим первым углом бета может обеспечить высокую усталостную прочность в зоне контактной сварки (ERW), которая является критической зоной, а другой участок зигзагообразного профиля косого среза малого угла альфа может уменьшить длину среза. Зона ERW относится к соединению продольной грани 221 или 241 с противоположной продольной гранью 223 или 243 соответственно. Как будет сказано далее со ссылкой на фиг.4, длина каждого участка с определенным углом среза в профиле может быть оптимизирована для достижения сбалансированного результата.
На фиг.4 представлен вид спереди двух металлических полос 300 и 302, сваренных по профилю 410 среза. Профиль 410 среза сформирован из соединения обрезанного переднего конца 363 металлической полосы 300 с обрезанным задним концом 365 металлической полосы 302 так, чтобы концы двух косых срезов соединялись встык. Например, профиль косого среза находится там, где будет расположен сварной шов между полосами. Концы двух профилей косого среза выполнены не внахлест, хотя в некоторых случаях они и могут быть выполнены внахлест (например, такое соединение может увеличить толщину стенки в месте шва, в отличие от стыка с одинаковой толщиной шва). Обрезанный передний конец 363 сваривают с обрезанным задним концом 365 для формирования составной полосы 400. Составная полоса 400 имеет параллельные продольные грани, образованные путем выравнивания продольных граней 221 и 241, а также противоположных продольных граней 223 и 243. Составная полоса 400 имеет такую же номинальную ширину 215, что и полоса 300 или 302 до сварки. По вариантам составная полоса 400 может быть сварена с другими составными полосами или обычными полосами, имеющими передний конец 233 и задний конец 221, обрезанные под таким же профилем косого среза и сваренные с другими полосами для формирования более длинной составной полосы.
По вариантам профиль 410 среза может изменяться вместе с местами изменений углов (например, переменные различные положения изменения с первого угла бета на угол альфа и с угла альфа на второй угол бета). Например, расстояние 421 между первым местом изменения углов и продольной гранью 241, а также расстояние 425 между местом изменения углов и противоположной продольной гранью 243 могут изменяться в зависимости от приоритетов и расчетных свойств. Расстояние 423 в поперечной плоскости между первым местом изменения углов и вторым местом изменения углов (т.е. расстояние 423 равно ширине 215 минус расстояния 421 и 425). На фиг.4 расстояния 421, 423 и 425 изображены равными. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояния 421, 423 и 425 могут различаться. Например, когда предпочтительно уменьшить длину общего сварного шва, можно увеличить расстояние 423. Также если предпочтительно увеличить усталостную прочность, расстояние 423 можно уменьшить. Расстояния 421 и 425 можно оставить равными. Т.е. расстояние 421 от точки, в которой угол косого среза меняется с первого угла 350 бета на угол 355 альфа, до продольной грани практически равно расстоянию 425 от точки, в которой угол косого среза меняется с угла 355 альфа на второй угол 360 бета, до противоположной продольной грани. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояния 421 и 425 могут различаться.
На фиг. 5 представлен вид спереди двух металлических полос 510 и 520, сваренных в составную полосу 500 с использованием альтернативного варианта профиля 530 косого среза. Профиль 530 среза имеет плавные переходы между непрерывными линиями среза, проходящими под различными углами. Например, в месте перехода профиля 530, в котором угол среза меняется с первого угла 350 бета на угол 355 альфа, непрерывная кривая соединяет срез по касательной. В некоторых примерах кривая может быть дугой или окружностью, а также может определяться радиусом 540 скругления. Кривая может обеспечить устранение концентрации напряжений, которые могут присутствовать в случае использования прямых линий среза. Плавный переход профиля 530 среза может также уменьшить вероятность образования и (или) распространения трещин. В месте перехода профиля 530, в котором угол среза меняется с угла альфа на второй угол бета, используется другая непрерывная кривая для плавного непрерывного перехода. Первая и вторая непрерывные кривые могут иметь одинаковый радиус 540 скругления, они могут быть соединены прямым срезом или же иметь непосредственное соединение, формируя S-образную форму (например, две непрерывные кривые, соединенные по касательной). По варианту первая и вторая непрерывные кривые могут иметь различные радиусы скругления.
На фиг. 6 представлен вид спереди двух металлических полос 610 и 620, сваренных в составную полосу 600 с использованием другого альтернативного варианта профиля 630 косого среза. Альтернативный вариант профиля 630 среза является вариацией профиля 530, который включает в себя три различных угла среза: первый угол 350 бета, угол 355 альфа и второй угол 360 бета, имеющие различные значения. По варианту первый угол 350 бета и второй угол 360 бета могут быть выбраны на основе различных требований. Второй угол 360 бета равен 65°. В некоторых вариантах воплощения изобретения второй угол 360 бета может быть выбран из широкого диапазона значений, например от 55 до 65°. По другому варианту второй угол 360 бета может быть выбран из еще более широкого диапазона значений, например от 50 до 80°. По сравнению с профилем 410 среза с фиг. 4 и профилем 530 среза с фиг. 5 профиль 630 среза также имеет неравные расстояния между точками изменений углов и продольными гранями.
На фиг. 7А изображен вид 703 спереди и вид 701 сверху составной полосы 400 или 500, прокатанной в форму металлической трубы. Параллельные продольные грани металлической полосы 400 или 500 свернуты друг к другу для формирования трубчатой формы. Это позволяет сварить продольные грани с помощью продольного сварочного шва 720 для получения гибкой трубы, как изображено на фиг. 7В. Продольные грани продольного шва соединены вместе.
На фиг. 7В изображен вид 713 спереди и вид 711 сверху свернутой (сформированной) металлической полосы 400 или 500 со сварным швом на продольных гранях для формирования металлической трубы. Сварной шов 720 может сформировать стенку, которая будет иметь практически такую же толщину, что и металлическая полоса 500. В некоторых вариантах воплощения изобретения поперечное сечение полученной металлической трубы, как изображено на виде 711 сверху, практически круглое, например, с внешним диаметром 50,8 мм (2 дюйма). По варианту поперечное сечение полученной металлической трубы может быть овальным или другой формы.
Сваренная металлическая труба может быть частью металлического трубопровода. В более общем смысле, металлическая труба может содержать составную металлическую полосу с продольной осью и параллельными продольными гранями, при этом составной полосе придают форму трубы, а продольные грани сваривают вместе для создания цельной металлической трубы. Составная полоса может содержать первую металлическую полосу, которая имеет внешнюю поверхность, задний конец и обрезанный передний конец. Обрезанный передний конец имеет косой срез, который начинается на продольной грани первой полосы от первого угла бета, направленного от заднего конца первой полосы, если измерять его на внешней поверхности от первой поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы. Косой срез формирует непрерывный срез, при этом угол среза меняется с первого угла бета на угол альфа, который является меньшим по сравнению с первым углом бета и направлен от заднего конца первой полосы (или равен нулю), при измерении на внешней поверхности первой полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы, далее угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, который является большим по сравнению первый угол альфа и направлен от заднего конца первой полосы, при измерении на внешней поверхности первой полосы относительно третьей поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы, и косой срез завершается на противоположной продольной грани первой полосы, формируя обрезанный передний конец первой полосы.
Вторая металлическая полоса имеет внешнюю поверхность, передний конец и обрезанный задний конец, совпадающий с обрезанным передним концом первой полосы, обрезанный задний конец имеет косой срез, который начинается на продольной грани второй полосы от первого угла бета и направлен в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на внешней поверхности второй полосы относительно первой поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы, косой срез формирует непрерывный срез, при этом угол среза меняется с первого угла бета на угол альфа, который является меньшим по сравнению с первым углом бета и направлен в сторону переднего конца второй полосы (или равен нулю), при измерении на внешней поверхности второй полосы относительно второй поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы. Далее угол косого среза меняется с угла альфа на второй угол бета, который является большим по сравнению первый угол альфа и направлен в сторону переднего конца второй полосы, при измерении на внешней поверхности первой полосы относительно третьей поперечной плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси составной полосы. Завершается косой срез на противоположной продольной грани второй полосы, формируя обрезанный задний конец второй полосы. Обрезанный передний конец первой полосы можно сварить с обрезанным задним концом второй полосы.
На фиг. 8 представлен процесс 800 производства металлической трубы с высокой усталостной прочностью. На этапе 802 берется первая металлическая полоса. В примере воплощения изобретения первая металлическая полоса имеет номинальную толщину (например, 4,89 мм) и номинальную ширину (например, 160 мм). Для изготовления гибких труб можно выбрать любой подходящий металл, который выдерживает циклические деформирующие нагрузки при наматывании и разматывании на бухту. По варианту бухта для гибкой трубы может иметь центр вращения и диаметр по меньшей мере 1066,8 мм (42 дюйма), позволяя достичь эластичной намотки гибкой трубы на бухту. Первая полоса металла может иметь четыре стороны: передний конец, задний конец и две продольные грани.
На этапе 804 берется вторая металлическая полоса. Вторая металлическая полоса имеет практически такую же номинальную толщину 215 и номинальную ширину, что и первая металлическая полоса. Вторая полоса металла также имеет четыре стороны: передний конец, задний конец и две продольные грани. Поскольку номинальная ширина является одинаковой, две продольные грани второй полосы могут быть выровнены с двумя продольными гранями первой полосы.
На этапе 806 передний конец первой полосы обрезают по профилю косого среза. Профиль косого среза начинается на одной из продольных граней первой полосы. Сначала профиль косого среза имеет угол среза, равный углу бета, если производить измерение от поперечной линии, которая проходит перпендикулярно продольным граням (или любой продольной оси). Косой срез формирует непрерывный срез, при этом угол среза меняется с первого угла бета на меньший угол альфа. Угол альфа также измеряют относительно поперечной линии, которая проходит перпендикулярно продольным граням. Далее угол косого среза меняется с угла альфа обратно на угол бета и завершается на противоположной продольной линии. Профиль косого среза формирует обрезанный передний конец первой полосы. По варианту профиль косого среза может иметь плавный переход по непрерывной кривой от угла бета к углу альфа и обратно к углу бета, образовывая S-образную форму. Плавный переход можно определить с помощью радиуса скругления кривой, которая может представлять собой дугу или окружность, а также других параметров эллипсоидной или синусоидальной кривых.
На этапе 808 задний конец второй полосы обрезают по профилю косого среза. Второй профиль косого среза соответствует профилю переднего конца первой полосы: косой срез также начинается на одной из продольных граней и проходит под углом бета. Косой срез формирует непрерывный срез, при этом угол среза меняется с угла бета на угол альфа и обратно на угол бета. Профиль косого среза формирует обрезанный задний конец второй полосы.
На этапе 810 обрезанный передний конец первой полосы соединяют с обрезанным задним концом второй полосы. Стыкуют концы первой и второй полос. Между соединяемыми концами может присутствовать сварочный зазор.
На этапе 812 обрезанный передний конец первой полосы сваривают с обрезанным задним концом второй полосы для формирования составной полосы с параллельными продольными гранями и практически одинаковой номинальной шириной.
На этапе 814 параллельные продольные грани составной полосы заворачивают друг к другу для получения трубчатой формы. Продольные грани соединяют встык.
На этапе 816 сваривают продольные грани составной полосы для создания металлической трубы по всей длине полосы.
На фиг. 9 изображена гистограмма 900, демонстрирующая анализ усталостной прочности металлической трубы с различными профилями (935-939) косого среза по сравнению с конструкциями, известными из уровня техники (931-934). На гистограмме 900 горизонтальная ось 920 включает в себя девять различных профилей 931-939 косого среза. Вертикальная ось 910 представляет остаточную прочность после цикла нагружения. Это значение можно рассматривать как пропорциональный показатель усталостной прочности. На фиг. 4 первые восемь профилей 931-938 относятся к профилю 410 с фиг.4. Профиль 939 относится к профилю 530 с фиг.5. Для первых четырех профилей 931-934 первый и второй углы 350 и 360 бета равны углу 355 альфа (следовательно, профиль среза относится к известному уровню техники и формирует прямую линию без каких-либо изгибов). С пятого профиля 935 по восьмой профиль 938 все профили имеют прямые линейные участки с переходами, изображенными на фиг. 4. Они также имеют постоянный первый угол 350 бета и сильно отличающийся угол альфа. Последний профиль 939 имеет непрерывную кривую между участками прямой линии, как на фиг.5, и имеют такие же углы альфа и бета, что и в профиле 938.
Первые четыре профиля 931-934 имеют большой первый угол 350 бета, что приводит к высокой усталостной прочности. Когда первый угол 350 бета остается неизменным, как показано на профилях 935-938, может существовать оптимальный угол альфа. Например, когда угол 355 альфа равен 37,5°, усталостная прочность больше по сравнению с ситуациями, когда он равен 30° или 45°. Поскольку с уменьшением угла 355 альфа уменьшается длина сварного шва, профиль 937 одновременно обеспечивает высокую усталостную прочность и имеет меньшую длину шва, чем профиль 938. Сравнение профилей 938 и 939 показывает, что непрерывная переходная кривая может значительно улучшить усталостную прочность.
Выше был представлен ряд примеров и вариантов изобретения. Тем не менее, следует понимать, что возможны различные модификации. Также способ 700 может содержать меньшее или большее количество этапов, чем было представлено в примере. Кроме того, представленные этапы способа 700 могут быть выполнены в указанной или в другой последовательности. Также способ 700 может осуществляться, главным образом, единовременно. Также допустимы другие изменения в порядке выполнения этапов. Соответственно, не отступая от сущности изобретения, раскрытой в представленной ниже формуле изобретения, допустимы и другие варианты данного изобретения.