專利名稱：熱力去除割縫油井襯管的毛刺的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從管狀產(chǎn)品的內(nèi)表面去除毛刺的裝置和方法，尤其是涉及用于從用作油氣井中的襯管的割縫襯管(slotted liner)的內(nèi)表面去除毛刺的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在從地層開采油氣的過程中，具有多條縱向縫的鋼制襯管(“割縫襯管”)通常被安裝在直井和水平井中，以使地層中的油氣進(jìn)入井，之后將所述的油氣泵送或舉升到地面進(jìn)行處理。所述的縫必須足夠狹窄以防止大量的地層物質(zhì)進(jìn)入或堵塞井眼和相關(guān)的設(shè)備(如泵)。由于地層中的井中含有細(xì)顆粒物質(zhì)，襯管縫的寬度需要窄至0.04英寸(1.0毫米)或者甚至更窄。所述的縫必須足夠長和足夠多而使流體有效地流入襯管，但不會將襯管的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低到安全水平以下。襯管的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(特別是撓曲強(qiáng)度)對于水平井來說尤其重要，在水平井中，所述的襯管必須具有足夠的強(qiáng)度以在不會斷裂或出現(xiàn)過度塑性變形的情況下彎過垂直井筒與水平井筒之間的過渡段。
所述的縫可為任意便利的長度，但是它們通常在3至4英寸(75到100毫米)的長度范圍內(nèi)。它們通常以相同的間距排列在管子的外周上，徑向間隔低到5度。通常使用狹小的開縫銑刀將它們割在襯管的側(cè)壁上。一種公知的方法使用“排銑機(jī)”，其安裝有在穿過襯管的縱向軸線的平面上徑向取向的多個開縫銑刀。在所述的襯管相對于排銑機(jī)縱向移動時，所述的銑刀展開以便在襯管側(cè)壁上割出所需長度的縫。
由于不能夠完美清潔地切割，所述的開縫銑刀易于在所述的縫相交于襯管的內(nèi)表面處留下鋸齒形的毛刺或者卷須狀的“細(xì)條”。由于多種原因，這些毛刺和細(xì)條是不需要的，所以割縫襯管的生產(chǎn)通常包括去除它們的步驟，但是已知的去除毛刺和細(xì)條的方法不完全令人滿意。一種常用的方法是使通稱為“插入管”的設(shè)備經(jīng)過所述的割縫襯管。所述的插入管設(shè)置有多個旋轉(zhuǎn)的刀片以便它們能夠隨著插入管經(jīng)過而大致刮削襯管的內(nèi)周。其目的在于旋轉(zhuǎn)的刀片能夠割掉所述的細(xì)條，之后可通過壓縮空氣或其它裝置將它們從襯管內(nèi)排出。
然而，已經(jīng)證明這種方法只是部分有效，因?yàn)樗龅墓蜗鞯镀子谑姑毯图?xì)條彎曲并將它們推回或推入所述的縫，從而直接減少了用于使油進(jìn)入襯管的開口狹縫的面積。對于寬度為0.04英寸(1mm)或更窄的縫來說，這一問題顯得尤為明顯。當(dāng)所述的襯管處于工作位置時，有效的縫面積變得更為低，這是因?yàn)橥鈦淼奈镔|(zhì)進(jìn)入到縫中并在回彎的細(xì)條處聚積，從而使所述的縫變得部分或全部堵塞。
已嘗試使用其它機(jī)械方法(如珩磨(honing)或擦磨(burnishing))將細(xì)條磨掉。然而，這些方法具有相似的缺陷，因?yàn)樗鼈兌家子谑共糠只蛉考?xì)條金屬返回到縫中。
當(dāng)使用具有這些顯著缺陷的已知去毛刺的方法時，因而可能必須提供比所需更大量的縫以補(bǔ)償縫堵塞。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，縫的堵塞可使割縫襯管的有效滲透率降低40％到60％，所以為了獲得所需的滲透率，襯管必須具有達(dá)到或超過用于特定應(yīng)用的理論上所需的縫的面積的兩倍。這些另加的縫顯然增加了襯管的制造成本，并且還降低了襯管的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而需要使用具有更大壁厚的襯管，這樣就更增加了割縫襯管的總成本。
除了上述的問題之外，留在割縫襯管內(nèi)的細(xì)條或任何其它物質(zhì)能夠損壞或干擾用于井下作業(yè)的昂貴的井下儀器。
一種用于去除細(xì)條和毛刺的可能的替換方法為熱力除刺，即將所述的細(xì)條和毛刺暴露于高溫火焰。眾所周知，如果受到足夠高溫的火焰，鋼制或其它材料的毛刺可燒掉和有效地?zé)＿@將有助于非常有效地從割縫襯管上去除毛刺，這就像使用壓縮空氣、高壓水水清除或其它常規(guī)裝置來很簡單地去除來自于生產(chǎn)過程的殘余物(即氧化物)一樣。
對于通常用于割縫襯管的鋼的類型來說，這種方法的有效使用需要將毛刺加熱到6000°F(3316℃)的溫度范圍。與此同時，需要很小心以確保襯管主體的溫度不會過高，以便防止在原始的金屬內(nèi)發(fā)生不期望的金相變化。如果高溫火焰能夠有效地聚集或集中在毛刺上而不是襯管主體上，這并不是很困難，因?yàn)橐r管的質(zhì)量很大(即與毛刺的質(zhì)量相比)，其能夠通過傳導(dǎo)而有效地分散施加到毛刺上的熱量，而不會使熱量過度地聚積在原始材料上。然而，直接使火焰對著鋼制襯管內(nèi)部的毛刺而不使襯管主體暴露于火焰實(shí)際上不可能。此外，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)常規(guī)的火焰源(如乙炔噴焰器)被用于加熱割縫襯管內(nèi)部的毛刺以使其達(dá)到氣化溫度時，所述的火焰必須對準(zhǔn)毛刺很長一段時間，使得母體金屬局部過度受熱不可避免?，F(xiàn)有技術(shù)顯然沒有披露解決這一問題的方法。
基于上述理由，需要有用于消除細(xì)條和去除毛刺的裝置和方法，所述裝置和方法能夠比已知的裝置和方法更為有效地從割縫金屬襯管上去除毛刺和細(xì)條。尤其是，需要這樣的裝置和方法，即，所述裝置和方法通過暴露于氧化焰就能夠去除毛刺和細(xì)條，而不會使母體金屬的溫度升得過高以致產(chǎn)生金相變化和其它不期望的效果。本發(fā)明就針對這些需要。

發(fā)明內(nèi)容
一般情況下，本發(fā)明為一種方法和裝置，其中割縫襯管的毛刺可暴露于足夠熱的氣體火焰，使得毛刺被有效地氧化或燒除，而不會導(dǎo)致母體金屬達(dá)到不期望的溫度水平。這是通過噴焰器頭實(shí)現(xiàn)的，所述噴焰器頭上具有多個設(shè)置在其外周上的多個氣體噴焰器噴嘴，以便在噴焰器頭經(jīng)過割縫襯管時，火焰直接對著襯管內(nèi)表面。所述裝置適用于將大致按化學(xué)計(jì)量平衡的燃料混合物(即燃燒氣體和氧化氣體)傳送到所述噴嘴，從而在噴嘴處產(chǎn)生大致中性的燃燒火焰。通過測試已經(jīng)確定，中性燃燒火焰的溫度可在氧化期間大大地升高。因此，根據(jù)本發(fā)明需要在噴嘴出口附近引入輔助氧化氣體，優(yōu)選為純氧氣，從而增加火焰的速度和強(qiáng)度，并由此使火焰的溫度顯著升高。
因此，根據(jù)本發(fā)明所產(chǎn)生的噴焰器火焰的溫度要高于沒有引入輔助氧化氣體的火焰溫度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)具有合適數(shù)量的噴嘴并將輔助氧化氣體引入噴焰器火焰周圍的噴焰器頭以合適的運(yùn)動速度通過割縫襯管時，火焰強(qiáng)度足夠燒除襯管上的高比例的毛刺和細(xì)條，而不會引起母體金屬的溫度升得過高。合適的噴焰器頭運(yùn)動速度取決于各種因素，包括襯管的直徑和壁厚，燃料混合物成分和輔助氧氣的進(jìn)給壓力、噴焰器頭上噴嘴的數(shù)量以及噴嘴出口到襯管內(nèi)表面的距離。
因此，本發(fā)明的一個方面為去除毛刺的裝置，其用于從割縫金屬襯管的內(nèi)表面去除毛刺，所述裝置包括(a)具有前端和尾端的噴焰器載體；(b)連接到噴焰器載體前端的噴焰器頭，所述噴焰器頭具有縱向的軸線和外周側(cè)面，所述噴焰器頭內(nèi)具有
b.1燃料集氣室，用于容納包括燃燒氣體和主氧化氣體的燃料混合物；b.2輔助集氣室，用于容納和傳輸來自輔助氧化氣體源的輔助氧化氣體；b.3多個燃料通道，每一燃料通道具有一外端和一內(nèi)端，并且每一燃料通道在其內(nèi)端處與燃料集氣室流體連通；以及b.4多個噴嘴口，每一噴嘴口從噴焰器頭的外周側(cè)面向內(nèi)延伸并具有一內(nèi)壁表面，每一噴嘴口與相應(yīng)的一燃料通道流體連通；以及(c)多個噴焰器噴嘴，每一噴嘴具有一外端、一內(nèi)端和一側(cè)面，并且每一噴嘴具有穿過內(nèi)端和外端之間的噴嘴的燃料通道；所述裝置的特征在于(d)每一噴嘴被保持安裝在相應(yīng)的噴嘴口內(nèi)，并限定了噴嘴側(cè)面與噴嘴口內(nèi)壁表面之間的孔隙空間，所述的孔隙空間具有在噴嘴外端附近的一外端；(e)所述噴嘴的外端延伸接近或超出噴焰器頭的外周表面；(f)每一噴嘴的內(nèi)端同與相應(yīng)的噴嘴口相關(guān)的燃料通道密封結(jié)合，以便每一噴嘴的燃料通道外端與燃料集氣室流體相通；并且(g)每一孔隙空間與輔助集氣室流體連通，并與噴焰器頭的外周表面相交，以便輔助氧化氣體可從輔助集氣室流入孔隙空間并在其外端處流出。
另一方面，本發(fā)明為一種從割縫金屬襯管的內(nèi)表面去毛刺的方法，所述的方法包括如下步驟(a)將包括燃燒氣體和主氧化氣體的燃料混合物引入大致如前所述的去毛刺裝置的噴焰器頭的燃料集氣室，以便燃料混合物流入噴焰器頭的噴焰器噴嘴的燃料通道；(b)點(diǎn)燃流出噴焰器噴嘴的燃料通道的燃料混合物以產(chǎn)生噴焰器火焰；(c)將輔助氧化氣體引入噴焰器頭的輔助集氣室，以便輔助氧化氣體流出噴焰器噴嘴周圍的孔隙空間；(d)調(diào)節(jié)燃料混合物和輔助氧化氣體各自的流動壓力，以便噴焰器火焰具有能夠大致燒除割縫襯管內(nèi)表面上存在的金屬毛刺的溫度；以及(e)以合適的速度使噴焰器頭通過割縫襯管以便所述噴焰器火焰直接對著割縫襯管的內(nèi)表面，從而大致燒除所述金屬毛刺。
再一方面，本發(fā)明為從割縫金屬襯管內(nèi)表面去毛刺的方法，所述的方法包括如下步驟(a)提供具有一個和多個噴焰器噴嘴的噴焰器頭；(b)將包括燃燒氣體和主氧化氣體的燃料混合物輸送至一個或多個噴焰器噴嘴；(c)點(diǎn)燃流出一個或多個噴焰器噴嘴的燃料混合物，從而產(chǎn)生一個或多個噴焰器火焰；(d)在緊鄰每一噴焰器火焰處引入輔助氧化氣體，以便將火焰溫度升高到足以大致燒除割縫襯管內(nèi)表面上存在的金屬毛刺的溫度；以及(e)以合適的速度使噴焰器頭通過割縫襯管，使得所述噴焰器火焰直接對著所述割縫襯管的內(nèi)表面，從而大致燒除所述金屬毛刺。


將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，其中附圖標(biāo)記表示相似的部件，其中圖1為用在油氣井中的常用的割縫襯管示意圖。
圖2為所述裝置第一實(shí)施例的噴焰器頭和噴焰器載體的視圖。
圖3為所述裝置第二實(shí)施例的噴焰器頭和噴焰器載體的剖面圖。
圖4a為所述裝置的一個實(shí)施例的噴焰器頭、火焰罩和扶正裝置的示意圖。
圖4b為圖4a所述噴焰器頭、火焰罩和扶正裝置的剖面圖。
圖5為本發(fā)明一個實(shí)施例的噴焰器頭的剖面圖，其中噴焰器噴嘴以大致垂直于噴焰器頭的軸線的方式定位。
圖6為本發(fā)明一個實(shí)施例的噴焰器頭的剖面圖，其中所述的噴焰器噴嘴以向前傾斜的方式定位。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了一般類型的割縫襯管100，可使用本發(fā)明的方法來消其除毛刺。圖1所示的割縫襯管100上的縫102處于平行于襯管100的縱向軸線的方向上，但是在其它各種割縫襯管100中，所述的縫102可垂直于或傾斜于襯管100的軸線。然而，本發(fā)明的功能并不依賴于或受影響于任何要消除毛刺的襯管100的縫102的方向。
如圖所示，本發(fā)明的去除毛刺裝置10包括噴焰器載體12，其具有前端14和尾端16。所述的噴焰器載體12用于容納導(dǎo)管18a，18b，18c，所述導(dǎo)管分別用于從各自的氣源傳輸燃燒氣體、主氧化氣體和輔助氧化氣體。在主和輔助氧化氣體為同樣類型的氣體時，可使用共同的氣源。噴焰器頭20具有縱向軸線A和外周側(cè)面22，所述噴焰器頭20在前端14處連接到噴焰器載體12上。所述噴焰器頭20具有多個氣體噴嘴50，所述的氣體噴嘴50(優(yōu)選但不是必須以相同的間距)環(huán)繞地布置在噴焰器頭20的外周側(cè)面22上，以便在噴焰器頭20通過割縫襯管的內(nèi)部時，由噴焰器噴嘴50產(chǎn)生的火焰能夠?qū)?zhǔn)襯管100的內(nèi)表面，從而對準(zhǔn)襯管100的縫102附近存在的任何毛刺或細(xì)條。
特別如圖5和圖6所示，形成噴焰器頭20從而限定了燃料集氣室30，所述燃料集氣室30用于容納燃燒氣體和主氧化氣體的燃料混合物。燃料集氣室可容納燃燒氣體和氧化氣體導(dǎo)管18a和18b，這些氣體在燃料集氣室30內(nèi)混合，或者燃燒氣體和氧化氣體可在單獨(dú)的混合室(未示出)內(nèi)混合并且之后被輸送到燃料集氣室30。
另外，噴焰器頭20限定了一個輔助集氣室32，其與輔助氧化氣體導(dǎo)管18c流體連通，如圖6所示。在圖6所示的專門實(shí)施例中，輔助氧化氣體導(dǎo)管18c雖然未被完全示出，但是其通過燃料集氣室30并將輔助氧化氣體在X點(diǎn)排入到輔助集氣室31中。
噴焰器頭20還限定了一組燃料通道34，每一燃料通道具有外端34a和與燃料集氣室30流體連通的內(nèi)端。每一燃料通道34與噴焰器頭20上的相應(yīng)噴嘴口40流體連通。每一噴嘴口40與噴焰器頭20的外周側(cè)面22相交并具有內(nèi)壁表面42(其通常為柱形但不是必須)。每一噴嘴口40用于容納和保持噴焰器噴嘴50，在噴嘴50與噴嘴口40的內(nèi)壁表面(或表面)42之間具有孔隙空間。每一噴嘴50具有側(cè)面52(通常為柱形)、內(nèi)端50a、外端50b，以及穿過噴嘴50從內(nèi)端50a伸到外端50b的燃料通道。選擇噴嘴50的長度，以便在噴嘴50被安裝到其相應(yīng)的噴嘴口上時其上的外端50b延伸接近或伸出噴焰器頭20的外周面22。因此，當(dāng)一個噴嘴50被安裝在其相應(yīng)的噴嘴口40上時，其內(nèi)端50a與相應(yīng)的燃料通道34密封接合，燃料混合物可從燃料集氣室30流入燃料通道34并進(jìn)入噴嘴50的燃料通道54，從噴嘴50的外端50b排出，燃料混合物在此處被點(diǎn)燃以產(chǎn)生噴焰器火焰。
噴嘴50可為具有位于中心的縱向的燃料通道54的任何合適的結(jié)構(gòu)，以便從燃料集氣室30輸送燃料混合物。在一個實(shí)施例中，噴嘴50為常規(guī)的“MIG tips”，即通常用于金屬惰性氣體焊接工藝的送絲裝置噴嘴(wire-feedertip)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在燃料混合物流出噴嘴50的燃料通道54時燃料混合物加速，由于引起一定量的回壓(backpressure)并增加火焰速度，從而有助于形成穩(wěn)定的中性焰。因此，在本發(fā)明裝置的一個實(shí)施例中，噴嘴50的燃料通道54在外端附近變窄或收縮，以使燃料混合物在流出噴嘴50時增速。
將噴嘴50安裝到相應(yīng)的噴嘴口50上可在噴嘴50的側(cè)面52與噴嘴口40的內(nèi)壁表面(或表面)42之間形成孔隙空間(interstitial space)44。所述的孔隙空間44在噴嘴50的外端50a附近具有外端45。所述的噴嘴通常為柱形截面，如前所述，噴嘴口40通常具有柱形內(nèi)壁表面42，以便孔隙空間44通常且優(yōu)選地為環(huán)形截面。然而，這一特征對本發(fā)明不是必要的。必要的是孔隙空間44相交于或流體連通于輔助集氣室32，以便輔助氧化氣體可從輔助集氣室32流入孔隙空間44，并從外端45流出。無論孔隙空間44沿其長度其它點(diǎn)的三維尺寸特征如何，優(yōu)選地孔隙空間44的流出寬度W(即在外端45處)大致均勻，其原因在下面進(jìn)行說明。
顯而易見，當(dāng)從噴嘴50的燃料通道54排出的燃料混合物已被點(diǎn)燃從而產(chǎn)生噴焰器火焰時，排出孔隙空間44的輔助氧化氣體將產(chǎn)生大致包圍噴焰器火焰的輔助氧化氣體的屏蔽或遮蔽。這種輔助氧化氣體在噴焰器火焰附近的流動增加了火焰的速度、濃度和溫度。如上所述，優(yōu)選孔隙空間44具有均勻的排出寬度W，因而促進(jìn)了火焰周圍輔助氧化氣體的一致流動和相應(yīng)的一致的火焰效果。
噴嘴口40可具有這樣的結(jié)構(gòu)，即噴焰器噴嘴50的軸線相交于噴焰器頭20的縱向軸線(即徑向方式)，并與軸線A垂直，如圖5所示。然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，噴焰器火焰的效果可通過向前傾斜火焰而得到增強(qiáng)。這對增加噴焰器頭20正前方的襯管100部分的溫度是有益的，從而在噴焰器火焰與毛刺和細(xì)條直接接觸時降低了傳遞到毛刺和細(xì)條上所需的熱量?；鹧娴膬A斜還在襯管內(nèi)部產(chǎn)生了向前移動的壓力波，這有助于將由鋸齒形的毛刺和細(xì)條產(chǎn)生的碎渣吹出襯管100。
因此，在所述裝置的一個實(shí)施例中，一個或多個噴焰器噴嘴50(和它們相應(yīng)的噴嘴口40)具有向前的傾角，以便這些噴嘴50產(chǎn)生的火焰可直接徑向地向外并朝向噴焰器頭20的前部，如圖3、圖4b和圖6所示。可選擇向前的傾角以適應(yīng)特殊的應(yīng)用。通過示例，圖4b和圖6示出了一個15°的向前的傾角。然而，在分別與公稱直徑為3.5″、4.5″和5.5″(89mm、114mm和140mm)的襯管一起使用的噴焰器頭20中使用30°、45°和60°的傾角同樣也能獲得很好的效果。
將噴焰器噴嘴50相對于噴焰器頭20的縱向軸線A以徑向結(jié)構(gòu)安裝不是必要的。在一個可替換的實(shí)施例中(未示出)，一個或多個噴嘴軸線并不垂直于軸線A，以便噴焰器火焰以“轉(zhuǎn)輪(pinwheel)”的形式從噴焰器頭20排出，從而在噴焰器頭20移動通過襯管100時增加火焰的旋渦效應(yīng)。在各種這樣的可替換實(shí)施例中，一個或多個噴嘴50具有向前的傾角并垂直于軸線A。
所述燃燒氣體可為具有合適的發(fā)熱特征的可燃?xì)怏w，乙炔是一個示例。然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用MAPP氣體(即丙炔-丙二烯)和氧氣時具有非常好的效果。雖然乙炔可產(chǎn)生較高的火焰溫度，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，MAPP氣體火焰比乙炔火焰更穩(wěn)定。也可產(chǎn)生較為穩(wěn)定火焰的丙烷或天然氣同樣也能被使用，但是它們的發(fā)熱量要低于MAPP氣體，后者更適于優(yōu)化毛刺的去除速度。要優(yōu)選燃料的混合物大致按化學(xué)計(jì)量平衡，以產(chǎn)生大致為中性的燃燒火焰。
輔助氧化氣體包含空氣。然而，使用大致純凈的氧氣作為輔助氧化氣體能夠獲得非常好的效果。
如前所述，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有合適數(shù)量的噴嘴50的根據(jù)本發(fā)明的噴焰器頭20以合適的運(yùn)動速度通過割縫襯管100，火焰強(qiáng)度足以從襯管100內(nèi)部燒除大部分毛刺和細(xì)條，而不會使母體金屬溫度高度升高。合適的噴焰器頭的運(yùn)動速度取決于多個因素，包括襯管直徑和壁厚、燃料混合物成分和輔助氧氣的輸送壓力、噴焰器頭20上噴嘴的數(shù)量和噴嘴出口到襯管100的內(nèi)表面的距離。
作為一個有代表性的示例，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以4.0到4.5英尺(1.2到1.4m)每分鐘的范圍內(nèi)的運(yùn)動速度，利用噴焰器頭20去除公稱直徑為7英寸(即外徑7.75″或197mm；內(nèi)徑6.35″或161mm)的鋼制襯管的毛刺是有效的，其中噴焰器頭20具有48個徑向分布的噴嘴50，燃燒以接近20磅每平方英寸(138千帕)的壓力供給的MAPP氣體混合物，同時使用以約50psi(345kPa)供給的輔助氧氣，噴嘴出口與襯管100的內(nèi)部柱形表面104之間的徑向距離接近0.5英寸(13mm)。
本發(fā)明的裝置10優(yōu)選包括燃料混合物控制裝置和輔助氧化氣體控制裝置，以分別調(diào)節(jié)燃料混合物和氧化氣體的流壓。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易地理解，用于控制或調(diào)節(jié)流動氣體壓力的各種已經(jīng)裝置都可容易地用作燃料混合物控制裝置和輔助氧化氣體控制裝置。
在優(yōu)選實(shí)施例中，噴焰器頭20還可具有火焰罩70，所述的火焰罩可以以環(huán)或法蘭的形式設(shè)置，其安裝在噴嘴50的后部并從噴焰器頭20徑向向外伸出，但剛好止于襯管100的內(nèi)表面附近，以便不會妨礙噴焰器頭20通過襯管100?；鹧嬲?0具有兩個主要功能，第一個功能是保護(hù)噴焰器頭20已經(jīng)經(jīng)過的襯管100部分不會受熱，從而使襯管的母體金屬內(nèi)升高的溫度最小?；鹧嬲?0的第二個功能或效果為使噴焰器火焰集中在與噴嘴50緊鄰的區(qū)域，這是通過防止火焰向后偏轉(zhuǎn)至已經(jīng)經(jīng)受火焰燒烤的區(qū)域而實(shí)現(xiàn)的，從而使傳送到襯管100內(nèi)的毛刺上的熱量最優(yōu)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的裝置10包括扶正裝置(centralizer means)60，以確保當(dāng)所述裝置在使用時噴焰器頭20的縱向軸線A大致與噴焰器頭20穿過的襯管100的軸線對齊，從而確保所有的噴嘴50與襯管100的內(nèi)表面104大致等距，以便從噴嘴50傳到襯管100和襯管100的內(nèi)表面104處或附近存在的任何毛刺和細(xì)條上的熱量大致均勻。特別如圖4a和4b所示，扶正裝置60可包括摩擦棒62，所述的摩擦棒62徑向分布在噴焰器載體12的外周上，每一摩擦棒62安裝到鉸接地連接到噴焰器載體12上的托架64，并且每一托架64具有偏置裝置(如彈簧)以徑向向外推摩擦棒62，從而在噴焰器頭20穿過時靠在襯管100的內(nèi)表面104上。其它有效的扶正裝置對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。例如，所述的摩擦棒可包括(或可被替代)在襯管100的內(nèi)表面104上滾動的輥?zhàn)印?br> 就像襯管100需要避免過度的熱量聚積一樣，噴焰器頭20的溫度也應(yīng)該保持在可接受的范圍內(nèi)，以防止金相變化或出現(xiàn)其它不期望的效果。因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的裝置10包括噴焰器頭冷卻裝置。盡管噴焰器頭20可使用氣體冷卻劑(如空氣)進(jìn)行有效地冷卻，但是在優(yōu)選實(shí)施例中，噴焰器頭20由循環(huán)的液態(tài)冷卻劑(其可包括水或乙二醇)進(jìn)行冷卻，所述的冷卻劑經(jīng)過一個或多個噴焰器頭20內(nèi)的冷卻劑循環(huán)室24，大致與液體冷卻機(jī)動車發(fā)動機(jī)中的冷卻劑循環(huán)室相似。根據(jù)本領(lǐng)域公知的原理和方法，用于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的冷卻劑循環(huán)室24可以任意的方式位于和形成在噴焰器頭20內(nèi)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所述噴焰器頭20至少部分由鋼制成。在可選擇的實(shí)施例中，噴焰器頭20至少部分由金屬(如鈦)制成，所述的金屬可比鋼承受更高的溫度而不會出現(xiàn)不需要的金相變化或其它效果，因而降低噴焰器頭冷卻裝置的冷卻負(fù)荷或者甚至無需噴焰器頭冷卻裝置。
噴焰器頭20可由多個部分構(gòu)成，這些部分通過螺栓或其它合適的裝置相應(yīng)地組裝在一起。制造和組裝噴焰器頭20的方法的一個實(shí)施例在圖4b中示出；然而，其它結(jié)構(gòu)也是可能的。噴焰器頭20的每個部分可由實(shí)心原料加工而成，或者可通過加工成所需的結(jié)構(gòu)形式的鑄造而制成。使整個噴焰器頭20成為單個鑄件的鑄造方法也是可用的，并可按照需要進(jìn)行加工。
在本發(fā)明的裝置和方法優(yōu)選實(shí)施例中，噴焰器頭20可移動通過待去除毛刺的襯管100。然而，在可選擇的實(shí)施例中，襯管100可移動通過靜止的噴焰器頭20。用于使噴焰器頭移動通過襯管100或者用于使襯管100移動通過靜止的噴焰器頭20的合適的致動裝置(motive means)可被本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易地設(shè)計(jì)。所述致動裝置可包括一延伸部件(extension member)，其與噴焰器載體12的尾端16連接，或與噴焰器載體12成一體，并且其具有合適的長度以有助于噴焰器頭20插入到大致全長的襯管100中。在所述裝置的一個實(shí)施例中，致動裝置包括一個與液壓馬達(dá)連接的拉桿/拉索組件，以便將噴焰器頭20插入襯管100并從中將其收回。其它類型的馬達(dá)和部件可用作致動裝置，這沒有脫離本發(fā)明。
優(yōu)選地，所述致動裝置包括噴焰器頭速度控制裝置，其用于調(diào)節(jié)噴焰器頭通過襯管100的速度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，合適的速度控制裝置可容易地進(jìn)行使用或利用已知技術(shù)進(jìn)行改換。為了提供一個示例，噴焰器頭的速度控制可通過使用各種變速馬達(dá)而實(shí)現(xiàn)，所述的變速馬達(dá)可作為致動裝置的一個部件。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，處于暴露于噴焰器火焰區(qū)域附近的襯管100的外表面的溫度，可作為很好的以給定的噴焰器頭速度去除毛刺和細(xì)條的火焰效能的指示器；即毛刺和細(xì)條是否暴露于火焰到足以得到去除的時間。例如，在一個測試的組件中，測試襯管的溫度為約250°F(121℃)表明噴焰器頭的速度過快，并且預(yù)示著毛刺去除的效果不是最佳。反過來也表明應(yīng)該增加噴焰器頭的速度。在另一個測試組件中，測試襯管的溫度約為350°F(177℃)則預(yù)示著噴焰器頭的速度過高。為了監(jiān)測火焰的效能和調(diào)節(jié)噴焰器頭的速度，這些近似的溫度限制可根據(jù)包括噴焰器頭的數(shù)量、襯管尺寸和噴焰器火焰特征的各種因素的不同而不同。
由于前述的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明裝置的優(yōu)選實(shí)施例包括在它們通過襯管100時用于監(jiān)測襯管100的母體金屬溫度的裝置，所述的襯管100處于噴焰器噴嘴50附近。在特定的優(yōu)選實(shí)施例中，所述的溫度監(jiān)測裝置利用合適的公知的控制技術(shù)與所述致動裝置結(jié)合，以便噴焰器頭的速度可根據(jù)監(jiān)測到的母體金屬的溫度變化來進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。除了提供如上所述噴焰器火焰效能的溫度指示外，所述的溫度監(jiān)測裝置還具有的優(yōu)點(diǎn)為，在母體金屬溫度接近或超過所選擇的最大值時向裝置的操作員報(bào)警，超過所述的最大值會產(chǎn)生不期望的效果，在這種情況下，可以啟動合適的補(bǔ)救或預(yù)防措施。
當(dāng)所述噴焰器頭20以合適的速度移動通過割縫襯管100時，襯管100的母體金屬內(nèi)溫度不應(yīng)該升高到產(chǎn)生不期望的金相變化或其它效果的溫度。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，襯管100的頂部的母體金屬的溫度易于高于其底部位置的溫度，這將會導(dǎo)致在其冷卻時襯管100縱向彎曲。為了減輕或防止出現(xiàn)這種不期望的情況出現(xiàn)，本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施例包括相對于噴焰器頭20旋轉(zhuǎn)所述襯管的另外的步驟，從而促進(jìn)襯管100外周的母體金屬溫度升高均勻。因此，襯管100可很均勻地進(jìn)行冷卻并由此很少產(chǎn)生縱向彎曲。旋轉(zhuǎn)襯管100的合適的裝置對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，包括但不局限于使用合適形狀的輥?zhàn)觼碇С兴龅囊r管100，用作驅(qū)動輥的一個或多個輥?zhàn)涌捎糜谛D(zhuǎn)所述的襯管100。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易地理解，在不脫離本發(fā)明的主要思想的情況下可對本發(fā)明設(shè)計(jì)出各種改變，并且所有的這些改變都應(yīng)該包含在這里所附的權(quán)利要求所表述的范圍內(nèi)。
在該專利文件中，“包括”這一詞用作不限于的意思，以表示其后的特征被包括在其內(nèi)，但是沒有特別指明的特征沒有被排除在外。非限定性冠詞“一”所表示的元件不排除存在多個元件的可能，除非說明書中明確地要求僅僅有一個這樣的元件。
權(quán)利要求
1.一種從割縫金屬襯管的內(nèi)表面去除毛刺的去毛刺裝置，所述裝置包括(a)具有前端和尾端的噴焰器載體；(b)連接到所述噴焰器載體前端的一噴焰器頭，所述噴焰器頭具有一縱向的軸線和一外周側(cè)面，所述噴焰器頭內(nèi)具有b.1一燃料集氣室，用于容納包括燃燒氣體和主氧化氣體的燃料混合物；b.2一輔助集氣室，用于容納和傳輸來自一輔助氧化氣體源的輔助氧化氣體；b.3多個燃料通道，每一燃料通道具有一外端和一內(nèi)端，并且每一燃料通道在其內(nèi)端處與所述燃料集氣室流體連通；以及b.4多個噴嘴口，每一噴嘴口從所述噴焰器頭的外周側(cè)面向內(nèi)延伸并具有一內(nèi)壁表面，每一噴嘴口與相應(yīng)的一個燃料通道流體連通；以及(c)多個噴焰器噴嘴，每一噴嘴具有一外端、一內(nèi)端和一側(cè)面，并且每一噴嘴具有延伸穿過所述內(nèi)端和所述外端之間的噴嘴的一燃料通道；所述裝置的特征在于(d)每一噴嘴被保持安裝在一相應(yīng)的噴嘴口內(nèi)，并限定了所述噴嘴側(cè)面與所述噴嘴口內(nèi)壁表面之間的一孔隙空間，所述的孔隙空間具有在所述噴嘴外端附近的一外端；(e)所述噴嘴的外端延伸接近或超出噴焰器頭的外周表面；(f)每一噴嘴的內(nèi)端同與所述相應(yīng)的噴嘴口相關(guān)的燃料通道密封結(jié)合，以便每一噴嘴的燃料通道外端與所述燃料集氣室流體相通；并且(g)每一孔隙空間與所述輔助集氣室流體連通，并與所述噴焰器頭的外周表面相交，以便所述輔助氧化氣體可從所述輔助集氣室流入所述孔隙空間并在其外端處流出。
2.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，還包括一扶正裝置，以使所述噴焰器頭的縱向軸線與割縫襯管的縱向軸線大致對齊。
3.如權(quán)利要求2所述的去毛刺裝置，其中，所述的扶正裝置包括多個設(shè)置在所述噴焰器載體外周周圍的摩擦棒，每一摩擦棒可旋轉(zhuǎn)地安裝到托架上，所述的托架鉸接地安裝到所述噴焰器載體上，并且每一托架具有用于使相關(guān)的摩擦棒徑向地向外伸出的偏置裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，還包括在所述噴嘴后部的一火焰罩。
5.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，還包括用于調(diào)節(jié)流到所述噴嘴的所述燃料混合物的壓力的裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，還包括用于調(diào)節(jié)流入到所述孔隙空間的所述輔助氧化氣體的壓力的裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，還包括一噴焰器頭冷卻裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的去毛刺裝置，其中，所述噴焰器頭限定一個或多個用于容納循環(huán)的冷卻劑的冷卻劑循環(huán)室。
9.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，所述噴嘴口以大致相同的間距圍繞在所述噴焰器頭的周圍。
10.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，至少一個噴焰器噴嘴相對于所述噴焰器頭的縱向軸線徑向地定位。
11.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，至少一個噴焰器噴嘴以大致垂直于所述噴焰器頭的縱向軸線的方式定位。
12.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，至少一個噴焰器噴嘴朝所述噴焰器頭的前端傾斜。
13.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，至少一個噴焰器噴嘴相對于所述噴焰器頭的縱向軸線傾斜地定位。
14.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，至少一個噴嘴的燃料通道具有一收縮部分以便使從其中流出的燃料混合物加速。
15.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，至少一個噴焰器噴嘴為一MIG噴嘴。
16.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，至少一部分孔隙空間為環(huán)形截面。
17.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，還包括用于使所述噴焰器頭相對于所述割縫襯管移動的致動裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的去毛刺裝置，其中，所述致動裝置用于保持所述割縫襯管縱向靜止而使所述噴焰器頭移動通過所述割縫襯管。
19.如權(quán)利要求17所述的去毛刺裝置，其中，所述致動裝置用于保持所述噴焰器頭縱向靜止而使所述割縫襯管移動通過所述噴焰器頭。
20.如權(quán)利要求17所述的去毛刺裝置，其中，還包括噴焰器頭速度控制裝置，其用于控制所述噴焰器頭相對于所述割縫襯管的運(yùn)動速度。
21.如權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置，其中，還包括溫度監(jiān)測裝置，其用于監(jiān)測所述噴嘴附近的襯管的溫度。
22.如權(quán)利要求20所述的去毛刺裝置，還包括溫度監(jiān)測裝置，其用于監(jiān)測所述噴嘴附近的襯管的溫度，其中，所述噴焰器頭速度控制裝置用于根據(jù)所述溫度監(jiān)測裝置測試到的襯管溫度變化而調(diào)節(jié)所述噴焰器頭的速度。
23.一種從割縫金屬襯管的內(nèi)表面去毛刺的方法，所述方法包括如下步驟(a)提供具有一個或多個噴焰器噴嘴的一噴焰器頭；(b)將包括燃燒氣體和主氧化氣體的燃料混合物輸送至所述一個或多個噴焰器噴嘴；(c)點(diǎn)燃流出一個或多個噴焰器噴嘴的燃料混合物，從而產(chǎn)生一個或多個噴焰器火焰；(d)在緊鄰每一噴焰器火焰處引入輔助氧化氣體以便將火焰溫度升高到足以大致燒除所述割縫襯管內(nèi)表面上存在的金屬毛刺的溫度；以及(e)以合適的速度使所述噴焰器頭通過所述割縫襯管，使得所述噴焰器火焰直接對著所述割縫襯管的內(nèi)表面，從而大致燒除所述金屬毛刺。
24.一種從割縫金屬襯管的內(nèi)表面去毛刺的方法，所述方法包括步驟(a)將包括所述燃燒氣體和所述主氧化氣體的燃料混合物引入權(quán)利要求1所述的去毛刺裝置的噴焰器頭的燃料集氣室，以便所述燃料混合物流入所述噴焰器頭的噴焰器噴嘴的燃料通道；(b)點(diǎn)燃流出所述噴焰器噴嘴的燃料通道的燃料混合物以產(chǎn)生噴焰器火焰；(c)將所述輔助氧化氣體引入所述噴焰器頭的輔助集氣室，以便所述輔助氧化氣體流出所述噴焰器噴嘴周圍的孔隙空間；(d)調(diào)節(jié)所述燃料混合物和所述輔助氧化氣體各自的流動壓力，以便所述噴焰器火焰具有能夠大致燒除割縫襯管內(nèi)表面上存在的金屬毛刺的溫度；以及(e)以合適的速度使所述噴焰器頭通過所述割縫襯管以便所述噴焰器火焰直接對著所述割縫襯管的內(nèi)表面，從而大致燒除所述金屬毛刺。
25.如權(quán)利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述的使所述噴焰器頭通過所述割縫襯管的步驟是通過保持所述襯管縱向地靜止并移動所述噴焰器頭通過所述襯管而實(shí)現(xiàn)的。
26.如權(quán)利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述的使所述噴焰器頭通過所述割縫襯管的步驟是通過保持所述噴焰器頭靜止并使所述襯管通過所述噴焰器頭實(shí)現(xiàn)的。
27.如權(quán)利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，還包括相對于所述噴焰器頭旋轉(zhuǎn)所述襯管的步驟。
28.如權(quán)利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述噴焰器頭限定了一個或多個冷卻劑循環(huán)室，并且還包括使冷卻劑流體循環(huán)通過所述冷卻劑循環(huán)室的步驟。
29.如權(quán)利要求28所述的去毛刺的方法，其中，所述冷卻劑流體為液態(tài)冷卻劑。
30.如權(quán)利要求29所述的去毛刺的方法，其中，所述液態(tài)冷卻劑包括水。
31.如權(quán)利要求29所述的去毛刺的方法，其中，所述液態(tài)冷卻劑包括乙二醇。
32.如權(quán)利要求28所述的去毛刺的方法，其中，所述冷卻劑流體包括冷卻氣體。
33.如權(quán)利要求32所述的去毛刺的方法，其中，所述冷卻氣體包括空氣。
34.如權(quán)利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述燃燒氣體是從由MAPP氣體、乙炔、丙烷和天然氣組成的組中選擇出的。
35.如權(quán)利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述燃料混合物大致是按化學(xué)計(jì)量平衡的。
36.如權(quán)利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述主氧化氣體包括大致純凈的氧氣。
37.如權(quán)利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述輔助氧化氣體包括大致純凈的氧氣。
38.如權(quán)利要求23或24所述的去毛刺的方法，其中，所述輔助氧化氣體包括空氣。
全文摘要
一種從割縫金屬襯管內(nèi)去除毛刺的裝置和方法，其將所述毛刺暴露于高強(qiáng)度的氣體火焰，以有效地氧化或燒除毛刺，而不會使割縫襯管內(nèi)的母體金屬達(dá)到不理想的水平。這是通過使用噴焰器頭組件而實(shí)現(xiàn)的，所述噴焰器頭具有多個徑向設(shè)置在噴焰器頭外周周圍的氣體噴焰器噴嘴，從而在噴焰器頭通過割縫襯管的內(nèi)部時，火焰直接對著襯管的內(nèi)表面。在噴嘴出口處引入輔助氧氣，以便使火焰的速度和強(qiáng)度大大升高，從而增加火焰的溫度。所述的輔助氧氣通過噴嘴周圍的環(huán)形通道而被引入的，以便所述的輔助氧氣在每一噴嘴處的火焰周圍形成筒形的屏蔽。
文檔編號B23K7/00GK1777486SQ200480010432
公開日2006年5月24日 申請日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者邁克·克拉爾霍特 申請人:里根特技術(shù)有限公司