本申請要求2015年8月12日提交的、名稱為“用于生產超長管件的裝置、制品、組分和方法及其使用(Apparatus,Manufacture,Composition and Method For Producing Long Length Tubing and Uses Thereof)”的美國臨時申請No.62/204,204的權益，其通過引用以其全部內容并入本文。

技術領域

本實用新型涉及金屬管件，以及用于制備該金屬管件的方法和材料。更具體地，本實用新型涉及用于制備例如在石油和天然氣鉆井、油氣提取和維持(maintenance)中應用的具有大長度的管件的材料和方法。

背景技術：

用于制備超長管的各種方法和材料是已知的，例如，用于石油和天然氣工業(yè)中。石油和天然氣盤繞管件(oil and gas coiled tubing，CT)已經被界定為任意管狀的產品，其被制造為在制造過程中需要纏繞到卷盤上的長度。在使用前，管被儲存在卷盤單元上然后在被插入到井眼內進行操作之前被標稱地(nominally)拉直。當在使用后從井眼收回時，該管件在不使用的時候被重新盤繞回卷盤單元上。管件直徑通常在0.75英寸(in.)到4英寸的范圍內，且管件長度超過30000英尺(ft.)的單個卷盤已經投入商業(yè)制造。

目前使用的大多數(shù)CT以低合金碳鋼板材的大盤繞卷開始。起始的板材盤繞卷可能高達55英寸寬和超過24噸重。每一盤繞卷中的板材長度取決于板材厚度且在針對0.087英寸規(guī)格的3500英尺到針對 0.250英寸規(guī)格的1000英尺的范圍之間。為了獲得CT應用所需的大的長度，例如30000英尺，板材必須在CT工業(yè)被稱為“偏差節(jié)點(bias joint)”的地方被連續(xù)地疊接在一起。然后，板材被滾軋以形成圓形的管狀形狀，并使用高頻感應焊接工藝(High Frequency Induction welding process)(或等同的焊接工藝)進行滾焊(seam welded)。最終，在被運輸至操作位點之前，30000英尺長的連續(xù)管件被包裹在大直徑卷盤單元上以進行壓力測試。

根據(jù)傳統(tǒng)的無縫管制造工藝來生產無縫管件也是已知的。例如，坯料(billet)在附接至推鋼機(ram)的芯棒上被擠壓，如在美國專利No.2,819,794,3,411,337,3,455,137和/或3,826,122中所公開的，或用沖孔芯棒(piercing mandrel)來沖孔，如在美國專利No.2,159,123中所公開的。擠壓或沖孔可以在隨后伴隨有拉拔工藝(drawing process)。由于坯料容器的限制以及較低的擠壓速率、沖壓能力和搬運設備的組合，用于管件制造的大多數(shù)工藝的能力被限制為有效地生產超長(即，大于1000英尺)的高強度無縫管件。當期望例如用于CT的無縫管件的長度較長(例如，長于1000英尺)時，使用例如焊接(熔融，固態(tài)等)或機械接合的接合技術將具有較短長度的管件接合起來。典型地，接合點顯著地削弱了由此產生的CT管，且在許多更具挑戰(zhàn)和高價值的應用中限制了其實用性。除了結構性能的降低，這些接合技術中的許多技術還可能不利地影響管件的空間要求(claim)和/或腐蝕性能，這進一步限制了它們的應用。因此，仍然需要用于制備超長管件的替代方法、裝置和材料。

技術實現(xiàn)要素：

本公開的主題涉及一種用于制備超長管件的方法，包括：提供熔融金屬的來源；連續(xù)地將所述熔融金屬供應至成型裝置；將所述熔融金屬成型為具有選定長度的加長的管件。

根據(jù)另一實施方式，成型的工藝是通過連續(xù)擠壓實現(xiàn)的。

根據(jù)另一實施方式，成型的工藝包括成型實心棒且然后將所述實 心棒成型為中空管。

根據(jù)另一實施方式，所述實心棒被通過曼內斯曼(Mannesmann)工藝成型為所述中空管。

根據(jù)另一實施方式，所述實心棒被通過一致性(Conform)工藝成型為所述中空管。

根據(jù)另一實施方式，所述實心棒具有削弱的中心區(qū)域，所述中心區(qū)域隨后通過拉拔穿過沖模而被加大，所述沖模具有在所述中心區(qū)域內的浮動芯軸。

根據(jù)另一實施方式，所述熔融金屬是鋁合金。

根據(jù)另一實施方式，所述熔融金屬是鎂合金。

根據(jù)另一實施方式，所述熔融金屬是鈦合金。

根據(jù)另一實施方式，所述熔融金屬是鋼合金。

根據(jù)另一實施方式，進一步包括在成型步驟后改變所述管件的尺寸的步驟。

根據(jù)另一實施方式，改變的步驟通過穿過沖模拉拔所述管件來實施。

根據(jù)另一實施方式，改變的步驟包括在當所述管件在拉拔步驟期間穿過所述沖模被拉拔時所述管內定位浮動芯軸。

根據(jù)另一實施方式，進一步包括通過熱軋、冷軋或銑削中的至少一者來機械加工所述管的步驟。

根據(jù)另一實施方式，進一步包括通過均質化、固溶熱處理或淬火中的至少一者來熱處理所述管的步驟。

根據(jù)另一實施方式，進一步包括將所述管件盤繞成盤繞卷的步驟。

根據(jù)另一實施方式，成型的步驟包括成型加長的板材，然后沿縱向地將所述加長的板材滾軋成管和沿著縱向縫口焊接。

根據(jù)另一實施方式，進一步包括將所述加長的板材盤繞成盤繞卷且然后接著在縱向地滾軋和焊接之前將所述加長的板材展開的步驟。

根據(jù)另一實施方式，進一步包括在滾軋步驟之前熱處理所述加長 的板材的步驟。

根據(jù)另一實施方式，超長管件具有管，所述管具有大于1000英尺的長度、沿著其整個長度是無縫的且具有鋁合金的材料組分。

根據(jù)另一實施方式，所述合金是2xxx系列。

根據(jù)另一實施方式，所述鋁合金選自如下所述美國鋁業(yè)協(xié)會(AA)注冊的合金中的一者：2001、2014、2014A、2214、2015、2015A、2017、2017A、2117、2219、2319、2419、2519、2022、2023、2024、2024A、2124、2224、2224A、2324、2424、2524、2624、2724、2824、2025、2026、2027、2029、2034、2039、2139、2040、2050、2055、2056、2060、2065、2070、2076、2090、2091、2094、2095、2195、2295、2196、2296、2097、2197、2297、2397、2098、2198、2099、2199。

根據(jù)另一實施方式，所述管件顯示出周期性應變硬化反應。

附圖說明

為了對本公開內容更加完整的理解，參考與附圖一起結合考慮的示例性實施方式的以下具體描述。

圖1是說明進行用于生產根據(jù)本申請的一個實施方式的加長管件的方法的工藝流程的示意圖；

圖2和3是美國專利No.6,712,125中公開的連續(xù)鑄造裝置的剖視圖；

圖4和5是現(xiàn)有技術管拉拔裝置和工藝的概略剖視圖；

圖6是美國專利No.8,245,553中公開的管膨脹裝置和工藝的剖視圖；

圖7是與美國專利No.2,710,433中所公開的類似的連續(xù)桿鑄造裝置和方法的概略描繪；

圖8是美國專利No.361,954中公開的用于由實心構件形成中空構件的一系列工藝步驟和裝置；

圖9是美國專利No.3,765,216中公開的擠壓裝置和方法的透視 圖；

圖10是美國專利No.3,623,535中公開的連續(xù)桿鑄造裝置和方法的概略圖；

圖11是進給至油氣井中的CT的透視圖；

圖12是對于三種類型鋼管件和一種類型鋁管件的疲勞損壞循環(huán)—壓力曲線圖；

圖13A和13B分別是對于鋼和鋁合金管件樣品的應力—應變曲線圖。

具體實施方式

圖1示出可以用于生產根據(jù)本公開內容的一個實施方式的超長(例如，大于1000英尺)金屬管件的系統(tǒng)10。熔融金屬12的連續(xù)供應(諸如在用于熔融的鋼或鋁合金的保溫爐/儲液器中)以在可持續(xù)的基礎上足以供應隨后的加工裝置/步驟(14、16等)的速率和體積提供熔融的金屬。熔融金屬12的供應可以由一個或多個鋁熔煉爐或鋼熔爐(未示出)的輸出而連續(xù)地填滿。所使用的金屬將包括高強度鋼、鋁、鎂、和鈦合金。圖1的系統(tǒng)10具有用于生產管件的可替換的裝置和加工途徑。在第一種方法中，從熔融金屬12的供應獲得的金屬通過使用連續(xù)擠壓/鑄造裝置/工藝被連續(xù)地擠壓/鑄造14為實心桿或空心管，該連續(xù)擠壓/鑄造裝置/工藝在以下美國專利中被描述：標題為“連續(xù)壓力熔融金屬供應系統(tǒng)和方法”的美國專利No.6,536,508、標題為“用于使用熔融鋁材高壓擠壓的裝置和方法”的美國專利No.7,934,627、標題為“用于形成連續(xù)金屬條的連續(xù)壓力熔融金屬供應系統(tǒng)和方法”的美國專利No.6,915,837、標題為“連續(xù)壓力熔融金屬供應系統(tǒng)和方法”的美國專利No.6,712,126、標題為“用于形成連續(xù)金屬條的連續(xù)壓力熔融金屬供應系統(tǒng)和方法”的美國專利No.6,712,125以及標題為“用于熔融金屬供應系統(tǒng)的注射器(injector)”的美國專利No.6,708,752。上述美國專利中的每一個均由本申請的受讓人所擁有，其通過引用以它們的全部并入本文，并且在下文可以被共同地稱為“美 鋁專利”。

圖2和3采自所述美鋁專利的美國專利No.6,712,125，并且說明了在其中公開的連續(xù)鑄造/擠壓裝置114的多個方面，該裝置114用泵輸送儲液器232中的金屬234通過沖模(die)306(圖2)?？商鎿Q地，金屬可以在形成實心桿402R或空心管狀擠壓件/鑄造件402T的一個或多個沖模孔412中被泵送到歧管140(圖3)。在上述美鋁專利中描述的裝置將用于熔融的鋁或鎂合金。如專利No.6,712,125中所描述的，對于鋼材，裝置114的某些部分可以要求由更高耐熱性的材料制成，以在保持鋼材熔融所需要的更高溫度下運作，更具體地，可能需要諸如氧化鋯的穩(wěn)定的耐火材料。對于鈦，該裝置的某些部分可能需要甚至更高的承溫能力和更低反應性的材料?？赡苄枰T如鎢(可能具有鋯涂層)的材料。在中空擠壓件(管件14T)以圖1的裝置/步驟14被生產的實例中，該中空擠壓件然后可以被拉拔和成形16(例如，通過穿過用于進行一系列拉拔工藝的一個或多個拉拔沖模)，從而產生所需要的質量、強度和尺寸精度。穿過沖模511對管件514T的連續(xù)向下拉拔工藝可以在具有如(圖4)中所示的浮動芯棒513和不具有浮動芯棒513(圖5)的情況下使用。在具有和不具有內部的浮動芯棒的情況下進行拉拔工藝是本領域中已知的。內部芯棒給出諸如同心度和表面光潔度提高的許多優(yōu)勢。在不具有內部芯棒的情況下進行給出諸如較低運行成本和較低拉拔力的其它優(yōu)勢。最好的工藝依賴于很多性能和商業(yè)需求?？赡苄枰獌炔啃景簟⒒虿恍枰獌炔啃景?、或者二者的組合來生產出最好的產品。

如果擠壓的(進料的(feed))管14T(圖1)需要被擴大，例如，在具有來自桿鑄造機的小的中央孔洞或弱化的核心區(qū)域的桿的情況下，如以下更加充分地被描述的那樣，膨脹芯棒(諸如如圖6中所示的和美國專利No.8,245,553中公開的膨脹浮動芯棒)可以被用于膨脹該管。雖然拉拔裝置和工藝16(圖1)單獨可能能夠生產所需要的幾何形狀和材料性質，可能需要一些成直線的(in-line)、熱量的和可能機械的工藝18(諸如均質化、固溶化、淬火、熱軋、冷軋和銑削) 以產生強度、斷裂韌度、抗疲勞度和抗腐蝕性的最優(yōu)組合。確定尺寸的、連續(xù)的且處理過的管件然后可以在卷盤中的卷帶軸上被盤繞以儲存20和運輸。

盤繞管件在盤繞至獲得期望的材料性質之后(例如，在成批熱處理19中)可以可選擇地被熱加工。

在所述美鋁專利中公開的裝置和方法可以用于生產實心的擠壓或鑄造桿14R(圖1)、402R(圖3)而不是管件，并且這種桿14R、402R可以進一步被加工以形成中空的管件，如下文所述。實心桿14R的另一來源是在來自諸如Properzi、Lenaeus和Hazelett的發(fā)明人的美國專利號US2710433、US2865067、US3623535、US378542中公開的裝置和方法，這些專利通過引用以其全部并入本文并且公開了用于通過熔融鋁從鑄造輪(casting wheel)之上的漏斗流出來連續(xù)鑄造金屬棒或桿的裝置和方法。圖7概略地示出如美國專利No.2,710,433中所描述的用于連續(xù)鑄造桿14R的連續(xù)桿鑄造機610。該連續(xù)鑄造機610具有帶有降液管614的上漏斗612，該上漏斗612用于容納和分配熔融的鋁金屬。分配的鋁被接收到具有將鋁引導到鑄造輪620上的澆注槽618的下漏斗616中。鑄造輪620由模具注油器622加油。沉積在鑄造輪上的鋁通過被水箱626冷卻的連續(xù)帶624而被緊靠鑄造輪620的表面壓制和成形，固化并冷卻沉積在鑄造輪620上的熔融鋁。帶注油器628將油噴灑到帶624上。這種生產金屬桿的裝置和方法(即，連續(xù)桿鑄造(圖1))也可以代替由以上通過引用并入的美鋁專利所提供的連續(xù)桿擠壓/鑄造14而被使用。且不論連續(xù)金屬桿的來源，(14或21)桿14R必須形成為管子形狀，即，提供有內部空洞以產生連續(xù)的管件產品14T。在一種方法中，如美國專利No.361,954中所描述的曼內斯曼軋管法(Mannesmann process)可以用于在桿中產生連續(xù)的中央孔洞以形成連續(xù)管。這種曼內斯曼軋管法以圖8的步驟A-F被說明，其中，桿14R被重新成形為管14T。在形成管結構14T之后，該管然后可以通過以上所述的并且參考圖4和5和6的(如果孔洞需要被加大)拉拔/成形/切成所需尺寸(dimensioning)步驟16而被確 定尺寸和成形。從曼內斯曼軋管法22輸出的管結構14T可以具有僅需要常規(guī)的連續(xù)向下拉拔工藝的尺寸，在具有浮動芯棒513(圖4)或不具有浮動芯棒(圖5)的情況下，以產生所需要的幾何形狀和材料性質改進?？赡苄枰芍本€的或分批盤繞的(coiled batch)、熱機械加工18和19以產生強度、斷裂韌度、抗疲勞度和抗腐蝕性的最優(yōu)組合。

除了用于加工由桿擠壓或連續(xù)鑄造14、21產生的桿14R的曼內斯曼軋管法22之外，桿14R還可以通過如美國專利No.3,765,216、4,055,979和5,167,138中所描述的一致性(conform)連續(xù)擠壓工藝24(圖1)由類似圖9中所說明裝置的裝置24D形成為管子形狀。根據(jù)本公開內容，可以使用一致性連續(xù)擠壓來生產超長的無縫管件。在一種方法中，一致性裝置24D和方法將接受連續(xù)進料桿14R并且以應用所需要的最終尺寸生產出連續(xù)的擠壓管14T?？商鎿Q地，一致性工藝可以用于提供具有以下尺寸的管14T，該尺寸僅需要常規(guī)的連續(xù)向下拉拔工藝，在具有浮動芯棒513(圖4)或不具有浮動芯棒(圖5)的情況下，以產生所需要的幾何形狀和鑄造材料性質改進。而且，可能需要一些成直線的或分批盤繞的、熱機械加工以產生強度、斷裂韌度、抗疲勞度和抗腐蝕性的最優(yōu)組合。

作為進一步的可替換方式，第一步驟可以使用改良的桿鑄造工藝從而提供具有中央孔洞或集中的弱化區(qū)域的桿的連續(xù)長度。具有中央孔洞或集中的弱化區(qū)域的桿可以通過精確控制固化期間的徑向熱提取的速率、管的生產速率、以及控制固化期間送料熔融金屬到桿核心的能力而在改良的桿鑄造機上被生產。圖10示出如美國專利3,623,535中公開的這種類型工藝，并且說明了常規(guī)的桿鑄造工藝期間固化的各個階段。如圖10中所示和如US 3,623,535中所描述的，在常規(guī)的桿鑄造工藝期間，固化首先在外側發(fā)生并且向內移動到核心。通過控制徑向熱提取的速率、桿通過鑄造機被送料的速率以及熔融金屬送料容器的高度，可以在桿的中央處產生集中的孔洞或弱化區(qū)域。這些中央孔洞或集中的弱化區(qū)域然后可以使用近似于圖6中所示出的 膨脹浮動芯棒513而被隨后加大。膨脹芯棒將形成具有所需要的尺寸或如下尺寸的無縫管件，該如下尺寸僅需要常規(guī)的連續(xù)向下拉拔工藝，在具有浮動芯棒513(圖4)或不具有浮動芯棒(圖5)的情況下，以產生所需要的幾何形狀和材料性質改進?？赡苄枰芍本€的或分批盤繞的、熱機械加工以產生強度、斷裂韌度、抗疲勞度和抗腐蝕性的最優(yōu)組合。這一可替換的工藝將使用所有高強度金屬材料(即，高強度鋼、鋁、鎂和鈦合金)來運作。

應用

盤繞管件(CT)應用環(huán)境極端不利。它們是腐蝕性的，相對高溫度和結構挑戰(zhàn)性的環(huán)境。圖11示出用于將盤繞管件1012的卷盤1010運輸?shù)骄⑶覍⑺归_進入到井眼WB中的裝置1000。將盤繞管件1012盤繞在卷盤1010上的行為在管件1012上施加巨大壓力，因為形成盤繞卷的內表面的管件1012的側被壓縮并且外表面被拉伸(張緊)。當管件1012從卷盤1010展開盤繞并且拉直管件以傳送至注射器1014的時候，這種壓縮和張緊被反轉。管件1012在導向拱/鵝頸部1016之上被彎曲以改變方向從而進入井眼WB，導致彎曲和拉直的第二次循環(huán)。一旦在井中，管件1012經受附加的負荷，例如，由于來自注射器1014的真實長度而被懸浮(suspended)、彎曲以符合井眼并且經受壓力下的流體。管件1012在插入和在井眼WB內執(zhí)行任務期間(諸如，井眼清潔操作期間)還可以經受機械扭轉、推動和拉動。當將管件1012從井眼WB收回的時候，移除過程包括類似的彎曲、展開和壓縮，隨著它被收回和當它被再次盤繞在卷盤1010上時。這一順序事件在管件1012的使用壽命中可以發(fā)生很多次，并且管件1012在降解前越能更好地承受這種使用類型，使用壽命就越長。如能夠被領會的那樣，由于管件的制造和運輸昂貴，管件1012使用壽命的任何延長均轉化為大量的成本節(jié)約。

合金

通常，鋼合金需要承受CT遭受的機械力。作為本公開內容的一方面，本申請發(fā)明人認識到，雖然絕大多數(shù)鋁合金在這些極具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中將無法生存，但是用本文所公開的鋁合金作為用于石油和天然氣市場的鋼CT合金(steel CT alloys)的替代品仍然是可能的。具體地，可以使用2xxx系列的可熱處理的鋁合金，例如AA2040或AA2029。此外，任何具有50ksi的最小拉力屈伸強度(Tensile yield strength)的2xxx系列的可熱處理的合金都可能是可用的。這包括但不限于AA注冊合金：2001、2014、2014A、2214、2015、2015A、2017、2017A、2117、2219、2319、2419、2519、2022、2023、2024、2024A、2124、2224、2224A、2324、2424、2524、2624、2724、2824、2025、2026、2027、2029、2034、2039、2139、2040、2050、2055、2056、2060、2065、2070、2076、2090、2091、2094、2095、2195、2295、2196、2296、2097、2197、2297、2397、2098、2198、2099、2199.

在該組分范圍內的鋁合金展現(xiàn)了用于CT的優(yōu)良性能。更具體地，它們展現(xiàn)了高強度、增強的韌性(toughness)、損傷容限(damage tolerance)以及抗腐蝕性的組合，在石油和天然氣CT的應用中尤其有用。這些合金在可見于CT的許多應用的高溫和暴露時長(duration of exposure)也展現(xiàn)了良好的強度和韌性。所述選定的鋁組分在單一軸向(uni-axial)的低循環(huán)(應變(strain)受控以及高塑性應變范圍)疲勞測試中，與當今在使用中的許多CT鋼的表現(xiàn)相同或更好。由于鋁相比于鋼的較低的重量，由本公開內容所披露的鋁合金制成的CT在低壓力應用中顯示出顯著的重量減輕。

在應變受控、高塑性應變范圍疲勞測試中，所述選定的鋁組分相比于CT鋼以較低的速率積累可塑性(plasticity)。對于CT的應用，這可以轉化為鋁CT在較低內部壓力下壽命的延長，同時提供顯著的重量減輕。當被擠壓(extruded)成無縫的CT管時，所公開的鋁組分在加壓的雙軸向(bi-axial)的低循環(huán)(應變受控以及高塑性應變范圍)疲勞測試中，與當今在使用中的許多CT鋼的表現(xiàn)相同或更好。這些 測試在CT工業(yè)中被用來測度具有特定管尺寸的CT合金的性能。這在實驗室環(huán)境中驗證了當使用本申請中選定的鋁組分以顯著地重量減輕的機會。這些測試的結果的一個例子在圖12中示出。圖12顯示了在變化的壓力下受測的等效截面管的低循環(huán)疲勞性能。該圖示出了一種美國鋁業(yè)公司(Alcoa)的鋁合金(即C002D)以及三種常見的鋼合金(即QT-700、QT-800和QT-900)在從70ksi(QT-700)到90ksi(QT-900)的不同的靜態(tài)屈服應力下的性能。這些鋼管是被用于現(xiàn)今的盤繞管件的應用(如下文所描述的)的許多鋼管的代表。C002D是一種在組分上類似于AA2040的合金，其具有大于50ksi的屈服強度。鋁合金測試的三條線被示出?！癕ax”的數(shù)據(jù)是表現(xiàn)最好的測試結果，“Med”是居中的測試結果，以及“Min”是最小的測試結果。該曲線圖顯示了鋁合金比鋼合金表現(xiàn)得更好?？紤]到鋁制管可以提供約66％的重量減輕，這具有重要意義。鋼制的盤繞管件目前在美國由三家主要的CT供應商制造和供應。這包括優(yōu)質管道-國民油井華高公司(Quality Tubing-National Oilwell Varco)、泰納瑞斯公司(Tenaris)以及全球油管公司(Global Tubing)。雖然使用的基礎鋼合金在成分上相似，命名習慣根據(jù)供應商而變化。Quality Tubing產品從QT-700、QT-800、QT-900到QT-1300。全球油管公司(Global Tubing)提供范圍從GT-80直到GT-110的產品。泰納瑞斯公司(Tenaris)提供范圍從HS-70到HS-110的產品。所有這些供應商采用在下文描述的輥軋成型和高頻縫焊工藝來制造其管件。

本公開內容的鋁組分相比于典型的CT鋼合金的另一有益性質為，所述鋁組分具有在CT運轉期間發(fā)生的低循環(huán)(高塑性應變范圍)疲勞事件期間周期性硬化的能力。普通CT鋼在低循環(huán)(高塑性應變范圍)疲勞事件下周期性地軟化。該應變硬化特性使得在較高壓力CT應用中通過所述選定的鋁組分能顯著地減輕重量。鋼的應變受控的周期性軟化和鋁的周期性硬化的例子在圖13A和圖13B中示出，圖13A和圖13B來自題目為“現(xiàn)代疲勞分析設計基礎”(Fundamentals of Modern Fatigue Analysis for Design)的文章，美國金屬協(xié)會的關于 疲勞和斷裂的手冊(ASM Handbook on Fatigue and Fracture)第19卷，第235頁。其中，M為單調的(monotonic)并且C為循環(huán)應力(cyclic stress)。在圖13A中，SAE 1005-1009的鋼樣本從0.13英寸的厚度被冷軋至0.109英寸的厚度，展現(xiàn)了約65ksi的單調的屈服強度。在塑性應變范圍內循環(huán)該鋼樣本后，屈服應力經過一定數(shù)量的循環(huán)時減少并最終穩(wěn)定在約38ksi。該材料響應被描述為應變軟化材料響應。對于圖13B中描繪的2024-T351鋁的樣本，該情況相反。此鋁合金展現(xiàn)了材料的循環(huán)應變硬化反應。在該情況下，單調屈服(yield)為約45ksi到56ksi，分別取決于該單調屈服是在壓縮還是張緊中測試的。在塑性應變范圍內循環(huán)鋁樣本后，屈服應力經歷一定數(shù)量的循環(huán)而增加并最終穩(wěn)定在約63ksi。穩(wěn)定的屈服應力是盤繞管件的性能中的關鍵要素。作為本公開內容的一方面，應理解，本公開內容的鋁合金的應變硬化能力相較于鋼合金的應變軟化是將鋁運用到CT的優(yōu)勢。

如上所述，采用鋁作為CT的材料導致盤繞卷盤的單位重量相比于現(xiàn)用的鋼盤繞卷盤的單位重量顯著的減少。盤繞管件的卷盤通常在定制的(custom)CT拖拉機拖車(tractor trailers)上由商用車輛從一地運輸?shù)搅硪坏?。這些車輛使用美國和外國的進行石油和天然氣開采活動的道路和橋梁系統(tǒng)。重量減輕的重要性由于這些車輛總重量而發(fā)揮作用。CT車輛平均具有約165000磅的總車重。更新、更高容量的車輛達到240000磅以上的總車重。鋼制盤繞管件的卷盤在任何地方重達80000到110000磅，取決于CT的應用和相應的尺寸，從鋼轉換為鋁能夠潛在地減輕25000到50000磅或更多的重量。盤繞卷盤的單位重量的減少顯著地減少卡車或拖車必須運載的負荷。僅該重量減少就對該產業(yè)是重要的。此外，由于他們的結構負荷要求將會顯著地減少，所以盤繞卷盤重量的減少還使得運輸CT的車輛顯著地減輕。定制的高容量CT車輛需要特殊許可以在公用道路上行駛。這些許可是昂貴的并且在各個國家以及在特定國家的各個縣之間的許可要求都不一樣。此外，還要考慮橋梁的額定載荷限制(load rating limits)。如果超出這些限制，則需要使用替代路線，這通常代表著對運營者的 額外的時間和花費。進一步，如果CT卡車超出特定道路的載荷限制，它們可能因為不遵守限制而被罰款。

根據(jù)本公開內容的鋁CT的另一顯著的優(yōu)勢是，在使用中減少井下(downhole)的扭矩和阻力。在10磅/加侖(lg/gal)的泥中，鋁CT的重量為相同尺寸的鋼CT的24％。在特定的井剖面中(in certain well profiles)，扭矩和阻力的減少可以促進在屈曲之前的更長的行程，更低的軸向應力和較少的伸展和纏繞(windup)。利用鋁而不是現(xiàn)用的鋼的另一益處是通過回收的更好的可持續(xù)發(fā)展性?；厥帐褂煤蟮匿X目前提供比鋼多約8到10倍的回收價值。

將鋁合金用于有縫管的制備

雖然如上文描述的，不具有連接或接縫的連續(xù)長度的鋁管展現(xiàn)了有益的特質，但是可能有需要有縫鋁管的情況，例如，在那些情況中現(xiàn)有的鋼管形成設備被用于制造管件?，F(xiàn)有技術中有縫管的制備按照以下的方法使用鋼進行。在CT的直徑被選定后，具有合適的厚度的鋼的主盤繞卷(master coil)，以形成管的周長所需的寬度被切割成條狀。然后，多片經切割的鋼被首尾相接地焊接以形成連續(xù)長度的鋼。被焊接的鋼片之后被卷到收帶(take-up)卷盤上，直至積累了足夠長度的鋼。之后，鋼板從盤繞卷被繞下，并穿過一系列輥軋(roller die)，機械地將扁平的鋼軋成管狀。在最后一組成型輥(forming rollers)之前的一個點，管壁的邊緣被非常接近彼此地放置。之后，這些邊緣通過被稱為高頻感應(HFI)焊接的電焊過程被連接在一起。在需要時，額外的順序過程(in-line processing)諸如焊瘤去除、焊縫退火、熱處理和渦流檢測(eddy-current inspection)也可以是該工藝中的一部分。在運輸之前，工藝的最后的步驟為盤繞和壓力測試過程。

作為本公開內容的一個方面，應理解，上文公開的2XXX鋁可以被用于形成具有縱向焊縫和不連續(xù)的橫向焊縫以連接管的長度從而形成更長長度的傳統(tǒng)的管。本公開內容的另一方面，應理解，超長金屬管，諸如CT，可以使用連續(xù)長度的扁平鋁合金備件(stock)來成 形，該鋁合金備件隨后被卷成圓筒(cylinder)并且在縱向焊縫處接合，但是由于扁平備件的長度，不需要橫向的接合?？蛇x地，橫向的接合可以被用于連接較短長度的鋁扁平備件。在一個可選項中，超長的扁平鋁備件被接納在存儲片軸上(the long length of flat aluminum stock is taken up on a storage spool)，即盤繞的，并且隨后被展開(unspooled)以扎制(rolling)和接縫(seaming)。在另一方面，該長的扁平鋁備件被軋制成圓筒(管)并且如其被制造的那樣被縱向地接合，例如，通過連續(xù)鑄造。生產上文提到的長的扁平鋁備件的示例性的連續(xù)板材或板鑄造過程被公開在美國專利號為6,672,368的“鋁的連續(xù)鑄造”(Continuous Casting of Aluminum)和美國專利號為7,125,612“有色金屬的鑄造”(Casting of Non-Ferrous Metals)，其兩者都由本申請的受讓人所擁有，并且他們全部內容通過引用并入本文。生成的(resultant)圓柱形管件之后被盤繞在卷盤上來儲存，避免了子長度在橫向連接上的接合。在本實用新型的另一方面，鋼扁平備件的連續(xù)長度可以使用上文描述的連續(xù)工藝中的一個而被產生，例如，連續(xù)鑄造，并且之后被軋制成圓筒(管)并且被接合來生成期望的給定長度的沒有橫向焊縫的連續(xù)管件?？蛇x地，連續(xù)的扁平鋼備件在展開(uncoiling)之前可以被盤繞、軋制以及沿縱向接縫接合以生成給定長度的沒有橫向焊縫的連續(xù)管件。

用于本公開內容管件的示例性使用

隨著將來需要更加深入和偏遠的勘探、鉆井和提取，由于盤繞卷相當重且不能以節(jié)省成本和具有時效性的方式從一個地方運輸至其它地方，因此，超長盤繞管件產品會變得難于負擔。根據(jù)本公開內容生產的盤繞管件可用于多種應用，包括與清掃沙子或高效運輸固體物有關的井下干預和鉆井應用。從井眼中清潔出沙子或固體物的過程要求將流體向下泵入井中，將固態(tài)物捕獲到洗滌流體中，接著將固態(tài)物攜載到表面。盤繞管件可以被注入(injected)和用作虹吸繩(siphon string)以移除水垢(scale)、產生的砂(produced sand)、壓裂砂(frac sand)和廢石(debris)。盤繞管件被大量用于井下干預活動，包括：孔的清掃、給井眼打孔、以及取回和替換損壞的儀器。盤繞管件被用于在較長的水平井眼構造中運輸接線工具和傳遞震動作用。盤繞管件可被用作能被推進至管線的導管，其中該管線的端部附接有特殊的工具。導管允許以一定壓力泵入特殊化學品來移除管線中的水垢和蠟的堆積物。盤繞管件允許實時的井下測量，該井下測量可以用于記錄操作和井眼處理。在一些實例中，CT可用于高壓泵送以將高壓施加到可能產生的儲液器，這導致井眼附近的崩塌且改進了滲透性和儲液器的性能。根據(jù)本公開內容生產的CT管件可用于上述任何應用。

本公開內容的CT還可以用于速度繩(velocity string)。更具體地，根據(jù)本公開內容的盤繞管件快速進入已有的生產井以降低有效的流動面積來允許用自然的儲液器壓力提升儲液器中的水，允許自然壓力維持成熟生產井中的產量。在另一使用中，CT可以用作電動潛水泵(electrical submersible pump,ESP)電纜導管，其中ESP電纜可在安裝之前被插入到盤繞管件中，使得管件變成ESP電纜的支撐構件以快速部署和取回ESP。CT還可用于鉆孔。更具體地，近幾年已經使用用來打孔的向下鉆進的電機作出改進。這些進步已經使得新技術能夠從“母井”中橫向鉆孔。一些新的盤繞管件鉆機能夠鉆孔和探察井(case well)以在節(jié)省時間方面具有驚人的改進。跡象是，具有繁重負擔的盤繞管件鉆孔技術正朝向用于鉆井需求更大的3-1/2”和4-1/2”管件前進。本文公開的制造工藝和合金不限制直徑和壁厚。因此，隨著直徑繼續(xù)增長，鋁能夠在不損失性能的情況下繼續(xù)提供顯著的重量節(jié)省。本公開內容的CT還可用于管線清潔的目的，其中盤繞管件可被用作能被推進至管線的導管，其中該管線的端部附接有特殊的工具。CT允許以一定壓力泵入特殊化學品來移除管線中的水垢和蠟的堆積物。

應當理解的是，本文公開的實施方式僅是示例性的，本領域技術人員可以在不違背要求保護的主題的精神和范圍的情況下做出多種改變和改進。所有這些改變和改進旨在被包括在本公開的范圍內。