一种通过新能源供电加热滚筒提高连续管塑性的设备及方法

本发明涉及一种通过新能源供电加热滚筒提高连续管塑性的设备及方法，属石油钻采井上加热设备技术领域。

背景技术：

连续管技术在油气田钻井、完井、采油、洗井等领域的应用与日俱增，在石油领域发挥着越来越重要的作用，享有“万能作业设备”的美称。连续管在井下作业需要传递轴向力，刚度越高传递轴向力越远，但是在滚筒上缠绕处弯直变形，如果能够增大连续管塑性，就能提高连续管疲劳寿命。

目前，专家学者们开展了提高连续管疲劳寿命的大量研究工作。根据连续管得出的主控载荷，阐述了连续管的多轴原理，并且根据经典的tresca和vonmises准则，建立了一种新的塑性模量，解释了连续管的多轴棘轮效应以及连续管应力-应变之间的关系。基于拉弯-拉直的实际工况，研究了造成连续管低周疲劳寿命的原因，并且以塑性应变为理论基础建立了连续管的低周疲劳寿命模型。借助局部应变法，基于完整连续管低周疲劳寿命模型，引入应力集中系数与应变集中系数建立了含缺陷连续管的低周疲劳寿命模型。以缺陷深度、环向开度、轴向长度和缺陷形状作为研究对象，分别研究了几种缺陷对连续管疲劳寿命的影响。

由此很多公司和研究机构都是从材料制造方面通过改进连续管加工工艺的方法来提高连续管的塑性，以此增加连续管的使用寿命；即便如此，连续管的每一个完整作业过程必然要经历带压循环弯曲阶段，在现场一些复杂的工作状态下，连续管管体在工作过程中依旧会超过材料的屈服强度，出现大范围塑性变形，从而加速疲劳损坏进程，导致其使用寿命低，因此，有必要通过太阳能、风能等新能源的方式供电对滚筒进行加热从而提高连续管的塑性，以此提高连续管的寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种结构简单、装卸方便，以对成品连续管在现场直接加热，从而提高连续管塑性的通过新能源供电加热滚筒提高连续管塑性的设备及方法。

本发明的技术方案是：

一种通过新能源供电加热滚筒提高连续管塑性的设备，包括机架、滚筒、太阳能供电机构、风能供电机构、加热线圈，其特征在于：机架上通过中心轴活动安装有滚筒，滚筒的内壁上设置有加热线圈，滚筒一侧设置有蓄电池，蓄电池与加热线圈电连接，所述滚筒的上方设置有太阳能供电机构，太阳能供电机构与中心轴连接，太阳能供电机构的两侧分别呈对称状设置有风能供电机构，风能供电机构与中心轴连接，所述太阳能供电机构和风能供电机构分别与蓄电池电连接。

所述的太阳能供电机构由装配板、太阳能电池板、连接杆和连接柱构成，装配板之间固装有连接杆，连接杆上通过连接柱安装有太阳能电池板，太阳能电池板与蓄电池电连接，装配板对称设置在滚筒两侧，各装配板的一端分别与中心轴固定连接。

所述的太阳能电池板截面呈半圆弧状体。

所述的风能供电机构由固定杆、锁紧件、风力发电机和风力发电扇叶构成，固定杆上固装有风力发电机，风力发电机的传动轴上装有风力发电扇叶，所述风力发电机与与蓄电池电连接，所述固定杆通过锁紧件安装在中心轴上。

所述的锁紧件由锁紧螺帽和锁紧螺栓构成，锁紧螺帽套装在中心轴上，锁紧螺帽上径向设置有锁紧螺栓，所述锁紧螺栓贯穿中心轴。

上述加热设备的加热方法，包括以下步骤：

步骤一、将连续管的一端缠绕在滚筒圆周上；

步骤二、将加热线圈与蓄电池的电源接通，蓄电池为加热线圈提供电能，对该加热设备进行预热，预热完成后，使该加热设备的加热线圈加热至100℃—220℃；

步骤三、启动现场的动力设备，通过动力设备带动滚筒在机架上以中心轴为轴心发生自转；滚筒自转时对连续管以每分钟10—20米的速度进行收卷；

步骤四、通过加热线圈为缠绕在滚筒圆周上的连续管加热，使连续管加热至100℃—220℃，以此增加连续管的塑形，直至将连续管在滚筒上收卷完成；

步骤五、将太阳能供电机构和风能供电机构分别与蓄电池的电源接通，通过太阳能供电机构和风能供电机构产生的电能为蓄电池进行充电。

为了计算连续管在不同内压条件下，100-220℃温度环境中连续管和常温环境中连续管的弯折循环次数。

为此根据brown-miller疲劳寿命理论模型，得到常温下连续管寿命的拟合公式，如式1。

在相同长度、材质、直径、管厚度的连续管参数下，增加连续管100-120℃的温度载荷，通过有限元分析，得出系数δ，系数δ＞1，将系数δ带入式1中，得到式2。

通过式1得出常温环境中的连续管，在0mpa-70mpa内压条件下的弯折循环次数；通过式2得出100-220℃温度环境中，在0mpa-70mpa的内压条件下的弯折循环次数，将常温环境下弯折循环次数与100℃环境下弯折循环次数进行对比，参见图5。

通过图5得出结论：在内压条件为0-50mpa时，将连续管加热到100-220℃时，连续管的塑性应变相比常温下的塑性应变得以增加，从而延长了连续管的循环寿命，但在内压为60-70mpa时，连续管基本没有了承载能力，疲劳寿命趋于0次。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该设备装卸方便，通过太阳能供电机构、风能供电机构，为蓄电池补充电能，有效节约资源，通过蓄电池为加热线圈提供电能，加热线圈为连续管加热，该加热设备的加热方法可靠性强，相比于现有从材料制造方面通过改进连续管加工工艺的方法提高了连续管的使用寿命，该加热设备是基于对成品连续管在现场直接进行加热，操作简单、使用方便，有效提高其塑性，从而增加其使用寿命。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中a-a向的剖面结构示意图；

图3为本发明的立体结构示意图；

图4为图1的侧视结构示意图；

图5为本发明连续管的弯折循环次数曲线对比图。

图中：1、滚筒；2、中心轴；3、装配板；4、加热线圈；5、锁紧螺帽；6、太阳能电池板；7、连接杆；8、连接柱；9、固定杆；10、风力发电机；11、风力发电扇叶；12、机架。

具体实施方式

该通过新能源供电加热滚筒提高连续管塑性的设备包括机架12、滚筒1、太阳能供电机构、风能供电机构、加热线圈4，机架12上通过中心轴2活动安装有滚筒1，滚筒1的内壁上设置有加热线圈4，滚筒1一侧设置有蓄电池，蓄电池与加热线圈4电连接。

滚筒1的上方设置有太阳能供电机构，太阳能供电机构与中心轴2连接，太阳能供电机构由装配板3、太阳能电池板6、连接杆7和连接柱8构成，装配板3对称设置在滚筒1两侧，各装配板3的一端分别与中心轴2固定连接，装配板3之间固定安装有连接杆7，连接杆7上通过连接柱8安装有太阳能电池板6，太阳能电池板6截面呈半圆弧状体，太阳能电池板6通过光伏充电控制器与蓄电池电连接，光伏充电控制器为市场采购件，光伏充电控制器可以控制太阳能电池的输出电压,可以保护蓄电池不被过充,同时晚上太阳能电池不发电时,防止蓄电池的电倒流。

太阳能供电机构的两侧分别呈对称状设置有风能供电机构，风能供电机构与中心轴2连接，风能供电机构由固定杆9、锁紧件、风力发电机10和风力发电扇叶11构成，固定杆9上固定安装有风力发电机10，风力发电机10的传动轴上装有风力发电扇叶11，风力发电机10通过充电控制器与蓄电池电连接，充电控制器为市场采购件，充电控制器可以控制风力发电机10的输出电压,可以保护蓄电池不被过充。

固定杆9通过锁紧件安装在中心轴2上，锁紧件由锁紧螺帽5和锁紧螺栓构成，锁紧螺帽5套装在中心轴2上，锁紧螺帽5上径向设置有锁紧螺栓，锁紧螺栓贯穿中心轴2，使用时通过锁紧螺帽5和锁紧螺栓的相互配合对固定杆9形成锁紧状态。

该加热设备使用时，首先将连续管的一端缠绕在该加热设备的滚筒1圆周上，将该加热设备的加热线圈4与蓄电池的电源接通，蓄电池为加热线圈4提供电能，并对连续管进行预热，预热完成后，将加热线圈4加热至100℃或140℃或180℃或220℃。

启动现场的动力设备，通过动力设备带动滚动在机架12上以中心轴2为轴心发生自转，滚筒1发生自转时对连续管以每分钟20米的速度进行收卷，通过加热线圈4为缠绕在滚筒1圆周上的连续管加热，使连续管加热至100℃——220℃，以此增加连续管的塑形，直至滚筒1将连续管收卷完成。

该设备将太阳能供电机构和风能供电机构分别与蓄电池的电源接通，通过太阳能供电机构和风能供电机构产生的电能为蓄电池进行充电。该设备装卸方便，通过太阳能供电机构、风能供电机构，为蓄电池补充电能，有效节约资源，通过蓄电池为加热线圈提供电能，加热线圈为连续管加热，该加热设备的加热方法可靠性强，相比于现有从材料制造方面通过通过改进连续管加工工艺的方法提高连续管的使用寿命，该加热设备是基于对成品连续管在现场直接进行加热，操作简单、使用方便，有效提高其塑性，从而增加其使用寿命。