[发明专利]用于支撑复合卷管的卷筒

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于支撑和运输卷管的卷筒，更具体地说，是涉及用于把复合卷管卷绕在管道卷筒芯轴上的管道卷筒芯轴及方法。

背景技术

卷管已经在石油和天然气行业被成功地使用了许多年。新技术的发展把卷管的作用扩展到了完井、修井、钻进和开采应用领域。绝大多数的技术和应用都集中在金属卷管上。尽管在过去的二十年中金属卷管的用途显著增加，但是，在使用金属管的情况中会受到一些限制，包括由于管线重量以及在恶劣环境下容易腐蚀所造成的抗拉强度的限制。

在以非金属复合材料为基础的卷管产品方面的技术发展有利于解决使用金属管道时所遇到的许多限制。复合管道通常由树脂-纤维合成的外管和同心设置的塑料内管组成，其中的内管基本上提供了期望的强度和保护的特性。在制造时，内管通常与外管整体地固定。与相同尺寸大小的钢管相比，复合管道重量更轻，抗破裂性更好，改善了流动系数，增大了疲劳阻力，而钢管则表现出更有利的防瘪、防压和抗拉的特性。因此，在某些应用中，复合管道只是钢管的可选择的直接替代品，而在另外一些应用中，复合管道则是更为优先选择的产品。

相对于金属管道，复合卷管的物理特性为利用复合卷管的优点的新技术发展提出了挑战和机遇。与钢管相比，复合管道的一个显著特性是它的明显不同的泊松比。于是，复合管道在一给定压力下，长度的收缩要远大于相同压力下钢管的长度收缩。由于复合管道和钢管的泊松比不同，使得复合管道的长度收缩增大，从而会使卷绕的复合管道会发生一个问题。当复合管道被卷绕到一卷筒上时和当复合管道被加压以便向油井内泵送流体时，复合管道就收缩，从而导致作用在管道卷筒上的荷载非常高。这种高荷载要比钢管中通常遇到的高荷载严重得多，有可能损坏管道卷筒芯轴的结构。

在过去几年中，在管道存储卷筒方面的技术发展是很少。现有技术公开了用于钢管的管道存储卷筒，例如Bolunt的美国专利US5865392，以及治疗气体管道，例如Pierce的美国专利US5826608，现有技术中还公开了能被卷绕到卷筒上以便存储的并且用于油田的复合管道，例如Quigley的美国专利US5921285。然而，现有技术中未公开能承受由于对卷绕的复合管道加压所造成的高荷载的管道卷筒。现有技术也公开了用于布置刚性管道的方法，例如Lang的美国专利US3982402，但是未公开以不会损坏管道存储卷筒的方式来存储复合管道的方法。

为了使操作者能普遍接受复合管道且把它用作生产管道，非常希望提供管道存储卷筒，尽管由于高压管道在压力的驱动下产生收缩并进而造成高荷载，这些存储卷筒也能存储高压复合管道，或者是提供用于把现有的管道存储卷筒用于高压的复合管道的方法，使用的方式能显著减小或防止对当前设计的管道存储卷筒造成的损坏。

本发明克服了现有技术的缺点，在后面将公开一种改进的用于支撑卷管特别是支撑复合管道的卷筒。此外，还公开了一种把卷管卷绕到卷筒上的方法，以便当管道被卷绕在卷筒上的同时对管道显著加压时，能减小作用在管道卷筒上的作用力。

发明内容

用于卷管操作的典型系统包括一非常长的可卷绕到一相当大的卷筒上的管道，该管道可以是钢材、复合材料或其它材料。本发明涉及通常用于存储管道的卷筒和/或这种卷管的安装。通常，首先将管道卷绕在用于存储的管道卷筒或卷轴上，然后在工地安装之前被加压。然而，在本行业中，随着利用复合卷管来代替钢制卷管的愿望的增强，当复合卷管被加压时，现有的管道卷筒或卷轴已不足以承受由复合卷管所施加的径向作用力。

本发明提供了用于加压和卷绕复合卷管的装置和方法，提出了把复合卷管用于现有形式的管道卷筒时所遇到的挑战的解决方案。本发明与现有技术相比的优点在于，通过利用改进的卷筒，从而有利于并且促进在工地上安装复合卷管，并且在把复合卷管安装到井下期间不会改变通常所进行的工序。

安装在管道卷筒芯轴的外表面上的柔性(compliant)材料或弹簧装置和可移动板，可以吸收由高压的卷绕复合管道作用在管道卷筒芯轴上的径向向内的作用力。这允许采用现有的管道卷绕工序。在另一个可选择的方案中，与现有技术相比本发明的优点在于，通过利用改进的卷管卷绕工序，从而有利于并且鼓励使用复合卷管，且无需改变普遍采用的存储的管道卷筒芯轴以及复合卷管的安装。改进的卷绕的复合管道的卷绕工序，可以显著减小或消除由高压的卷绕的复合管道作用在管道卷筒芯轴上的径向向内的作用力，从而允许使用现有的管道卷筒芯轴。