用于钢衬塑复合管连接的复合接头、连接方法及制造方法与流程

本发明涉及油气输送管道领域，具体涉及用于钢衬塑复合管连接的复合接头、连接方法及制造方法。

背景技术：

1、随着油气田进入开采中后期，油气资源的开采环境变得越来越苛刻，普通碳钢管和低合金钢管作为油气田地面集输管线中应用最广泛的管材，面临严重的内腐蚀、结垢、结蜡等问题。与普通碳钢管和低合金钢管相比，聚烯烃内衬复合钢管通过在碳钢管或低合金钢管内壁衬入聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等聚烯烃内衬管，可使管材同时具备内外两种材料的优点，即：外层碳钢管或低合金钢管主要起承压作用，内部衬里管主要起耐腐蚀、抗结垢、抗结蜡、抗磨损等作用，近年来这类管材在油气田地面集输管线中得到了大量应用。相关资料显示，聚烯烃内衬复合钢管的连接接头是管线泄漏和腐蚀的高发部位，接头的连接质量对管线的安全运行和服役寿命存在着重大影响。因此，如何保证连接接头处的密封性，是应用聚烯烃内衬复合钢管的关键。

2、对于钢质油气田地面集输管线，焊接连接是最常用的连接方式，但受聚烯烃内衬复合钢管结构限制，焊接连接并不适用于聚烯烃内衬复合钢管，因为连接部位的外层钢管焊接时产生的热量会烧损聚烯烃内衬管。目前，常用的聚烯烃内衬复合钢管连接方式主要包括钢包裹连接和法兰连接，它们的结构特点及存在的问题如下：

3、(1)钢包裹连接是将电熔连接或热熔连接的聚烯烃内衬接头密封在一个比待连接复合管管径大的钢包裹套内，然后利用水泥砂浆填充连接段的中间环形空间，最后焊接封堵灌浆口。例如专利202411583178.3-一种钢塑复合管的对焊连接结构及其连接方法，就采用了类似的钢包裹连接结构。

4、钢包裹连接的施工步骤相对复杂，需要在连接接头处依次完成聚烯烃内衬管熔接、钢包裹套与外层钢管焊接、环形空间水泥砂浆填充、灌浆口焊接封堵等工序；其次，钢包裹套与外层钢管连接处的角焊缝承受了大部分轴向力和部分环形水泥填充层传递的周向力，其焊接质量是决定钢包裹套连接结构轴向承载能力的关键，但是目前对角焊缝缺陷的无损检测技术存在较大难度；最后，钢包裹连接较为笨重且不易检修，一旦接头发生失效，钢包裹连接处的拆除较为困难。

5、(2)法兰连接是通过施加在法兰上的紧固力作用到复合钢管管端翻边内衬层上，使接头两侧翻边内衬材料及密封圈紧密贴合从而达到密封效果。例如专利202310922556.5-一种内衬非金属复合钢管热熔接头及其加工方法，就采用了类似的法兰连接结构。

6、在实际操作中，由于机械装配误差、施工操作不规范等因素，导致紧固力的大小难以保证，同时，翻边内衬材料表面或密封圈可能存在损伤，这些损伤部位极易成为输送介质的泄漏通道，无法保证密封效果。此外，当集输管线受到地势沉降影响时，法兰连接部位两端管道可能会发生错位，钢制密封圈可能出现撕裂和分离，从而形成泄漏通道。

7、为了解决聚烯烃内衬复合钢管以及其他钢衬塑复合管传统连接方式存在的缺陷，亟需一种新型的用于连接两个钢衬塑复合管的复合接头。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是如何使两个钢衬塑复合管快捷连接，且保证密封性能。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于钢衬塑复合管连接的复合接头，包括接头外层、接头中间层和电阻丝线圈，所述接头外层套设在所述接头中间层的外侧，且所述接头外层内壁的中部与所述接头中间层外壁的中部固定连接，所述电阻丝线圈为两个，两个电阻丝线圈分别固定于所述接头中间层外壁的两端，所述接头外层内壁的两端均具有内螺纹。

3、本发明的有益效果是：当复合接头用于连接两个钢衬塑复合管时，将两个钢衬塑复合管的端部分别与复合接头两端的内螺纹螺纹连接。再使两个电阻丝线圈通电，钢衬塑复合管内的复合管内衬管端部与接头中间层外壁的衔接处被加热至熔融态，随后冷却凝固，形成接触面电熔熔合层。钢衬塑复合管连接部位内层的复合管内衬管实现良好熔接，而且不需要对外层钢管进行焊接就能够使钢衬塑复合管连接部位具有较高的轴向和周向承载能力。同时，复合接头安装简便快捷，有效解决了包裹连接、法兰连接等钢衬塑复合管传统连接方式存在的结构笨重、密封失效等问题。

4、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

5、进一步，所述接头外层外壁为圆柱形，所述接头外层包括依次连接的第一螺纹段、镗孔段和第二螺纹段，所述第一螺纹段和所述第二螺纹段的内壁具有所述内螺纹，所述第一螺纹段和所述第二螺纹段的内径均由靠近所述镗孔段的一端至远离所述镗孔段的一端逐渐增大。

6、采用上述进一步方案的有益效果是：锥形螺纹通过螺旋面的过盈配合形成自锁结构，螺纹牙根部应力分布更均匀，提升了抗疲劳强度和抗弯曲能力，不易松动。并且过盈配合的锥形螺纹可形成机械密封，提高复合接头密封性能。

7、进一步，所述接头中间层的内壁为圆柱形，所述接头中间层包括依次连接的第一圆筒段、第一空心圆台段、中间对接嵌入段、第二空心圆台段和第二圆筒段，所述第一空心圆台段和所述第二空心圆台段的外径由靠近所述中间对接嵌入段的一端至远离所述中间对接嵌入段的一端逐渐减小，所述镗孔段与所述中间对接嵌入段固定连接，所述第一圆筒段外径、所述第二圆筒段外径、所述第一空心圆台段朝向所述第一圆筒段一端端部的外径以及所述第二空心圆台段朝向所述第二圆筒段一端端部的外径均相等。

8、采用上述进一步方案的有益效果是：接头中间层的两端设置第一圆筒段和第二圆筒段，在钢衬塑复合管拧入接头中间层与接头外层之间的过程中，钢衬塑复合管内壁未加工有斜面的部分逐渐拧入第一圆筒段或第二圆筒段，由于第一圆筒段和第二圆筒段的直径不变，从而可以对钢衬塑复合管进行导向定位，并对钢衬塑复合管施加沿径向向外的挤压力，确保连接紧固。

9、进一步，所述接头中间层的轴向长度等于所述接头外层的轴向长度等于复合接头的轴向总长度l，所述第一螺纹段的轴向长度等于所述第二螺纹段的轴向长度，所述中间对接嵌入段的轴向长度等于所述镗孔段的轴向长度，所述第一圆筒段的轴向长度等于所述第二圆筒段的轴向长度，所述第一空心圆台段的轴向长度等于所述第二空心圆台段的轴向长度，复合接头的轴向总长度l满足：

10、l＝l2+2(l3+l4)

11、l1＝l3+l4

12、其中：

13、l——复合接头的轴向总长度，mm；

14、l1——第一螺纹段或第二螺纹段的轴向长度，mm；

15、l2——中间对接嵌入段的轴向长度，mm；

16、l3——第一圆筒段或第二圆筒段的轴向长度，mm；

17、l4——第一空心圆台段或第二空心圆台段的轴向长度，mm。

18、进一步，所述接头外层内壁的中部具有限位槽，所述接头中间层外壁的中部具有限位凸起，或者，所述接头中间层外壁的中部具有限位槽，所述接头外层内壁的中部具有限位凸起；所述限位槽与所述限位凸起卡接。

19、采用上述进一步方案的有益效果是：限位槽对接头中间层进行轴向和径向限位，防止复合接头与待连接的钢衬塑复合管进行螺纹拧接过程中中间层发生轴向移动。

20、进一步，所述限位槽沿所述接头外层轴向间隔设有至少两个，所述限位凸起与所述限位槽数量相同并一一对应卡接。

21、进一步，所述限位槽的槽口宽度小于其槽底宽度。

22、采用上述进一步方案的有益效果是：限位槽为燕尾形结构，在限制接头中间层轴向移动的同时，防止复合接头连接好后在管线运行过程中接头中间层发生径向塌陷。

23、进一步，用于钢衬塑复合管连接的复合接头还包括两个导电线，所述导电线外侧包裹有绝缘层，所述接头外层的中部开设有两个穿线通孔，两个所述导电线的一端分别与两个所述电阻丝线圈一端固定连接，两个所述导电线的另一端一一对应穿过两个所述穿线通孔，所述穿线通孔与相应所述导电线之间的间隙中填充有固化后液态可塑钢，两个所述电阻丝线圈另一端通过串联电线连接，所述电阻丝线圈和所述串联电线均嵌设于所述接头中间层内。

24、采用上述进一步方案的有益效果是：利用外接的导电线给电阻丝线圈通电，在复合接头与钢衬塑复合管连接完成后，可剪掉多余的导电线，并用液态可塑钢浇筑剂封堵穿线通孔，液态可塑钢浇筑剂固化后形成上述固化后液态可塑钢。

25、进一步，用于钢衬塑复合管连接的复合接头还包括接头内层，所述接头中间层套设于所述接头内层的外侧。

26、采用上述进一步方案的有益效果是：接头内层对接头中间层进行环向支撑，保证复合接头在与待连接的钢衬塑复合管管端拧接过程中，使含有电阻丝线圈的接头中间层外表面始终与复合管内衬管内表面待熔接区域紧密贴合。

27、进一步，所述接头中间层的材质为可溶镁铝合金，或者所述接头中间层与所述接头内层可拆卸连接。

28、采用上述进一步方案的有益效果是：在复合接头制作过程中，接头中间层作为接头内层浇注时的模具，可以在浇注固化后拆除。更优选的是，当接头中间层采用可溶镁铝合金时，可以在与待连接的钢衬塑复合管管端拧接过程中，对接头中间层进行环向支撑；同时实际使用过程中，接头中间层与输送油井含水采出液体接触，30天内可完全溶解。进而在后续使用过程中，不会因复合接头处内径过小而降低集输管道的输送能力。

29、本发明还提供一种钢衬塑复合管连接方法，采用所述的一种用于钢衬塑复合管连接的复合接头实现，包括：

30、步骤101，在第一钢衬塑复合管和第二钢衬塑复合管的外壁端部加工出与内螺纹对应的外螺纹，将所述第一钢衬塑复合管和所述第二钢衬塑复合管的内壁端部加工至与接头中间层外壁端部形状相匹配；

31、步骤102，使所述第一钢衬塑复合管和所述第二钢衬塑复合管的端部分别与接头外层的两端通过所述内螺纹和所述外螺纹螺纹连接，且所述第一钢衬塑复合管和所述第二钢衬塑复合管的内壁端部分别与所述接头中间层外壁的两端过盈配合；

32、步骤103，使电阻丝线圈通电，从而所述第一钢衬塑复合管和所述第二钢衬塑复合管的内壁端部分别与所述接头中间层外壁的两端加热熔接。

33、有益效果是：钢衬塑复合管与复合接头安装简便快捷，操作难度低，大大提高了装配效率。

34、进一步，钢衬塑复合管连接方法还包括步骤104，剪除伸出所述接头外层的导电线，并在所述导电线与穿线通孔之间的间隙内填充液态可塑钢浇筑剂，静置直至液态可塑钢浇筑剂完全固化。

35、采用上述进一步方案的有益效果是：钢衬塑复合管连接完成后，剪掉多余的导电线，并通过液态可塑钢浇筑剂密封穿线通孔。钢衬塑复合管实际使用过程中，复合接头外壁无明显缝隙。

36、本发明还提供一种复合接头的制造方法，用于制造所述的一种用于钢衬塑复合管连接的复合接头，包括以下步骤：

37、步骤201，选用与钢衬塑复合管的复合管基管材质相同的钢制管坯；

38、步骤202，对所述钢制管坯的内孔进行加工得到第一管坯半成品，所述第一管坯半成品的内孔包括依次衔接的第一管坯圆柱段、第一管坯圆台段、管坯镗孔段、第二管坯圆台段和第二管坯圆柱段，所述第一管坯圆台段和所述第二管坯圆台段的直径均由朝向所述管坯镗孔段的一端至远离所述管坯镗孔段的一端逐渐减小；

39、步骤203，将两个电阻丝线圈分别以螺旋形固定于所述第一管坯半成品的内孔的两端，得到第二接头半成品；

40、步骤204，选用管状的接头内层，所述接头内层的轴向长度等于所述第二接头半成品的轴向长度；

41、步骤205，将所述第二接头半成品同轴套设在所述接头内层外侧，所述第二接头半成品内壁与所述接头内层外壁间隔设置并形成浇注空间，封堵所述浇注空间的一端，选择与钢衬塑复合管的复合管内衬管材质相同的内衬材料，将所述内衬材料加热至熔融状态，从所述浇注空间的另一端以预设压力将所述内衬材料挤压注入到所述浇注空间内，冷却后得到第三接头半成品，所述内衬材料形成接头中间层；

42、步骤206，在所述第三接头半成品中的所述第一管坯圆柱段和所述第一管坯圆台段的内壁加工内螺纹，并形成第一螺纹段，在所述第三接头半成品中的所述第二管坯圆柱段和所述第二管坯圆台段的内壁加工内螺纹，并形成第二螺纹段，同时使所述接头中间层外壁的两端完全露出。

43、有益效果是：利用接头内层和第二接头半成品作为接头中间层浇注时的内外模具，从而形成特定形状的接头中间层，同时可以使电阻丝线圈嵌在接头中间层外壁的表层内部。最后再加工内螺纹，从而形成了结构独特、便于运输和使用的复合接头。

44、进一步，所述步骤202还包括：在所述管坯镗孔段沿其周向开设限位槽；在所述管坯镗孔段沿其轴向间隔开设两个穿线通孔，所述穿线通孔沿所述管坯镗孔段径向设置；

45、所述步骤203还包括：取两个导电线，将两个所述导电线的一端分别与两个所述电阻丝线圈固定连接，两个所述导电线的另一端一一对应穿出两个所述穿线通孔。

46、采用上述进一步方案的有益效果是：在管坯镗孔段开设限位槽，当浇注接头中间层时，接头中间层自然形成与其配合连接的限位凸起，接头中间层与接头外层连接结构稳定。导电线通过穿线通孔引出至复合接头外侧，便于与电源连接并导电。