焊接技术在石油工程建设中的应用研究

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焊接技术在石油工程建设中的应用研究
王双银 渤海钻探工程公 司钻井技术服 务公司钻前工程中心
天津
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程度 的增 加，焊接 技术 在我 国石油工程建 设应 用中出现 了一些 问题 和不 足 ，本文以个案研 究的方法， 就 目前焊接 技术在我 国石油钻采机械 方面的 应 用现状进行全 面总结， 指 出解决焊接 关键技 术是我 国未来石油工程建设 研究中的重要发展 方向。 【 关键 词】石油工程建设； 焊接 技术 ； 钻采机械 ； 策略分析
【 摘要 】随着石油工程建设 中焊接 应 用条件的不断提 高和结构复杂 有 效解 决了摩擦 焊中接 头处存 在的焊 接错 位、 飞边等问题 ， 而且性 能与 母 材相 同， 接头成 形 良好。 其 中海 隆石 油工业 集团有 限公司利用药 芯焊
丝 对钻杆耐磨 带的堆焊 ， 提高 了钻杆 的使用寿命。 ２ ． ３ 石油钻杆 焊接 地面 输油 泵和 油井 抽油 泵是 油田主要 使用的 两大 泵体。 其 中油 井 抽油 泵可分 为井 口 抽油 泵和井下抽油 泵， 而地面输 油泵主要用于流 体传 输， 如水、 气、 油等； 在 泵体的焊 接 中， 一种 是在泵体 具体制 作过程 中的 焊接 ， 而另一种是 泵体缺 陷的补焊 ， 堆焊、 摩擦 焊、 焊条 电弧 焊 、 Ｃ Ｏ ： 气
１ 引言 在石油工程 领域 中， 其焊 接结 构有多种 类型 ， 由于 每种焊 接所应用
２ 石油 钻 采机 械中 的焊 接 技术 现 状 损、 耐腐蚀 、 可靠 ， 寿 命延长的特性 ， 同时， 由于油田用 ２ ． １ 石油钻头焊 接 泵长 期 运行 于高压 以及具 有较 强腐 蚀性 介质的 恶劣环 境 中， 容易 作 为石油钻 井的 重要破 岩工具 ， 石 油钻头 性能 的好坏 将直 接影 响 产生 裂纹 ， 对此 常采 用Ｃ Ｏ， 气体保 护焊 、 焊 条电弧焊和 堆焊 等方法 进行 着 钻井 的效率 、 成 本以 及质量 ， 其 中， 石 油钻头可分为Ｐ Ｄ Ｃ 钻头和 牙轮 补 焊 。
近年来随着焊接技术的发展惯性摩擦焊接和摩擦焊得到充分的发展逐渐代替闪光对焊电弧焊成为目前石油钻杆工具接头与管体之间焊接的主要方法其中惯性摩擦焊接方法在实际应用中最为广上世纪70年代在哈尔滨焊接研究所成功研制出了我国第一台1200kn的石油钻杆摩擦焊机开创了我国修复石油钻杆和进行摩擦焊生产的历史并在辽河油田中原油田华北油田中进行了成功实践检验累计修复钻杆超过50m
钻头 两类。 Ｐ ＤＣ 钻头 即聚晶金 刚石 复合片 钻头， 业正处于稳步 发展时期 ， 随着石油需求量 的迅速增加 ，
为切 削元件， 通过 焊接方法 把钻头基体 与复合片切削齿结合在一起 的一 国民经济的快 速增长 ， 中国的石油 工业将 进入一个新 的发展 阶段 ， 实 践 种方 法， 现 广泛应 用于石油 钻探开发 中， 作业中采用的 焊接方 法主要 有 表 明， 石油工 程离不开 钢铁 材料 ， 随着石 油采挖 过程 中遇 到 的高压、 强 扩散 焊 、 堆焊、 焊 条电弧焊和 激光焊 等。 根 据美 国桑迪 亚实验 室对Ｐ Ｄ Ｃ 腐蚀 性等严酷 复杂的环境 ， 对 钢铁材 料的性 能要求也越 来越高。目 前， 钻头 的研 究， Ｐ ＤＣ 钻头 在真空的环境 下进行扩散 焊 ， 实现了Ｐ Ｄ Ｃ 复合片 石油 工业建 设用钢正朝 着高韧 性、 高强度方 向发展 ， 并 要求焊 接各种 耐 的刀柱基 体与硬 质合金的剪切 强度４ １ ３ ． ３ ６ ＭＰ ａ 与５ ５ １ ． ２ ＭＰ ａ 范围之间， 高温高 压以及耐 各种腐 蚀介质的压力容 器， 从而 对新钢 种和 不锈 钢 、 铝 但由于复合片在Ｐ Ｄ Ｃ 钻头 基体焊接的位 置分布 较为复杂 ， 在采用传统手 合金 、 钛合金、 高强钢超 高强钢 、 耐热 钢 、 耐 热合金 等特 殊性 能材 料 的 工焊接 时难 以保证复合片 的焊接质量 ， 所以 ， 为了稳 定Ｐ Ｄ Ｃ 钻头 焊接 质 焊接 问题也 提 出了更高要求 ， 如 何在 未来石 油工程 建 设 中解 决焊 接关 量， 务必进一步 发展Ｐ Ｄ Ｃ 钻头自 动焊接 技术 。 键技 术难题成 为众多科 学家和 石油技 术人员的重要 研究方 向。
体保护焊 以及扩散焊 等是常用的焊接 方法 。 的条件 各不相 同， 因此 ， 对焊 接结 构用钢 的性能 提 出了不 同的要求 。 在 为了保证 焊 缝 质量以 及焊 接工作 效率 的全面提 高 ， 在 泵体具 体制 石 油钻采机 械方面 ， 制造、 安 装和修 理各种钻 杆、 架体、 泵体、 抽 油杆以 造中， 一些新 的焊接工艺正在不 断地进 行创新试 用。 例 如在加 长抽油泵 及 钻头 等各种 金属结 构工作 时都 离不开 焊接 技术 ， 大 量的焊 接技 术 已 泵筒的焊接 中大 力应 用扩散焊 ， 在 最佳焊接 规范下， 通 过真空扩 散焊接 经在石油 建设中发挥着不可替 代的作用。 本文结合多年在石油钻采 机械 的方法获 得优 质的扩散 焊接头 ， 不仅保证 了该接头 的焊接 质量 ， 而且大 中的实践 进 行全面总 结 ， 指出解 决焊 接关 键技 术是 我 国未 来石油 工程 大提高 了工作效率 ； 在 油田用泵的制 造过程 中使用堆焊 工艺的方 法， 即 建 设研究 中的重要发展方 向。 在泵体易摩擦部 位进行钨 、 铬、 钴、 等硬 质合金 的堆 焊 ， 使 泵体达 到耐磨
根据 牙轮数 目 的 不同 ， 可分为单 牙轮 、 双 牙轮 、 三 牙轮 和多牙轮钻 头； 而 根据 牙齿类 型的不 同， 牙轮 钻头又可分为 镶齿 （ 牙轮 上镶装 硬 质 合金齿） 牙轮钻头 、 铣齿 （ 钢 齿） 牙轮 钻头 － 传统 的钢 齿牙轮钻 头齿面强 化 工艺主要采用颗 粒铸 造硬 质合金进行 堆焊 ， 但 由于进 行堆焊后硬 质合 金 的强度难 以到达 相关要求 和标 准 。 因此 ， 对于不 同的基体 ， 进行 堆焊 是 务必采用不 同的焊丝 材料， 一种 是采用钴基 焊条 ， 由于 钴基堆 焊层抗 磨 损性能 好， 硬 度高等 特点， 能 够很 好的保证 表面 的耐磨性 ， 另一 种是 采用管 装粒状铸 造碳化钨焊 条， 用氧一 乙炔火焰进行堆 焊。 ２ ． ２ 石油钻 杆焊接