石油工程建設(shè)下的焊接技術(shù)探究

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1、石油鉆采機(jī)械中的焊接技術(shù)現(xiàn)狀

1.1石油鉆頭焊接

作為石油鉆井的重要破巖工具，石油鉆頭性能的好壞將直接影響著鉆井的效率、成本以及質(zhì)量，其中，石油鉆頭可分為PDC鉆頭和牙輪鉆頭兩類。PDC鉆頭即聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭，是以聚晶人造金剛石復(fù)合片作為切削元件，通過焊接方法把鉆頭基體與復(fù)合片切削齒結(jié)合在一起的一種方法，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于石油鉆探開發(fā)中，作業(yè)中采用的焊接方法主要有擴(kuò)散焊、堆焊、焊條電弧焊和激光焊等。根據(jù)美國桑迪亞實(shí)驗(yàn)室對PDC鉆頭的研究，PDC鉆頭在真空的環(huán)境下進(jìn)行擴(kuò)散焊，實(shí)現(xiàn)了PDC復(fù)合片的刀柱基體與硬質(zhì)合金的剪切強(qiáng)度413.36MPa與551.2MPa范圍之間，但由于復(fù)合片在PDC鉆頭基體焊接的位置分布較為復(fù)雜，在采用傳統(tǒng)手工焊接時(shí)難以保證復(fù)合片的焊接質(zhì)量，所以，為了穩(wěn)定PDC鉆頭焊接質(zhì)量，務(wù)必進(jìn)一步發(fā)展PDC鉆頭自動焊接技術(shù)。根據(jù)牙輪數(shù)目的不同，可分為單牙輪、雙牙輪、三牙輪和多牙輪鉆頭；而根據(jù)牙齒類型的不同，牙輪鉆頭又可分為鑲齒（牙輪上鑲裝硬質(zhì)合金齒）牙輪鉆頭、銑齒（鋼齒）牙輪鉆頭；傳統(tǒng)的鋼齒牙輪鉆頭齒面強(qiáng)化工藝主要采用顆粒鑄造硬質(zhì)合金進(jìn)行堆焊，但由于進(jìn)行堆焊后硬質(zhì)合金的強(qiáng)度難以到達(dá)相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)。因此，對于不同的基體，進(jìn)行堆焊是務(wù)必采用不同的焊絲材料，一種是采用鈷基焊條，由于鈷基堆焊層抗磨損性能好，硬度高等特點(diǎn)，能夠很好的保證表面的耐磨性；另一種是采用管裝粒狀鑄造碳化鎢焊條，用氧-乙炔火焰進(jìn)行堆焊。

1.2石油鉆桿焊接

在油氣井鉆探鉆具中，石油鉆桿作為必不可少的一種工具，在石油開采初期，石油鉆桿工具接頭與管體之間的對焊，主要采用閃光對焊、電弧焊等方法。近年來，隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，慣性摩擦焊接和摩擦焊得到充分的發(fā)展，逐漸代替閃光對焊、電弧焊成為目前石油鉆桿工具接頭與管體之間焊接的主要方法，其中慣性摩擦焊接方法在實(shí)際應(yīng)用中最為廣泛。上世紀(jì)70年代，在哈爾濱焊接研究所成功研制出了我國第一臺1200KN的石油鉆桿摩擦焊機(jī)，開創(chuàng)了我國修復(fù)石油鉆桿和進(jìn)行摩擦焊生產(chǎn)的歷史，并在遼河油田、中原油田、華北油田中進(jìn)行了成功實(shí)踐檢驗(yàn)，累計(jì)修復(fù)鉆桿超過50萬m。同時(shí)，為了進(jìn)一步提高接頭性能，哈爾濱焊接研究所多次進(jìn)行技術(shù)改良，成功研制了具有形變熱處理功能的HSMZ系列摩擦焊機(jī),不僅克服了摩擦焊接頭韌性差的缺點(diǎn)，使接頭焊接過程中獲得形變強(qiáng)韌化效果，而且節(jié)約了能源，提高了焊件的生產(chǎn)效率。由于在摩擦焊中方法中，接頭處存在的焊接錯位、飛邊等問題，使得瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊（簡稱TLP）在鉆桿制造過程中得到廣泛應(yīng)用，不僅王雙銀渤海鉆探工程公司鉆井技術(shù)服務(wù)公司鉆前工程中心天津300280有效解決了摩擦焊中接頭處存在的焊接錯位、飛邊等問題，而且性能與母材相同，接頭成形良好。其中海隆石油工業(yè)集團(tuán)有限公司利用藥芯焊絲對鉆桿耐磨帶的堆焊，提高了鉆桿的使用壽命。

1.3石油鉆桿焊接

地面輸油泵和油井抽油泵是油田主要使用的兩大泵體。其中油井抽油泵可分為井口抽油泵和井下抽油泵，而地面輸油泵主要用于流體傳輸，如水、氣、油等；在泵體的焊接中，一種是在泵體具體制作過程中的焊接，而另一種是泵體缺陷的補(bǔ)焊，堆焊、摩擦焊、焊條電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊以及擴(kuò)散焊等是常用的焊接方法。為了保證焊縫質(zhì)量以及焊接工作效率的全面提高，在泵體具體制造中，一些新的焊接工藝正在不斷地進(jìn)行創(chuàng)新試用。例如在加長抽油泵泵筒的焊接中大力應(yīng)用擴(kuò)散焊，在最佳焊接規(guī)范下，通過真空擴(kuò)散焊接的方法獲得優(yōu)質(zhì)的擴(kuò)散焊接頭，不僅保證了該接頭的焊接質(zhì)量，而且大大提高了工作效率；在油田用泵的制造過程中使用堆焊工藝的方法，即在泵體易摩擦部位進(jìn)行鎢、鉻、鈷、等硬質(zhì)合金的堆焊，使泵體達(dá)到耐磨損、耐腐蝕、可靠，壽命延長的特性，同時(shí)，由于油田用泵長期運(yùn)行于高壓以及具有較強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的惡劣環(huán)境中，容易產(chǎn)生裂紋，對此常采用CO2氣體保護(hù)焊、焊條電弧焊和堆焊等方法進(jìn)行補(bǔ)焊。

2、結(jié)語

我國石油工業(yè)正處于穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期，隨著石油需求量的迅速增加，國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，中國的石油工業(yè)將進(jìn)入一個新的發(fā)展階段，實(shí)踐表明，石油工程離不開鋼鐵材料，隨著石油采挖過程中遇到的高壓、強(qiáng)腐蝕性等嚴(yán)酷復(fù)雜的環(huán)境，對鋼鐵材料的性能要求也越來越高。目前，石油工業(yè)建設(shè)用鋼正朝著高韌性、高強(qiáng)度方向發(fā)展，并要求焊接各種耐高溫高壓以及耐各種腐蝕介質(zhì)的壓力容器，從而對新鋼種和不銹鋼、鋁合金、鈦合金、高強(qiáng)鋼超高強(qiáng)鋼、耐熱鋼、耐熱合金等特殊性能材料的焊接問題也提出了更高要求，如何在未來石油工程建設(shè)中解決焊接關(guān)鍵技術(shù)難題成為眾多科學(xué)家和石油技術(shù)人員的重要研究方向。

作者：王雙銀 單位：渤海鉆探工程公司鉆井技術(shù)服務(wù)公司鉆前工程中心