石油工程建設下的焊接技術探究

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1、石油鉆采機械中的焊接技術現狀

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合片鉆頭，是以聚晶人造金剛石復合片作為切削元件，通過焊接方法把鉆頭基體與復合片切削齒結合在一起的一種方法，現廣泛應用于石油鉆探開發中，作業中采用的焊接方法主要有擴散焊、堆焊、焊條電弧焊和激光焊等。根據美國桑迪亞實驗室對PDC鉆頭的研究，PDC鉆頭在真空的環境下進行擴散焊，實現了PDC復合片的刀柱基體與硬質合金的剪切強度413.36MPa與551.2MPa范圍之間，但由于復合片在PDC鉆頭基體焊接的位置分布較為復雜，在采用傳統手工焊接時難以保證復合片的焊接質量，所以，為了穩定PDC鉆頭焊接質量，務必進一步發展PDC鉆頭自動焊接技術。根據牙輪數目的不同，可分為單牙輪、雙牙輪、三牙輪和多牙輪鉆頭；而根據牙齒類型的不同，牙輪鉆頭又可分為鑲齒（牙輪上鑲裝硬質合金齒）牙輪鉆頭、銑齒（鋼齒）牙輪鉆頭；傳統的鋼齒牙輪鉆頭齒面強化工藝主要采用顆粒鑄造硬質合金進行堆焊，但由于進行堆焊后硬質合金的強度難以到達相關要求和標準。因此，對于不同的基體，進行堆焊是務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，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，隨著焊接技術的發展，慣性摩擦焊接和摩擦焊得到充分的發展，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際應用中最為廣泛。上世紀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，開創了我國修復石油鉆桿和進行摩擦焊生產的歷史，并在遼河油田、中原油田、華北油田中進行了成功實踐檢驗，累計修復鉆桿超過50萬m。同時，為了進一步提高接頭性能，哈爾濱焊接研究所多次進行技術改良，成功研制了具有形變熱處理功能的HSMZ系列摩擦焊機,不僅克服了摩擦焊接頭韌性差的缺點，使接頭焊接過程中獲得形變強韌化效果，而且節約了能源，提高了焊件的生產效率。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，使得瞬時液相擴散焊（簡稱TLP）在鉆桿制造過程中得到廣泛應用，不僅王雙銀渤海鉆探工程公司鉆井技術服務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。其中海隆石油工業集團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焊，堆焊、摩擦焊、焊條電弧焊、CO2氣體保護焊以及擴散焊等是常用的焊接方法。為了保證焊縫質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行創新試用。例如在加長抽油泵泵筒的焊接中大力應用擴散焊，在最佳焊接規范下，通過真空擴散焊接的方法獲得優質的擴散焊接頭，不僅保證了該接頭的焊接質量，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行鎢、鉻、鈷、等硬質合金的堆焊，使泵體達到耐磨損、耐腐蝕、可靠，壽命延長的特性，同時，由于油田用泵長期運行于高壓以及具有較強腐蝕性介質的惡劣環境中，容易產生裂紋，對此常采用CO2氣體保護焊、焊條電弧焊和堆焊等方法進行補焊。

2、結語

我國石油工業正處于穩步發展時期，隨著石油需求量的迅速增加，國民經濟的快速增長，中國的石油工業將進入一個新的發展階段，實踐表明，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、強腐蝕性等嚴酷復雜的環境，對鋼鐵材料的性能要求也越來越高。目前，石油工業建設用鋼正朝著高韌性、高強度方向發展，并要求焊接各種耐高溫高壓以及耐各種腐蝕介質的壓力容器，從而對新鋼種和不銹鋼、鋁合金、鈦合金、高強鋼超高強鋼、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中解決焊接關鍵技術難題成為眾多科學家和石油技術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服務公司鉆前工程中心