焊接技術(shù)在石油工程建設(shè)中的應(yīng)用研究

【摘要】隨著石油工程建設(shè)中焊接應(yīng)用條件的不斷提高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加，焊接技術(shù)在我國(guó)石油工程建設(shè)應(yīng)用中出現(xiàn)了一些問題和不足，本文以個(gè)案研究的方法，就目前焊接技術(shù)在我國(guó)石油鉆采機(jī)械方面的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行全面總結(jié)，指出解決焊接關(guān)鍵技術(shù)是我國(guó)未來石油工程建設(shè)研究中的重要發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】石油工程建設(shè)；焊接技術(shù)；鉆采機(jī)械；策略分析

1、引言

在石油工程領(lǐng)域中，其焊接結(jié)構(gòu)有多種類型，由于每種焊接所應(yīng)用的條件各不相同，因此，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)用鋼的性能提出了不同的要求。在石油鉆采機(jī)械方面，制造、安裝和修理各種鉆桿、架體、泵體、抽油桿以及鉆頭等各種金屬結(jié)構(gòu)工作時(shí)都離不開焊接技術(shù)，大量的焊接技術(shù)已經(jīng)在石油建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用。本文結(jié)合多年在石油鉆采機(jī)械中的實(shí)踐進(jìn)行全面總結(jié)，指出解決焊接關(guān)鍵技術(shù)是我國(guó)未來石油工程建設(shè)研究中的重要發(fā)展方向。

2、石油鉆采機(jī)械中的焊接技術(shù)現(xiàn)狀

2.1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(guó)桑迪亞實(shí)驗(yàn)室對(duì)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(dòng)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(duì)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。

2.2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(duì)焊，主要采用閃光對(duì)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(duì)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(guó)第一臺(tái)1200KN的石油鉆桿摩擦焊機(jī)，開創(chuàng)了我國(guó)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(cuò)位、飛邊等問題，使得瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊（簡(jiǎn)稱TLP）在鉆桿制造過程中得到廣泛應(yīng)用，不僅有效解決了摩擦焊中接頭處存在的焊接錯(cuò)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(duì)鉆桿耐磨帶的堆焊，提高了鉆桿的使用壽命。

2.3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(zhǎng)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(zhǎng)的特性，同時(shí)，由于油田用

泵長(zhǎng)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(duì)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。

3、結(jié)語

我國(guó)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，中國(guó)的石油工業(yè)將進(jìn)入一個(gè)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(duì)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(duì)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。

參考文獻(xiàn)

[1]楊勇平，孫家棟.石油鉆桿焊縫熱處理與摩擦焊接研究[J].裝備制造技術(shù)，2010（6）：13-15.

[2]劉曉燕.提高PDC鉆頭焊接強(qiáng)度工藝研究[J].煤田地質(zhì)與勘探，2011，8（32）：192-194.

[3]梁亞軍，薛龍，呂濤.水下焊接技術(shù)及其在我國(guó)海洋工程中的應(yīng)用[J].金屬加工（熱加工），2019（4）：17-20.

[4]胡志毅.油氣管道施工中焊接技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展[J].江漢石油職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，20（4）：72-74.

作者簡(jiǎn)介

王雙銀（1984-），男，云南人，高級(jí)電焊工，大專，主要從事機(jī)械制造，焊接工作.