石油鉆桿接頭耐磨帶堆焊焊絲

　運用該技術(shù)可在Ø89～Ø178鉆桿接頭、鉆鋌、鉆井螺旋扶正器上噴焊高硬度合金耐磨粉末，用于母扣接頭及工作表面的防磨保護(hù)。耐磨帶寬35～40mm，厚3～4 mm，硬度HRC58～62。
在深井、超深井、叢式井、大斜度井、水平井的鉆井過程中,套管經(jīng)常被磨穿,造成嚴(yán)重?fù)p失,因此對鉆桿接頭耐磨帶提出了更高要求.針對鉆桿接頭耐磨帶現(xiàn)狀,開發(fā)出新型鉆桿接頭耐磨帶材料durmat100及其敷焊工藝.新型鉆桿接頭durmat100耐磨帶在鉆井應(yīng)用中表明,(1)與鋼質(zhì)鉆桿接頭相比,套管磨損減少86%;(2)與碳化鎢耐磨帶的接頭相比,套管磨損降低76%;(3)在大斜度井中,由于摩擦系數(shù)減小,大大降低了鉆具旋轉(zhuǎn)阻力,扭矩增大30%,節(jié)省材料消耗10%;(4)在裸眼鉆井環(huán)境下,更大程度地保護(hù)鉆桿接頭,減小磨損.
  本公司從1998年初根據(jù)美國安科公司生產(chǎn)的高耐磨藥芯焊絲，開始我們的EFD系列高鉻合金耐磨材料的研制工作。在經(jīng)過近一年時間,自主開發(fā)并生產(chǎn)出正式產(chǎn)品，由石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院完成了臺架試驗。1999年在遼河油田鉆井一公司使用EFD-1-50(原Gendalen-200)高鉻合金耐磨材料在鉆桿上批量試焊及現(xiàn)場使用，取得了較好效果。經(jīng)我國權(quán)威科技單位測試，該產(chǎn)品確實是一項具有高技術(shù)含量、高經(jīng)濟(jì)效益的科技新產(chǎn)品，性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。同時通過了集團(tuán)公司科技局的驗收。目前已經(jīng)在各油田推廣使用，也在出國服務(wù)的鉆具上使用。EFD系列高鉻合金耐磨材料具有較低的摩擦系數(shù)，使用過程中鉆桿接頭及扶正器耐磨帶與套管之間相
對的磨損很小，使得鉆桿、扶正器、套管都延長使用壽命一倍以上，從而降低鉆井成本。目前我們已經(jīng)開發(fā)出EFD—2—52；EFD—3—62；以及高硬度的碳化鎢，可以用在鉆桿和鉆井扶正器上。
    由于鉆井技術(shù)的進(jìn)步,深井、超深井、從式井、大斜度井乃至水井的出現(xiàn),對鉆具接頭的耐磨性的要求越來越高。必須使用高性能的耐磨材料，才能適應(yīng)不同類型鉆井的需要。過去，石油鉆井鉆具接頭及工具耐磨帶在國內(nèi)一直沿用的焊接方法是等離子噴焊，采用的焊接以鐵合金粉為主。采用這種材料焊接的耐磨帶，在套管里鉆進(jìn)時對套管磨損嚴(yán)重，在裸眼井中鉆進(jìn)時，其耐磨性又較差，很快就失去了保護(hù)鉆具的作用。
    近幾年來，國外推出一種200XT焊絲，采用這種焊料加焊鉆具，具有較小的摩擦系數(shù)，且也有相當(dāng)?shù)挠捕龋℉RC50左右）。由于其自身的減阻潤滑功能，大大降低了鉆具旋轉(zhuǎn)阻力，增大了鉆具扭矩，節(jié)約了燃料消耗。鉆井中不僅有效的保護(hù)了鉆具，延長了鉆具使用周期，而且對套官也有明顯的保護(hù)作用。目前外商在國際招標(biāo)中要求鉆井公司采用這種耐磨焊料加焊鉆具作為中標(biāo)的必備條件，足可見掌握和使用這種耐磨材料的重要性。
    但是，進(jìn)口的200XT焊料相當(dāng)昂貴（每噸50多萬元），如采用這種焊料必將大大提高鉆井成本，因此很難在國內(nèi)大面積推廣使用。為了開發(fā)我國自己的機(jī)具有美國200XT性能又廉價的耐磨材料，原中國石油天然氣總公司于1998年將<<特殊工藝鉆井新技術(shù)研究>>課（專）題<<新型鉆井接頭耐磨材料的研制>>列入科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項目計劃，由北京金達(dá)凌石油科技發(fā)展中心同遼河石油勘探局進(jìn)行了長達(dá)3年的研究、攻關(guān)、配方優(yōu)選改進(jìn)，經(jīng)臺架試驗后在遼河油田和華北油田進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用試驗。經(jīng)中國石油天然氣集團(tuán)公司石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院機(jī)械研究所測試，各項技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計要求，順利完成了課題下達(dá)的研究任務(wù)。于2001年5月通過了總公司鑒定。同時為了規(guī)范這些產(chǎn)品，北京金達(dá)凌石油科技發(fā)展中心制定了<<石油鉆桿接頭耐磨帶專用藥芯焊絲企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)>>。
    該成果開發(fā)研制的新型鉆桿接頭耐磨材料EFD-2-55，突破了藥芯焊絲配方的關(guān)鍵技術(shù)，通過遼河、中原、華北等油田的現(xiàn)場應(yīng)用，證明此耐磨材料在減少對套管的磨損和延長鉆桿接頭使用壽命方面與ARCO-200XT相當(dāng)，完全達(dá)到國外產(chǎn)品水平。其價格大大低于國外產(chǎn)品。且焊接工藝較200XT簡單，焊前不需加熱，焊后不需保溫。
    該成果采用專利技術(shù)對等離子噴焊機(jī)進(jìn)行了部分改造。改造后的焊接機(jī)能滿足項目技術(shù)的堆焊工藝要求。該焊制裝置2001年獲國家專利，專利號為ZL 00 2 36373.9實用新型專利證書。為規(guī)范操作，制定了鉆具耐磨帶翰制操作規(guī)程和敷焊耐磨帶質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)。
    該成果還研制開發(fā)了EFD系列藥芯焊絲產(chǎn)品，包括EFD-1-50、EFD-2-55、EFD-3-60，填補(bǔ)了國內(nèi)耐磨帶焊接材料的空白，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
經(jīng)濟(jì)效益分析
1.能延長鉆具下井使用周期
    在裸眼中,FED-2-55藥芯焊絲焊制的耐磨帶鉆進(jìn)中比鐵合金粉焊制的耐磨帶磨損少.遼河油田現(xiàn)場使用FED-2-55藥芯焊絲,累計鉆進(jìn)時間31天,進(jìn)尺6474米,地層為砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖地層。與鐵粉焊料相比，同等純鉆進(jìn)時間磨損量不足一半，耐磨帶壽命可增加一倍以上。減少一次進(jìn)廠焊制工序。一個使用周期每根鉆桿節(jié)約費用不少于50元人民幣（即每根鉆桿接頭耐磨帶的加工費）。如果使用EDF-3-60焊料，磨損則會更少。
    在套管中，鉆具耐磨帶由于具自潤滑功能，鉆具使用壽命更是成幾倍增加。就裸眼中使用EFD-2-55計算，在技術(shù)套管中使用EFD-55，可減少3-4次進(jìn)廠焊制工序，每根鉆具可節(jié)約費用150-200元。全面推廣使用經(jīng)濟(jì)效益可觀。
2.能有效的保護(hù)技術(shù)套管
    在技術(shù)套管中鉆進(jìn),EFD-2-55耐磨帶對套管的磨損可降低75%-85%,對技術(shù)套管有明顯的保護(hù)作用.據(jù)中原油田試驗,EDF-2-55耐磨帶只為Fe-50耐磨帶對套管磨損的20%,延長了套管使用壽命,對油田長期穩(wěn)定開發(fā)十分有利。其潛在的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。
3.能降低井下鉆具旋轉(zhuǎn)阻力，增大扭矩30%，減少燃料消耗約10%。
主要規(guī)格及性能詳細(xì)介紹
EFD-1-50(原金達(dá)凌200XT-1,后同)焊絲
    該產(chǎn)品在吸收了美國ARNCO公司200XT鉆桿接頭耐磨帶焊絲優(yōu)點的基礎(chǔ)上,在組成和工藝上加以改進(jìn),克服了美國ARNCO公司200XT產(chǎn)品的缺陷,于一九九九年初研制成功。當(dāng)時研制了平行的三組產(chǎn)品，經(jīng)過實驗室試驗篩選出一種并加以改進(jìn)，于一九九九年下半年由中國石油天然氣總公司石油勘探開發(fā)研究院進(jìn)行臺架試驗，試驗時按照美國ARNCO公司200XT的試驗條件、試驗設(shè)備和試驗材料規(guī)格，并用美國ARNCO公司200XT產(chǎn)品同時進(jìn)行的平行試驗（詳見附件1石油勘探開發(fā)研究院實驗報告）。通過實驗，EFD-1-50型鉆桿接頭耐磨帶焊絲的使用條件、耐磨性能都優(yōu)于ARNCO 200XT。
  主要規(guī)格及性能：
   直徑：Ø2.0mm藥芯焊絲
   主要成分:  鉻  碳  錳  鉬  磷  硫
   焊后耐磨帶絡(luò)氏硬度(一層):HRC 50-55(第二次焊后會稍高)
   焊接時使用平直特性500A直流焊接電源;
   焊接時使用氬氣保護(hù)焊(氬氣流量為12-15L/分);
   焊件焊前不需預(yù)熱,焊后不需保溫;
   焊接時焊絲接正極;
   焊接電流:320-350A
   焊接電壓:26-28V
   包裝:15kg/盤(塑料袋密封保持干燥)
   存放在通風(fēng)干燥處,嚴(yán)防受潮;如受潮要烘干后方可使用,否則影響質(zhì)量。

EFD-2-55(原金達(dá)凌200XT-2,后同)焊絲

    EFD-2-55是在EFD-1-50基礎(chǔ)上研究開發(fā)的新產(chǎn)品，是對EFD-1-50的進(jìn)一步改進(jìn)和提高，主要有如下幾個特點：

    首先是價格更低廉。雖然EFD-1-50的價格不足美國同類產(chǎn)品的1/3，但價格仍較高。因此我們從經(jīng)濟(jì)效益角度出發(fā)，積極尋求在保證質(zhì)量的前提下更為廉價的成本配方，獲得成功。使得EFD-2-55較EFD-1-50的成本價格得到明顯下降。

    其次是焊帶質(zhì)量進(jìn)一步提高。雖然EFD-1-50焊前不預(yù)熱、焊后不保溫，但美國ARNCO公司在2000年推出新產(chǎn)品100型，也可焊前不預(yù)熱、焊后不保溫，其他性能同200XT。但這種焊料同美國ARNCO 200XT一樣焊帶有裂紋。我們研制開發(fā)的EFD-2-55不但不需預(yù)熱、不需保溫。而且焊后基本沒有裂紋。使焊帶質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。

    第三是焊帶更耐磨損。為了是耐磨帶更耐磨損，我們對配方進(jìn)行了改進(jìn)，同時提高了自潤滑材質(zhì)成分，使得FED-2-55的摩擦系數(shù)更小，且硬度由HRC50-55提高到HRC55-60，使焊帶更耐磨損。

   主要規(guī)格及性能：

   直徑：Ø1.6mm、Ø 2.0mm藥芯焊絲

   主要成分:  鉻  碳  錳  鉬

   焊后耐磨帶絡(luò)氏硬度: HRC 55-60

   焊接時使用平直特性500A直流焊接電源;

   焊接時使用氬弧焊,也可使用CO2氣體保護(hù)焊;

   焊件焊前不需預(yù)熱,焊后不需保溫,焊后無裂紋;

   焊絲接電源正極;

   焊接電流:250-300A

   焊接電壓:23-28V

   包裝:15kg/盤(塑料袋密封保持干燥)

   存放在通風(fēng)干燥處,嚴(yán)防受潮;如受潮要烘干后方可使用,否則影響質(zhì)量。

3.EFD-3-60(原金達(dá)凌200XT,后同)焊絲

    在我國的具體地址條件下,目前很多油田鉆井不下技術(shù)套管,裸眼鉆達(dá)目的層。在這種鉆進(jìn)過程中，由于地層的尖銳棱角使得鉆桿接頭耐磨帶的耐磨性能、提高耐磨帶的強(qiáng)度，給我們提出了研制高硬合金耐磨帶焊絲的任務(wù)。目前美國也正在加緊研制但尚無產(chǎn)品面世。我們經(jīng)過實驗室試驗研究，開發(fā)出了以碳化鎢為主要成分的FED-3-60耐磨材料。經(jīng)在中原油田及遼河油田使用證明，焊出的耐磨帶平整、熔合好、使用效果很好。同時研制出碳化鎢焊絲專用焊槍。

主要規(guī)格及性能：

   直徑：Ø 1.6mm藥芯焊絲

   主要成分:  碳化鎢   鐵

   焊后耐磨帶絡(luò)氏硬度: HRC 65-67

   使用條件：適用于裸眼鉆井中使用

   焊接時使用平直特性500A直流焊接電源;

   焊接時使用氣體保護(hù)焊（CO2、氬氣均可）;

   焊前不需預(yù)熱、不需保溫,焊后無裂紋;

   焊絲接電源正極;

   焊接電流:280-320A

   焊接電壓:26-28V

   焊前鉆桿接頭施焊處要處理干凈保證導(dǎo)電良好；

   包裝: 15kg/盤(塑料袋密封保持干燥)

   存放在通風(fēng)干燥處,嚴(yán)防受潮;如受潮要烘干后方可使用,否則影響質(zhì)量