王建權(quán) 趙建軍
(大慶油田創(chuàng)業(yè)集團(tuán)康泰實(shí)業(yè)公司,黑龍江 大慶 163000)
在工業(yè)油、氣井管柱中的油、套管及地面管線現(xiàn)場(chǎng)使用中,常有油、套管因腐蝕而發(fā)生堵塞、泄漏等問(wèn)題,而腐蝕的主要原因是普通油、套管抗電化學(xué)腐蝕能力差。亟待開(kāi)發(fā)耐蝕性比API-13Cr鋼管好且生產(chǎn)成本又可以比雙相不銹鋼管大幅下降的新油井管。
試驗(yàn)證明采用不銹鋼內(nèi)襯技術(shù)制造油管,不但達(dá)到了耐腐蝕效果,又降低了生產(chǎn)成本,通過(guò)使用摩擦焊(摩擦焊是利用金屬焊接表面摩擦加熱的一種熱壓焊接方法,是一項(xiàng)受到廣泛重視與歡迎的焊接新技術(shù))技術(shù)不但使油、套管本體與腐蝕介質(zhì)徹底隔離,避免管子本體受到腐蝕,同時(shí)也保證了油、套管的抗拉、耐壓等機(jī)械性能和強(qiáng)度不受影響,解決了管體端部絲扣連接處及接箍的防腐問(wèn)題,最終降低了生產(chǎn)成本。
首先,使用摩擦焊接制造不銹鋼內(nèi)襯防腐油、套管的管體;然后,在管體內(nèi)嵌入不銹鋼內(nèi)襯,并用氬弧焊將管體端部與內(nèi)襯焊接封閉;最后,與內(nèi)嵌有特制橡膠環(huán)的接箍裝配聯(lián)接,形成成品。該技術(shù)方案具有以下特點(diǎn):不銹鋼短接頭與管體通過(guò)摩擦焊接焊成一體,焊縫強(qiáng)度高,且該短接頭焊后長(zhǎng)度僅10mm,加工螺紋后,不影響螺紋連接強(qiáng)度;不銹鋼短接頭與內(nèi)襯通過(guò)氬弧焊密封焊接,確保管體與內(nèi)襯間的空隙密閉,可防止管體內(nèi)壁腐蝕;接箍?jī)?nèi)嵌入特制橡膠環(huán)可防止接箍的腐蝕;工藝過(guò)程完全由成熟的加工工藝組成,可靠性強(qiáng)。
關(guān)鍵技術(shù):管體與腐蝕介質(zhì)的完全隔離技術(shù)。如圖所示:
圖1 管體與腐蝕介質(zhì)隔離示意圖
接箍與腐蝕介質(zhì)的完全隔離技術(shù)。如圖所示:
圖2 接箍與腐蝕介質(zhì)隔離示意圖
管子端部擠壓嵌在接箍?jī)?nèi)的橡膠環(huán),產(chǎn)生擠壓密封。橡膠環(huán)與管子端部、接箍共產(chǎn)生7處密封,可將接箍本體內(nèi)部與腐蝕介質(zhì)徹底隔離,接箍外表面及端部和止口做防腐處理,保證與腐蝕介質(zhì)徹底隔離。
技術(shù)效果:產(chǎn)品隔離效果好、抗腐蝕能力強(qiáng);加工費(fèi)用低,經(jīng)濟(jì)效益高。
2.2.1 不銹鋼內(nèi)襯防腐油、套管生產(chǎn)工藝流程
使用摩擦焊接制造不銹鋼內(nèi)襯防腐油、套管,其主要技術(shù)工藝過(guò)程為:內(nèi)襯不銹鋼鋼管管體、不銹鋼短接頭、接箍及內(nèi)置特制耐油耐壓橡膠環(huán)生產(chǎn)制造;油管除油(專指舊油、套管);管體探傷檢測(cè);管體(可以是舊油、套管)的矯直、通徑試驗(yàn);拆卸舊接箍(專指舊油、套管);切掉舊絲扣頭、平整管體端面、車基準(zhǔn)外圓;將不銹鋼短接頭焊接在外加厚接頭上(專指外加厚油管,平式油管是將不銹鋼短接頭直接焊接在管體上);一次焊縫熱處理(專指外加厚油管);一次去除焊接飛邊(專指外加厚油管);將外加厚接頭焊接在管體兩端;二次焊縫熱處理;二次去除焊接飛邊;管體內(nèi)壁噴砂、嵌入內(nèi)襯不銹鋼管;用氬弧焊焊接封閉內(nèi)襯與管體內(nèi)壁間的環(huán)形空間;管端焊縫整形并加工工藝密封錐度;裝配接箍(地面管線不裝配接箍);清洗管子內(nèi)壁、去除鐵屑及焊接突起并做通徑試驗(yàn);水力密封試壓;外壁噴砂并作防腐處理(鍍鋁或涂敷);打標(biāo)識(shí)、存儲(chǔ)入庫(kù);運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。
2.2.2 內(nèi)襯不銹鋼管,不銹鋼短接頭,油、套管外加厚接頭,接箍及內(nèi)置橡膠環(huán)生產(chǎn)工藝流程:(1)內(nèi)襯不銹鋼管生產(chǎn)工藝流程。按尺寸下坯料→卷筒→使用氬弧焊焊接。(2)不銹鋼短接頭生產(chǎn)工藝流程:按尺寸下坯料→精車至尺寸→包裝入庫(kù)(3)外加厚接頭生產(chǎn)工藝流程:按尺寸下坯料→調(diào)質(zhì)熱處理→精車內(nèi)孔、外圓→熒光磁粉微裂紋探傷→焊接不銹鋼短接頭→焊縫熱處理→去焊接飛邊、整形→精車螺紋→檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)。(4)外加厚接箍生產(chǎn)工藝流程:按尺寸下坯料→調(diào)質(zhì)熱處理→精車至尺寸→熒光磁粉微裂紋探傷→嵌入特制橡膠環(huán)→包裝入庫(kù)。
本項(xiàng)目是通過(guò)對(duì)油管管體強(qiáng)度研究,通過(guò)計(jì)算選取適當(dāng)材質(zhì)替換API標(biāo)準(zhǔn)常用油管管體材質(zhì),將原鋼級(jí)油管接頭使用摩擦焊焊接至管體兩端,保持管端絲扣強(qiáng)度不變,適當(dāng)調(diào)整管體強(qiáng)度,從而使管體與絲扣強(qiáng)度滿足等強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。按照API SPEC 5CT《套管和油管規(guī)范》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
對(duì)使用摩擦焊接技術(shù)制造的油管按照GB228-87《金屬拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》及GB3075-82《金屬疲勞試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行靜拉伸破壞性實(shí)驗(yàn)及疲勞拉伸破壞性試驗(yàn)過(guò)程中,要求制造拉伸試件時(shí)將焊口部位置于拉伸試件的中心,在任一次試驗(yàn)過(guò)程的所有樣件中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)保證:試驗(yàn)的所有樣件不在焊口部位及熱影響區(qū)范圍內(nèi)發(fā)生斷裂現(xiàn)象。
靜水壓試驗(yàn)指標(biāo)
摩擦焊接技術(shù)從2000年開(kāi)始被研究應(yīng)用,其間我們對(duì)摩擦焊接焊縫進(jìn)行了大量的機(jī)械性能試驗(yàn),總結(jié)出了切實(shí)可行的摩擦焊接工藝參數(shù)設(shè)計(jì)工程數(shù)學(xué)模型,通過(guò)該數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)的焊接參數(shù),我們先后分別試驗(yàn)焊接成功了23/8"、27/8"和31/2"油管及不銹鋼與鋁合金的焊接,同時(shí)在國(guó)內(nèi)首家將摩擦焊接技術(shù)應(yīng)用到對(duì)舊油管進(jìn)行性能加強(qiáng)性改制,通過(guò)摩擦焊接技術(shù)改制的舊油管在油田應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)下井使用了10年多時(shí)間,焊接質(zhì)量能夠保證油管井下使用要求,改制后的舊油管完全可以替代新油管在井下往復(fù)使用。通過(guò)10年多時(shí)間的技術(shù)積累和試驗(yàn)成果,提出將摩擦焊接技術(shù)應(yīng)用到新油管制造,是科學(xué)論證和技術(shù)發(fā)展的必然,該方案在技術(shù)上是可行的。
摩擦焊在不銹鋼內(nèi)襯油、套管中應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢(shì)(將管體與腐蝕介質(zhì)有效屏蔽隔離技術(shù)),優(yōu)異的產(chǎn)品機(jī)械性能(與普通油、套管達(dá)到等強(qiáng)度,選用優(yōu)質(zhì)耐酸鋼和管體外壁鍍鋁技術(shù)作屏蔽),良好的產(chǎn)品質(zhì)量(符合SY/T6194-2003《石油套管和油管》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)),合理的制造成本,在氣井油、套管及三元聚合物驅(qū)油管線使用中,一定會(huì)為油田進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、為油田實(shí)現(xiàn)繼續(xù)穩(wěn)產(chǎn)這一宏偉目標(biāo)做出重大貢獻(xiàn)。
大慶油田對(duì)平式油管的需求量每年約在600萬(wàn)米以上,從我廠對(duì)平式油管的制造方案的先進(jìn)性來(lái)分析,油管整體機(jī)械系能與傳統(tǒng)油管一致,而價(jià)格成本得到較低,每米油管價(jià)格降低7元錢,如此計(jì)算,每年600萬(wàn)米就可以為油田節(jié)約投資成本4200萬(wàn)元,具有良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。同時(shí),該項(xiàng)目也可為企業(yè)創(chuàng)造巨額的經(jīng)濟(jì)效益。如果按照該項(xiàng)目市場(chǎng)占有額的50%計(jì)算,年可創(chuàng)產(chǎn)值一億八千萬(wàn)元。
[1]劉政軍主編.不銹鋼焊接及質(zhì)量控制[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2008.
[2]秦國(guó)志.管道防腐技術(shù)(第2版)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2010.
[3]王洪光.特種焊接技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2009.