油田廢舊射孔槍修復(fù)再制造技術(shù)

馬 振，靳朋禮，莊明輝，牟立婷，王 軍，郭士強(qiáng)，李慕勤

（1.佳木斯大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007；2.佳木斯大學(xué) 藥學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007；3.大慶高新區(qū)北油科技有限公司，黑龍江 大慶 163000）

油田廢舊射孔槍修復(fù)再制造技術(shù)

馬 振1，靳朋禮1，莊明輝1，牟立婷2，王 軍1，郭士強(qiáng)3，李慕勤1

（1.佳木斯大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007；2.佳木斯大學(xué) 藥學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007；3.大慶高新區(qū)北油科技有限公司，黑龍江 大慶 163000）

射孔完井是目前國內(nèi)外使用最廣泛的一種完井方法，目前射孔槍管通常為一次性使用，一旦經(jīng)過射孔作業(yè)，多數(shù)做報(bào)廢或降級(jí)處理，造成很大的浪費(fèi)，因此對(duì)射孔槍進(jìn)行再修復(fù)制造十分必要。通過對(duì)射孔槍管體的結(jié)構(gòu)分析，開發(fā)設(shè)計(jì)了射孔槍體和補(bǔ)貼片的新結(jié)構(gòu)，采用焊條電弧焊打底，φ（Ar）80%+φ（CO2）20%氣體保護(hù)焊填充和蓋面，模擬實(shí)際井下條件檢測(cè)射孔槍管耐壓性。結(jié)果表明，優(yōu)化的廢舊射孔槍管體結(jié)構(gòu)和補(bǔ)貼片的設(shè)計(jì)使接頭焊接質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求指標(biāo)。

射孔槍管；盲孔；補(bǔ)貼片；焊接工藝

0 前言

近年來，優(yōu)化開采動(dòng)態(tài)和提高油氣采收率引起人們的廣泛關(guān)注，射孔技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)[1-3]。射孔作業(yè)的成敗直接關(guān)系到油井出油率的高低，射孔槍則是保證成功射孔的重要工具之一[4]。針對(duì)現(xiàn)有射孔槍增加炸高難度較大的問題，出現(xiàn)了一種新型的內(nèi)盲孔射孔槍，孔槍可行性較高，與外盲孔射孔槍相比，可有效提高穿透深度[5]。目前，油田射孔槍大都是從歐美進(jìn)口，價(jià)格較貴，每米約600元。且射孔槍管通常為一次性使用，一旦經(jīng)射孔作業(yè)，多數(shù)做報(bào)廢產(chǎn)品或降級(jí)使用，浪費(fèi)很大，若能將射孔槍修復(fù)再制造，達(dá)到性能等級(jí)而重復(fù)利用，意義重大[6]。按70%修復(fù)率，修復(fù)后的射孔槍擬定300元/米計(jì)算，每年可節(jié)約成本近千萬元，提高利用效率，降低施工成本[7]。

1 射孔槍管子修復(fù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1 射孔槍管材

實(shí)驗(yàn)材料為油田廢舊的射孔槍管。選用判廢處理的射孔槍若干根并截成帶有單一盲孔的若干節(jié)，要求每小節(jié)槍身試樣盲孔周圍無爆破裂紋，表面無嚴(yán)重腐蝕、銹蝕。射孔槍管材為中碳調(diào)質(zhì)鋼35CrMo，直徑180 mm，長度2 000 mm。射孔作業(yè)后的槍管如圖1所示，射孔眼分布在整個(gè)槍管的表面，排列不規(guī)則，孔徑大小不等，35CrMo鋼的化學(xué)成分見表1。

圖1 槍管射孔示意

表1 35CrMo鋼的化學(xué)成分 %

1.2 槍管修復(fù)設(shè)計(jì)要求

一根完好的射孔槍中間截?cái)嗖⒃跀嗫谔幖庸こ龊附悠驴?，補(bǔ)好的盲孔試樣放在兩截射孔槍中間并將兩端分別焊接在一起，將帶有試樣的盲孔槍的兩端與水壓檢測(cè)裝置裝配好，啟動(dòng)打壓泵，水被注入到射孔槍內(nèi)進(jìn)行打壓，在50 MPa、穩(wěn)壓30 min后觀察。盲孔槍要求無滲漏和泄漏現(xiàn)象，槍體沒有變形，修復(fù)的盲孔承壓能力滿足設(shè)計(jì)要求。

2 射孔槍管體拆解與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 槍管的拆解與清理

按管材規(guī)格分類后，放入液壓自動(dòng)拆解設(shè)備中進(jìn)行拆解工序，夾層槍槍管體與內(nèi)部中心管分離。射孔作業(yè)后的槍管通常附有一層厚厚的原油和沙土等形成的污垢，施焊前要徹底清除，而后進(jìn)行管體表面噴砂處理，露出金屬光澤。坡口采用機(jī)械加工，坡口處不得出現(xiàn)油漆、油，焊口要求平整，無凹坑、凸起等。

2.2 坡口的設(shè)計(jì)和加工

射孔槍外徑180mm，內(nèi)徑150mm，壁厚25mm。為了滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到射孔作業(yè)的效果，修復(fù)時(shí)采用特殊的結(jié)構(gòu)形式，將廢舊射孔槍上的孔加工成30 mm，結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示。

為便于補(bǔ)貼片的加工和制造，選用強(qiáng)度等級(jí)較低的Q345鋼板，采用特種鉆具或?qū)I(yè)銑床將盲孔槍上原有的盲孔進(jìn)行加工擴(kuò)充，如圖3所示，直徑28 mm，并在中心外側(cè)開 5 mm×5 mm×5 mm×5mm雪花人造裂紋，寬度0.3mm，深度1mm。內(nèi)側(cè)開凹槽（半徑9.1mm，弧長8.28mm）。補(bǔ)貼片厚度5mm。補(bǔ)貼片進(jìn)行內(nèi)凹槽，外部雪花人造裂紋處理。凹槽使射孔彈能定向炸穿，有導(dǎo)向作用。人造雪花裂紋及凹槽能使盲孔在射孔過程中容易穿透，射孔槍與補(bǔ)貼片焊接時(shí)不焊透，為射擊穿槍管創(chuàng)造條件，提升采油率。

圖2 坡口結(jié)構(gòu)和補(bǔ)貼片示意

圖3 補(bǔ)貼片示意

3 槍管修復(fù)焊接工藝

經(jīng)射孔作業(yè)后的槍管常常附有一層厚厚的由原油及沙土等形成的污垢，在施焊前須徹底清除，并清除坡口及附近的油污銹，使之露出金屬光澤；采用鉆床加工的坡口、車床上加工的補(bǔ)貼片，難免會(huì)沾上油污，可用化學(xué)清洗劑清洗，清洗后立即晾干，然后焊接。

管材35CrMo與補(bǔ)貼片Q345異種鋼焊接，物理性能、焊接性差別較大，焊接困難。為使焊縫接頭滿足設(shè)計(jì)要求，采用“過渡匹配”原則，選用J507R焊條打底、焊絲ER55-G填充和蓋面。焊條經(jīng)350℃×2h烘干，放入150℃保溫筒內(nèi)保溫，隨用隨取。焊條烘干后在保溫筒內(nèi)超過4 h后應(yīng)重新烘干，烘干次數(shù)不宜超過2次。

管材35CrMo與補(bǔ)貼片Q345焊接，35CrMo淬硬傾向較大，制定異種鋼焊接工藝時(shí)以焊接性差的鋼材為基準(zhǔn)。為減小淬硬傾向和避免冷裂紋的產(chǎn)生，焊前采用履帶式加熱器須對(duì)射孔槍管體進(jìn)行150℃預(yù)熱。

射孔槍的修復(fù)焊接工藝：焊條電弧焊時(shí)焊接電流 90A，φ（Ar）80%+φ（CO2）20%氣體保護(hù)焊時(shí)焊接電流為180 A，電壓24 V，直流反接。焊后需對(duì)射孔槍槍管進(jìn)行及時(shí)緩冷處理，焊后熱處理溫度為500℃，保溫時(shí)間2 h，降低冷卻速度，減小焊接應(yīng)力作用，以保證焊接接頭的組織和性能。

4 射孔槍焊接和檢測(cè)

4.1 射孔槍焊接

采用上述焊接工藝，將管材35CrMo與補(bǔ)貼片Q345裝配焊接，焊接熱處理后采用打磨機(jī)或砂輪加工，將焊縫余高打磨平，保持與原射孔槍管同高同弧度，并使表面光滑。

4.2 水壓檢測(cè)與分析

將一根完好的射孔槍從中間截?cái)嗖⒃跀嗫谔幖庸こ龊附悠驴冢蜒a(bǔ)好的盲孔試樣放在兩截射孔槍中間并將兩端分別焊接在一起，將上述焊好的帶有試樣的盲孔槍進(jìn)行水壓檢測(cè)。將帶有試樣的盲孔槍的兩端與水壓檢測(cè)裝置裝配好，如圖4所示，啟動(dòng)打壓泵，水被注入到射孔槍內(nèi)進(jìn)行打壓，打壓過程中分兩級(jí)加壓，第一級(jí)加壓到40 MPa，穩(wěn)壓5 min觀察現(xiàn)象，盲孔槍完好無滲漏與泄漏現(xiàn)象；第二級(jí)加壓是在第一級(jí)加壓到40 MPa的基礎(chǔ)上再次加壓到50 MPa，穩(wěn)壓10 min后觀察現(xiàn)象，盲孔槍依然完好、無滲漏與泄漏現(xiàn)象，修復(fù)后的盲孔承壓能力滿足實(shí)驗(yàn)要求，盲孔打壓檢測(cè)實(shí)驗(yàn)成功。

4.3 模擬井射孔檢測(cè)和分析

修復(fù)后的盲孔槍在實(shí)際使用之前，還要經(jīng)過模擬井射孔檢測(cè)。在井溫50℃、井壓10 MPa的模擬井上，采用單發(fā)裝藥量為37.7 g的SL52YD-1型射孔彈，總裝彈數(shù)量32發(fā)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可知，本實(shí)驗(yàn)獲得的性能指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)要求，修復(fù)后的射孔槍滿足油田環(huán)境的使用要求。

表2 槍管模擬井射孔試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

（1）盲孔加工形狀應(yīng)加工成帶有肩的新制造孔眼，并帶有坡口，此結(jié)構(gòu)容易裝配，貼片根部與肩故意不焊透，在滿足強(qiáng)度的基礎(chǔ)上為擊穿射孔創(chuàng)造條件。補(bǔ)貼片Q345加工形狀為表面帶花紋，內(nèi)側(cè)帶有凹槽，提高射孔率。

（2）采用盲孔與補(bǔ)貼片Q345的結(jié)構(gòu)與制造工藝和焊接工藝規(guī)程進(jìn)行焊接修復(fù)的射孔槍管，經(jīng)焊接分析、焊后檢測(cè)、耐溫耐壓和模擬井射孔實(shí)驗(yàn)檢測(cè)后，其質(zhì)量完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求指標(biāo)，證明本實(shí)驗(yàn)修復(fù)工藝切實(shí)可行，修復(fù)后的射孔槍可以在油田油井環(huán)境下使用，滿足使用質(zhì)量要求。

[1]謝克特.油井增產(chǎn)技術(shù)[M].劉德鑄，等譯.北京：石油工業(yè)出版社，2003：151-170.

[2]張昭，劉亞麗，胡海飛，等.射孔槍射孔過程數(shù)值模擬及參數(shù)控制[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2008，6（15）：151-156.

[3]李臣，張國華，孔令海，等.內(nèi)盲孔射孔器在吉林油田的應(yīng)用[J].國外測(cè)井技術(shù)，2008，23（1）：19-21.

[4]劉良，蘇督芳.油田井用射孔槍[M].北京：石油工業(yè)出版社，1993.

[5]孫劍波，王娟，杜遠(yuǎn)宗.優(yōu)化射孔技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2003，22（8）：55-58.

[6]李保民，趙大華.復(fù)合射孔技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用效果[J].石油勘探與開發(fā)，2005，32（1）：103-104.

[7]劉河秀，張偉民.增效射孔工藝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].測(cè)井技術(shù)，2003，27（5）：437-440.

Repair and remanufacturing technology of oilfield waste perforating gun

MA Zhen1，JIN Pengli1，ZHUANG Minghui1，MU Liting2，WANG Jun1，GUO Shiqiang3，Li Muqin1
（1.College of Materials Science&Engineering，Jiamusi University，Jiamusi 154007，China；2.College of Pharmacy，JiamusiUniversity，Jiamusi 154007，China；3.Daqing High-tech Zone North Oil Tech.Co.，Ltd.，Daqing163000，China）

Perforated completion has been widely applied in oilfields at home and abroad.But the perforating barrel is usually single-use,once after perforating operation，most of them will be scraped or demoted，which causes great waste，so it is very necessary to repair and remanufacture the perforating gun.A new structure is designed for perforating gun and subsidies piece based on barrel structure analysis andtheoreticalcalculation.Takingmanualarc welding as backing welding，φ（Ar）80%+φ（CO2）20%gas shielded welding asfillandcosmetic welding，and the pressure resistance of perforating gun barrel is detected by simulating actual working conditions.The results show that the optimized scrap perforating gun barrel structure and subsudies piece make the quality of welded joints completely meet the design and technology demands.

perforation casing；blind hole；allowance slice；welding procedure

TG44

B

1001-2303（2017）09-0095-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.09.20

本文參考文獻(xiàn)引用格式：馬振，靳朋禮，莊明輝，等.油田廢舊射孔槍修復(fù)再制造技術(shù)[J].電焊機(jī)，2017，47（09）：95-97.

2017-04-29

黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助（2014xj11）

馬 振（1983—），男，講師，在讀博士，主要從事焊接及材料表面改性的研究。E-mail：jmsdxmz@163.com。

李慕勤，女，教授，E-mail:jmsdxlimuqin@163.com。