淺談報廢無磁鉆鋌的改進(jìn)技術(shù)
——無磁鉆鋌的敷焊修復(fù)

趙 晶 ，劉戰(zhàn)鋒 ，鄭錫坤

（1西安石油大學(xué) 機械工程學(xué)院 陜西 西安 710065）

（2山西北方風(fēng)雷工業(yè)集團(tuán)有限公司 山西 侯馬 043013）

1 引言

無磁鉆鋌在使用中損耗較為嚴(yán)重，技術(shù)人員為節(jié)省采購成本、研發(fā)新技術(shù)以及改善無磁鉆鋌的浪費現(xiàn)象，通過敷焊修復(fù)技術(shù)改進(jìn)報廢無磁鉆鋌，使其可以重新使用，投入石油鉆井的使用中。本文從石油鉆井實際工作的角度出發(fā)，對無磁鉆鋌進(jìn)行簡要介紹，而后分析無磁鉆鋌的敷焊修復(fù)技術(shù)，最后分析修復(fù)報廢無磁鉆鋌的實際意義，推動敷焊修復(fù)技術(shù)的發(fā)展。

2 無磁鉆鋌簡介

低碳高鉻錳合金鋼是制作無磁鉆鋌的原材料，需要經(jīng)過嚴(yán)格的化學(xué)配比，并利用精煉以及鍛造等技術(shù)，使其具有強度較高的機械性能、低磁導(dǎo)率良好，且耐磨性以及耐腐蝕開裂等性能非常優(yōu)異，達(dá)到石油鉆井的工作需求。石油鉆井工作中，需要利用磁性測量儀器確定井眼的方向，而磁性測量儀器工作中需要感應(yīng)大地磁場，故而，磁性測量儀器需要在無磁環(huán)境下工作[1]。但是，鉆井工作適應(yīng)的鉆具絕大多數(shù)具有磁性，進(jìn)而產(chǎn)生磁場，對磁性測量儀器產(chǎn)生影響，影響井眼方向測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。無磁鉆鋌可以在鉆進(jìn)工作中營造無磁環(huán)境，為磁性測量儀器提供工作條件，保證感應(yīng)大地磁場數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，且滿足鉆井工作對鉆鋌的需求。

3 無磁鉆鋌的敷焊修復(fù)

3.1 無磁鉆鋌工作過程中的消耗

無磁鉆鋌是石油鉆井行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的重要工具，但由于其作業(yè)環(huán)境的特殊性，受到的損傷較大，消耗較快。無磁鉆鋌在井眼環(huán)境中承受的力量較為復(fù)雜，正常的鉆井工作環(huán)境下，需要承受彎曲、預(yù)緊、內(nèi)部壓力、扭轉(zhuǎn)以及外部壓力等，需要承受的動載荷或是靜載荷較多；同時，還需要承受地層介質(zhì)以及鉆井液的腐蝕。技術(shù)人員通過觀察回收處理的無磁鉆鋌發(fā)現(xiàn)，其公扣、母扣端部存在嚴(yán)重的咬痕，且外徑的磨損程度較為嚴(yán)重，修復(fù)過程中通常將公扣和母扣對調(diào)使用，雖然滿足鉆井行業(yè)無磁鉆鋌的使用標(biāo)準(zhǔn)，但這樣嚴(yán)重影響無磁鉆鋌的使用周期，既降低無磁鉆鋌的利用率，又影響石油鉆井行業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展。因此，需要在修復(fù)中不斷探索新的技術(shù)，延長無磁鉆鋌的使用周期，而敷焊修復(fù)技術(shù)滿足對報廢無磁鉆鋌的修理需求。

3.2 無磁鉆鋌堆焊、噴焊的材料選擇

為減少鉆桿以及套管的磨損，可以在石油鉆桿接頭處堆焊符合要求的金屬材料。堆焊金屬材料，在鉆桿接頭處形成耐磨帶，采用的主要工藝方法有藥芯焊絲氣保護(hù)電弧形式的堆焊，以及粉末等離子弧噴焊。堆焊耐磨帶的工藝方法有著較好的發(fā)展前景，使用的材料一般需要具有高耐磨性能、減磨性能以較高的抗裂性，經(jīng)過長期的實驗對比，選擇使用焊絲Nate909J，其性能符合報廢無磁鉆鋌修復(fù)的需求，且能夠經(jīng)受堆焊工藝施工，堆焊的表面硬度能夠達(dá)到約HB300。因此，焊絲Nate909J適合應(yīng)用在報廢無磁鉆鋌的修復(fù)方面。

3.3 無磁鉆鋌敷焊中焊絲Nate909J的應(yīng)用

第一，將焊絲Nate909J在普通鉆桿接頭處進(jìn)行堆焊，其耐磨帶通常情況下，不會產(chǎn)生明顯的冷熱裂紋。但是，若是相鄰的耐磨帶重疊部分過多，或是耐磨帶的接口出現(xiàn)過多的搭接，則可能會出現(xiàn)比較明顯的冷裂紋。消除此裂紋的直接方式為重新調(diào)整相鄰耐磨帶的重疊部分，或是重新處理接口的搭接。使用焊絲Nate909J堆焊鉆桿的耐磨帶，其抗裂性能更加優(yōu)異，與之相比更重要的是：焊絲Nate909J堆焊或是噴焊出的耐磨帶，不會產(chǎn)生冷熱裂紋，并且這是在堆焊前沒有進(jìn)行預(yù)熱處理、堆焊后也沒有進(jìn)行緩冷情況下得出的結(jié)果，極大的簡化報廢無磁鉆鋌敷焊修復(fù)過程，減少工藝，提高修復(fù)的效率，并減少修復(fù)的成本，有利于石油鉆井行業(yè)的發(fā)展。

第二，堆焊中使用Nate909J焊絲，并使用純氬氣進(jìn)行保護(hù)，堆焊過程中幾乎不見任何飛濺現(xiàn)象，且耐磨帶的外觀上平整、美觀[2]。因此，使用焊絲Nate909J堆焊的方式修復(fù)報廢無磁鉆鋌后，不需要在進(jìn)行手工打磨，減少工藝環(huán)節(jié)。

第三，鉆桿耐磨帶焊絲Nate909J，在無磁鉆鋌上進(jìn)行堆焊后，能夠提高加工后的表面精度，可以使外徑受到磨損的報廢無磁鉆鋌再次使用；同時，也可以將其加工成無磁加重鉆桿以及無磁柔性短節(jié)。

3.4 無磁鉆鋌敷焊設(shè)備改造

為滿足報廢無磁鉆鋌的敷焊修復(fù)技術(shù)希求，更換原有的等離子噴焊機，選擇粉絲兩用且固定的設(shè)備實施鉆桿耐磨帶焊接。常用的噴焊設(shè)備為DP-500B，其操作簡單，全程為自動化運行，只需要將工藝指令輸入到設(shè)備中，便可以實現(xiàn)起弧、焊層厚度、接口處搭接以及收弧等操作。焊接無磁鉆桿上的耐磨帶時，使用送絲焊接的方式，具有送絲功能的焊槍可以進(jìn)行前后調(diào)節(jié)，且送絲焊接的方式電流比較穩(wěn)定，也便于焊接過程中調(diào)節(jié)電流；同時，耐磨帶完成焊接后，不能進(jìn)行停弧操作，焊槍會自動發(fā)調(diào)節(jié)自己的位置，進(jìn)行下一次的耐磨帶焊接，送絲焊接全部結(jié)束后，鉆桿耐磨帶上的圓周借口需要保持平滑，不能存在接口凸起或是未連接上的現(xiàn)象。報廢無磁鉆鋌的敷焊修復(fù)工藝不僅從技術(shù)層面提高精確度，并在修復(fù)工作層面減少工作量，提升修復(fù)效率。

4 利用敷焊修復(fù)報廢無磁鉆鋌的實際意義

利用敷焊修復(fù)報廢無磁鉆鋌后，增加水平油井中無磁柔性短節(jié)以及無磁加重鉆桿的使用，并在實際作業(yè)中得到工作人員的認(rèn)可好評。具體可以從可以提高無磁鉆鋌的使用周期、增加石油鉆井行業(yè)對無磁加重鉆桿的使用、使用無磁柔性短節(jié)替代原本的短鉆鋌三個方面進(jìn)行分析。

首先，可以提高無磁鉆鋌的使用周期。在報廢的無磁鉆鋌上使用焊絲Nate909J，不僅可以成功焊接耐磨帶，且不會對無磁鉆鋌的材質(zhì)產(chǎn)生影響，通過這種敷焊修復(fù)方式，無磁鉆鋌的使用周期通?？梢匝娱L百分之三十二。

其次，可以利用敷焊修復(fù)技術(shù)將無磁鉆鋌加工為無磁加重鉆桿，增加石油鉆井行業(yè)對無磁加重鉆桿的使用。從水平油井的使用情況進(jìn)行分析，使用無磁加重鉆桿替代原本的無磁鉆鋌之后，減少鉆井作業(yè)中出現(xiàn)的托壓問題；同時，提高鉆井作業(yè)的時效性，有效將鉆井周期縮短，且縮短的周期達(dá)到一天以上，有效的減少石油鉆井行業(yè)的成本投入，進(jìn)而增加其經(jīng)濟效益，促進(jìn)石油鉆井行業(yè)的健康發(fā)展。

最后，根據(jù)各油田的實際施工特點，使用無磁柔性短節(jié)替代原本的短鉆鋌，有效減少起鉆作業(yè)中出現(xiàn)的倒劃眼，且減少井下施工作業(yè)過程中出現(xiàn)的復(fù)雜情況；同時，通過使用無磁柔性短節(jié)增加電測一次的成功幾率，減少工作人員在井下作業(yè)的施工強度，有利于保證工作人員的生命安全。

5 結(jié)語

石油鉆井行業(yè)的發(fā)展需要無磁鉆鋌作為生產(chǎn)的技術(shù)支持，而無磁鉆鋌的外徑在使用過程中消耗較快，很快便會導(dǎo)致無磁鉆鋌的性能無法滿足工作需求，若是不能修復(fù)報廢的無磁鉆鋌，則會造成嚴(yán)重的浪費，從經(jīng)濟、環(huán)保等角度考慮，應(yīng)積極利用敷焊修復(fù)技術(shù)改進(jìn)無磁鉆鋌，使其重新回到石油鉆井工作中。

[1]衛(wèi)博，張軍，胡開拓.淺談報廢無磁鉆鋌的改進(jìn)技術(shù)——無磁鉆鋌的敷焊修復(fù)[J].化工管理，2017，(23)：183.

[2]趙兵.6英寸小井眼水平井無磁鉆鋌的改進(jìn)[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013，34(01)：149-150.