鉆桿耐磨帶現(xiàn)狀技術分析

李沛軒

關鍵詞：耐磨帶;焊絲;焊接工藝

1.引言

鉆桿接頭耐磨帶實質(zhì)上是一個隔離層，利用耐磨帶焊絲的耐磨性，通過這個隔離層，使鉆桿接頭外壁和套管壁或井壁隔離，避免鉆桿接頭與套管壁或井壁直接接觸，以保護鉆桿接頭和套管免遭強烈磨損。

2.如何選擇耐磨帶

耐磨帶的工況條件較為復雜，性能要求苛刻。在鉆井特別是裸眼鉆井過程中，耐磨帶與巖石井壁會發(fā)生持續(xù)摩擦，耐磨帶必須經(jīng)受住這樣長時間磨損。用戶希望耐磨帶的硬度、耐磨性越高越好，這是用戶在選擇耐磨帶時最大最典型的誤區(qū)。正確的思路是必須考慮鉆井過程中耐磨帶與套管的接觸摩擦和磨損。如果耐磨帶的硬度和耐磨性比套管高過多，那么套管磨損程度將比耐磨帶大得多。在這種情況下，耐磨帶的硬度、耐磨性越高，套管磨損程度越嚴重。

3.耐磨帶對比

市場上可供選擇的耐磨帶材料并不多，廣大用戶迫切需要價格合理、性能優(yōu)良的新型耐磨帶焊絲。高性能耐磨帶焊絲與國際先進水平的接軌，為我國耐磨帶焊絲的研發(fā)指出了明確方向。

3.1 市場常見耐磨帶分析

目前市場上的耐磨帶焊絲主要有安科、博騰、固本、納特等品牌，國外品牌中以美國安科一家獨大，但是價格高昂。隨著國內(nèi)品牌的質(zhì)量提升，性能已經(jīng)接近或超過國外品牌，國內(nèi)市場基本上已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化。

3.2 耐磨帶性能分析

以下對耐磨帶需要什么樣的性能來滿足使用要求，同時耐磨帶焊絲需要具備什么優(yōu)良性能來滿足更高的要求進行分析。

3.2.1 對基體的影響

耐磨帶焊接在鉆桿接頭、加重鉆桿的表面，焊接過程中達到熔融狀態(tài)后冷卻，在這過程中焊接處的基體會發(fā)生性能變化。

通過現(xiàn)場焊接分析，焊接2道耐磨帶對基體的性能基本上沒有影響，焊接3道10 mm深度耐磨帶屈服強度和延伸率有一定影響，在可接受的范圍之內(nèi)。

3.2.2 焊接設備和焊接工藝

焊接設備差別不大，都需要能夠方便地對焊接各參數(shù)進行調(diào)整的自動焊接設備，焊接工藝需要實現(xiàn)數(shù)字化控制，在保護氣體、焊前熱處理、焊后熱處理以及防止裂紋產(chǎn)生等方面存在一些差別。

3.2.3 耐磨性和減磨性

耐磨帶的耐磨性和減磨性都是相對的指標，應該針對不同的工況進行綜合選擇。比如裸眼鉆進的鉆桿耐磨帶就不用過多考慮減磨性，應突出耐磨性能，廉價的碳化鎢粉末，高耐磨高硬度是第一選擇，但是往往鉆具的使用也是復雜多工況的，這就需要綜合考慮。對鉆桿耐磨帶性能參數(shù)分析要考慮的因素主要有載荷、摩擦系數(shù)和材料特性等方面。

3.2.4 焊接成型和修復

焊接成型和耐磨帶的修復是耐磨帶材料的重要因素，從適應鉆井環(huán)境來說，理想狀態(tài)要達到以下幾點要求：①耐磨帶上無龜裂;②在鉆井過程中，對套管的磨損降為最低;③套管與鉆桿接頭同時得到保護;④可用于新舊不同尺寸的鉆桿;⑤可焊性好，可以直接在舊的耐磨帶上焊接。

3.2.5 缺陷耐磨帶修復

管螺紋車床S1-245B拆卸原有刀架，更換安裝外磨頭FY400。砂輪直徑400mm，寬度50mm。磨頭主軸轉速1672r/min。

選取兩根耐磨帶掉塊嚴重停用鉆桿進行修復。

1#耐磨帶原有情況：連續(xù)成片剝落寬度20-30mm，耐磨帶寬度55mm。

磨削總量：6.0mm，寬度50mm，耗時：110分鐘。主軸轉速11r/min。

結果：外觀光滑，可見凹坑，可直接進行耐磨帶敷焊2道，寬度25mm。

2#耐磨帶原有情況：裂紋多伴有連續(xù)成片剝落和碎裂，多處凹坑。耐磨帶寬度65mm，深度2-5mm。

磨削總量：6.5mm，寬度50mm，耗時：53分鐘。主軸轉速54r/min

結果：外觀光滑，可見部分凹坑，由于原有寬度大于砂輪寬度，單次磨削后邊緣未清除干凈，需再次進行磨削邊緣10mm方能徹底清除。磨削完成后可直接進行耐磨帶敷焊2、3道，寬度分別為30、20mm。

通過使用管螺紋車床加裝外磨頭配合專用金剛石砂輪對原有耐磨帶進行磨削清除，效果理想。經(jīng)過參數(shù)調(diào)節(jié)將單根磨削時間控制在60分鐘以內(nèi)。后期作業(yè)過程建議更改砂輪寬度尺寸至60mm，只需一次進給磨削即可完成原有耐磨帶的清除工作，確保二次焊接耐磨帶質(zhì)量。

4.新技術與工藝

隨著鉆井工況的變化和耐磨帶技術應用場合的拓展，耐磨帶產(chǎn)品除了不斷追求更好的焊接外觀、更強的耐磨性能、更穩(wěn)定的產(chǎn)品品質(zhì)外，在一些新興需求面前，對標國外先進產(chǎn)品推陳出新，不斷進步。目前，值得關注的新技術、新工藝有以下幾種。

4.1無須預熱的堆焊工藝

通常，耐磨帶的焊接需要對鉆桿接頭進行預熱，但是會有很多不具備預熱工藝的場合出現(xiàn)。這方面的需求國內(nèi)耐磨帶表現(xiàn)優(yōu)于國外品牌，通過對耐磨帶焊絲進行合金設計調(diào)整，可以實現(xiàn)不預熱直接堆焊且完全沒有裂紋。

4.2低溫焊接工藝

隨著鉆桿內(nèi)涂層使用的逐漸普及，耐磨帶復焊時由于焊接溫度過高導致鉆桿內(nèi)壁涂層失效的問題凸顯。耐磨帶焊絲研究廠家能否研究出確保堆焊過程中鉆桿的受熱溫度控制在特定范圍內(nèi)的產(chǎn)品，這是耐磨帶焊絲和內(nèi)涂層涂料研究共同的課題。

4.3掉塊、裂紋耐磨帶清除修復技術

部分在用鉆桿存在焊粉、焊絲相互交替焊接，且部分鉆桿耐磨帶原有材料存在，焊接過程易產(chǎn)生裂紋、整體掉落等缺陷。部分加重鉆桿耐磨帶只因耐磨帶掉塊嚴重停用，增加部分采購成本。需加大力度研制適合清除原有母材的耐磨帶設備或焊接清除工藝。

5.結語

耐磨帶產(chǎn)品的選擇并不是簡單地根據(jù)產(chǎn)品硬度來決定，需要考慮產(chǎn)品的合金設計、堆焊工藝的可操作性、耐磨帶敷焊車間及鉆井作業(yè)現(xiàn)場的堆焊工況以及鉆井的使用工況來綜合考慮。

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