石油鉆具熱處理工藝及改進措施探究范文

本站小編為你精心準備了石油鉆具熱處理工藝及改進措施探究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：隨著我國經濟水平的提高，工業(yè)化程度也越來越高，對能源的需求也越來越大，石油作為主要的工業(yè)能源之一，在當代工業(yè)生產乃至社會生活中發(fā)揮著不可替代的作用，因此，必須要保證石油資源的有效供應。在石油鉆井工作中，鉆桿是使用的主要工具，近些年鉆桿的用量也不斷地增加，而每年的待報廢鉆桿的數量隨著時間的推移以及鉆井市場的開發(fā)還會持續(xù)增加。由于此類鉆桿大多是由于接頭的磨損，但管體的磨損較小，仍符合相關標準，可以通過焊接修復進行二次開發(fā)，避免造成浪費。文章就對于鉆桿摩擦焊的熱處理工藝進行總結分析并提出了一定的改進措施。

關鍵詞：石油鉆具；摩擦焊；熱處理

石油資源可以說是目前工業(yè)社會最為重要的原料，大部分的運輸工具由石油驅動，另外，在工業(yè)上還可以利用石油進行發(fā)電，被稱為“黑色金子”。對于國家的經濟發(fā)展來說，起著舉足輕重的作用，毫不夸張的說，石油資源對于國家工業(yè)的發(fā)展或是人們的日常生產生活都有著密不可分的關系。而在石油的開采過程中，需要運用專業(yè)的生產設備以及開采技術對油田進行開采，相關設備以及所運用技術的先進性、合理性直接影響著原油的開采率。在石油鉆井工作中，鉆桿是主要使用的設備，近些年來隨著對于石油需求的增大，鉆桿的用量也逐年增長。但由于在鉆井作業(yè)的過程中鉆桿承受著較為復雜的彎扭壓拉組合載荷，保證鉆桿在服役階段的安全性尤為重要。根據多年來鉆井作業(yè)的實際經驗，多數鉆桿由于接頭的磨損超過標準而報廢，但桿體的磨損實際不大仍在標準范圍內，因此通過對此類桿體的焊接修復可以節(jié)約資源，從而大大降低油田的開采成本。經過鉆井行業(yè)多年的摸索，在上個世紀80年代末，開始出現了將摩擦焊技術應用與對石油鉆桿的修復過程中，在近些年通過對摩擦焊機、熱處理設備以及熱處理工藝的改進與革新，極大的提高了鉆桿的修復水平。通過對石油鉆桿進行摩擦焊以及熱處理工藝的修復，可以有效的實現對積壓鉆桿的二次利用，并使鉆桿的性能得到強化，降低了因鉆具失效而產生的事故頻率，減少了新鉆具購置成本，提升了企業(yè)鉆井的速度，并節(jié)省了成本。

1石油鉆桿摩擦焊接技術概述

摩擦焊這一焊接工藝是在二十世紀50年展起來的，其工作原理為焊接件的接觸端面通過進行相對的旋轉運動進行摩擦產生熱量，使端部轉變?yōu)闊崴軤顟B(tài)再進行頂鍛，從而使兩個焊接件之間的接觸面完成焊接。而將摩擦焊技術應用到鉆桿的修復過程中近些年國內外都有了極大的研究成果[1]。

1.1國內情況

關于將摩擦焊應用在石油鉆桿中的研究，我國起步較早，是世界上最早進行相關研究的國家之一。最初主要是在石油鉆桿的修復中應用，修復指的是使用焊接的方式將新接頭替換失效的接頭。1972年，我國第一臺石油鉆桿專用摩擦焊及研制成功并應用與大港油田中，很快這項技術普遍應用于全國其他油田的鉆桿修復工作中，并逐漸取代了傳統(tǒng)工藝。但由于受到當時我國的技術水平所限，摩擦焊在石油鉆桿修復中的應用還存在一定的問題，在實際應用過程中生產穩(wěn)定性較差，并存在如焊接裂紋、流痕斷口等缺陷。而近些年隨著我國綜合國力的提高，科技水平也得到了很大的發(fā)展，相較于往日，自動化水平得到了很大的發(fā)展。同時摩擦焊工藝的相關參數以及所用材料也有了進一步的優(yōu)化，也積累了豐富的摩擦焊應用經驗，因此更加先進成熟的摩擦焊技術在石油鉆桿的制造、修復中又得到了進一步的推廣。目前在我國較大的油田如大慶油田、勝利油田中都有廣泛的應用，并創(chuàng)造了可觀的經濟效益。

1.2國外情況

在國外摩擦焊技術首先由蘇聯學者首次提出并應用，隨后摩擦焊因其優(yōu)質、高效、低能耗、環(huán)保的優(yōu)點逐漸得到了一些工業(yè)強國的重視，并經過漫長時間的研究以及發(fā)展摩擦焊技術逐漸成熟并得到了推廣應用，其中在石油鉆桿的生產制造中應用最多。目前在國外的石油鉆桿摩擦焊機主要分為連續(xù)驅動于慣性兩種方式。不僅實現了焊機的標準以及系列化，還應用了較為先進的監(jiān)控系統(tǒng)。為了保證焊接過程的質量，研究開發(fā)出了一系列的控制技術，包括有時間控制、變形量控制、特殊過程控制技術等。并且在此基礎上通過一些外圍設備的使用實現了焊接過程的自動化。

1.3存在的問題及發(fā)展方向

雖然近些年石油鉆桿摩擦焊修復工藝有了很大的發(fā)展并得到了廣泛的應用，但由于石油鉆桿的較為惡劣復雜的工作環(huán)境，往往對強度、韌性等有較高的要求，單靠摩擦焊工藝很難達到所要求的標準，為了使其達到提高強度韌性從而達到要求，會對摩擦焊接頭進行熱處理，一般采用感應加熱的方式。目前摩擦焊以及熱處理技術應用在石油鉆桿修復過程中主要會產生如下幾個問題：首先摩擦焊過程中會產生灰斑的缺陷?；野呷毕菀话闶侵冈诤附舆^程中摩擦焊接兩個接觸面之間異常區(qū)內形成的一個平面薄膜。灰斑的產生及存在，會對焊接表面金屬的結合造成不良的影響，大大地降低了石油鉆桿的塑性以及韌性疲勞強度，不僅如此，一定程度上還會促使早期裂紋的產生，從而加劇了對石油鉆桿的脆性破壞。其次，在應用摩擦焊技術于石油鉆桿的修復的過程中，需要對相關的參數進行精準的計算設計，稍有偏差會在焊縫與接頭、焊縫與母材之間產生熔合不良的問題。最后，當摩擦焊接工作完成后，應采取相應的熱處理進一步的加強石油鉆桿的性能。但由于相關的熱處理工藝較為復雜，需要操作人員具備相關的專業(yè)知識以及操作經驗。當熱處理工藝不當時，會造成殘余馬氏體的產生，從而使石油鉆桿的硬脆性加強降低了塑性，使淬火裂紋、彎曲斷裂問題產生。根據以上對石油鉆桿摩擦焊以及熱處理的研究以及應用的總結分析，可以得出其基本對目前的鉆井施工所提出的要求滿足，但目前在石油鉆井的研究領域逐漸向深層井發(fā)展，對鉆桿的強度、韌性提出了更高的要求，因此，需要更加高效的摩擦焊以及熱處理工藝技術來滿足新的更高的要求。

2焊后熱處理工藝研究

熱處理的目的是通過改變金屬以及合金內部的組織結構達到使材料滿足性能要求的目的，熱處理過程一般包括有加熱、保溫以及冷卻三個階段。應用再摩擦焊接石油鉆桿修復工作中的熱處理工藝一般來說采用退火、淬火加回火，使用中頻感應的方式進行加熱。中頻感應的方式在加熱速度較快這一優(yōu)點的基礎上兼具焊縫熱影響小的特性，一般來說小于70毫米。在熱處理的過程中，通過退火工藝，使化學成分均勻，并對機械性能有一定的改善，對于材料的內應力也可以減小甚至消除，得到珠光體類這合適的內部組織。由于摩擦焊接較高加熱溫度會帶來極大的焊接應力，因此焊接完成后應及時進行退火處理，從而消除掉內應力，否則會產生焊接冷裂紋造成對石油鉆桿的破壞。保溫過程可以消除焊接產生的內應力以及魏氏組織。另外退火處理可以使石油鉆桿的硬度降低，為后續(xù)的切削加工去除飛邊創(chuàng)造了良好條件。在進行退火工藝時，應注意對加熱溫度的控制，防止其過高或者過快冷卻，從而產生過燒、過熱、較高硬度等缺陷。淬火在熱處理中是最為重要的一道工序，對于焊縫強度以及硬度的提高有顯著的作用。淬火過程應注意加熱溫度應控制在臨界點上，從而得到奧氏體組織，隨后冷卻速度必須高于臨界的冷卻速度，從而得到較多的馬氏體。但由于淬火后生成的馬氏體組織硬脆性較大，并存在一定的內應力，因此在淬火后及時進行回火處理，以防止裂紋的產生。通過高溫回火，既可以消除內應力又可以改善淬火組織，得到回火索氏體組織。通過三種熱處理方式的綜合運用以及配合，使焊區(qū)的力學性能有效提高[2]。

3焊后熱處理工藝改進

焊后熱處理的工藝是提高鉆桿沖擊韌性的較為有效的方式，經過多年的實際應用經驗的累積以及相關的科學研究總結得出對焊后熱處理工藝改進的方法。其中退火工藝也較明顯的影響摩擦焊接頭的沖擊韌性，并且對后續(xù)的車削外飛邊工作也提供了條件。而產生彎曲斷裂的主要原因是由于淬火馬氏體分解不徹底，存在比較多的殘留，因此，應在回火處理中，提高回火的溫度以及回火保溫的時間，從而充分分解淬火馬氏體，達到降低強度提高塑性的目的。

4結語

綜上所述，為了使石油鉆桿更好的適應在復雜地質條件下工作，并實現對報廢鉆桿的二次利用，采用摩擦焊以及熱處理的方式對石油鉆桿進行修復可以有效地提高鉆桿的工作性能，并且有效地節(jié)約了企業(yè)進行鉆井作業(yè)的成本，有極高的推廣價值。

參考文獻：

[1]姚進.石油鉆桿摩擦焊及熱處理工藝技術研究與應用[D].大慶：東北石油大學,2017.

[2]黃志敏,白淑媛.石油鉆桿摩擦焊工藝及質量控制[J].化工管理,2017(6).

作者：張穎 遲林 單位：川慶鉆探長慶鉆井總公司西安長慶石油工具制造有限責任公司