李沛軒

關(guān)鍵詞：耐磨帶;焊絲;焊接工藝

1.引言

鉆桿接頭耐磨帶實(shí)質(zhì)上是一個(gè)隔離層，利用耐磨帶焊絲的耐磨性，通過(guò)這個(gè)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(hù)鉆桿接頭和套管免遭強(qiáng)烈磨損。

2.如何選擇耐磨帶

耐磨帶的工況條件較為復(fù)雜，性能要求苛刻。在鉆井特別是裸眼鉆井過(guò)程中，耐磨帶與巖石井壁會(huì)發(fā)生持續(xù)摩擦，耐磨帶必須經(jīng)受住這樣長(zhǎng)時(shí)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(shí)最大最典型的誤區(qū)。正確的思路是必須考慮鉆井過(guò)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(guò)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(yán)重。

3.耐磨帶對(duì)比

市場(chǎng)上可供選擇的耐磨帶材料并不多，廣大用戶迫切需要價(jià)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(guó)際先進(jìn)水平的接軌，為我國(guó)耐磨帶焊絲的研發(fā)指出了明確方向。

3.1 市場(chǎng)常見耐磨帶分析

目前市場(chǎng)上的耐磨帶焊絲主要有安科、博騰、固本、納特等品牌，國(guó)外品牌中以美國(guó)安科一家獨(dú)大，但是價(jià)格高昂。隨著國(guó)內(nèi)品牌的質(zhì)量提升，性能已經(jīng)接近或超過(guò)國(guó)外品牌，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

3.2 耐磨帶性能分析

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

3.2.1 對(duì)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(guò)程中達(dá)到熔融狀態(tài)后冷卻，在這過(guò)程中焊接處的基體會(huì)發(fā)生性能變化。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)焊接分析，焊接2道耐磨帶對(duì)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(qiáng)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(shè)備和焊接工藝

焊接設(shè)備差別不大，都需要能夠方便地對(duì)焊接各參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的自動(dòng)焊接設(shè)備，焊接工藝需要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，在保護(hù)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(duì)的指標(biāo)，應(yīng)該針對(duì)不同的工況進(jìn)行綜合選擇。比如裸眼鉆進(jìn)的鉆桿耐磨帶就不用過(guò)多考慮減磨性，應(yīng)突出耐磨性能，廉價(jià)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(fù)雜多工況的，這就需要綜合考慮。對(duì)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(fù)

焊接成型和耐磨帶的修復(fù)是耐磨帶材料的重要因素，從適應(yīng)鉆井環(huán)境來(lái)說(shuō)，理想狀態(tài)要達(dá)到以下幾點(diǎn)要求：①耐磨帶上無(wú)龜裂;②在鉆井過(guò)程中，對(duì)套管的磨損降為最低;③套管與鉆桿接頭同時(shí)得到保護(hù);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(fù)

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(zhuǎn)速1672r/min。

選取兩根耐磨帶掉塊嚴(yán)重停用鉆桿進(jìn)行修復(fù)。

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(shí)：110分鐘。主軸轉(zhuǎn)速11r/min。

結(jié)果：外觀光滑，可見凹坑，可直接進(jìn)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(shí)：53分鐘。主軸轉(zhuǎn)速54r/min

結(jié)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(jìn)行磨削邊緣10mm方能徹底清除。磨削完成后可直接進(jìn)行耐磨帶敷焊2、3道，寬度分別為30、20mm。

通過(guò)使用管螺紋車床加裝外磨頭配合專用金剛石砂輪對(duì)原有耐磨帶進(jìn)行磨削清除，效果理想。經(jīng)過(guò)參數(shù)調(diào)節(jié)將單根磨削時(shí)間控制在60分鐘以內(nèi)。后期作業(yè)過(guò)程建議更改砂輪寬度尺寸至60mm，只需一次進(jìn)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(shù)與工藝

隨著鉆井工況的變化和耐磨帶技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)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(qiáng)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(duì)標(biāo)國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品推陳出新，不斷進(jìn)步。目前，值得關(guān)注的新技術(shù)、新工藝有以下幾種。

4.1無(wú)須預(yù)熱的堆焊工藝

通常，耐磨帶的焊接需要對(duì)鉆桿接頭進(jìn)行預(yù)熱，但是會(huì)有很多不具備預(yù)熱工藝的場(chǎng)合出現(xiàn)。這方面的需求國(guó)內(nèi)耐磨帶表現(xiàn)優(yōu)于國(guó)外品牌，通過(guò)對(duì)耐磨帶焊絲進(jìn)行合金設(shè)計(jì)調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)不預(yù)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(fù)焊時(shí)由于焊接溫度過(guò)高導(dǎo)致鉆桿內(nèi)壁涂層失效的問(wèn)題凸顯。耐磨帶焊絲研究廠家能否研究出確保堆焊過(guò)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(fù)技術(shù)

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(guò)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(yán)重停用，增加部分采購(gòu)成本。需加大力度研制適合清除原有母材的耐磨帶設(shè)備或焊接清除工藝。

5.結(jié)語(yǔ)

耐磨帶產(chǎn)品的選擇并不是簡(jiǎn)單地根據(jù)產(chǎn)品硬度來(lái)決定，需要考慮產(chǎn)品的合金設(shè)計(jì)、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(chǎng)的堆焊工況以及鉆井的使用工況來(lái)綜合考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1]纜式實(shí)心焊絲氣保焊熔敷特性與工藝性能研究[J]. 賈晨程，趙德龍，周弋琳，包孔，杜渝. ?起重運(yùn)輸機(jī)械. 2021（11）

[2]極限工況下鉆桿接頭疲勞分析[J]. 郭王恒，吳百川.機(jī)械制造. 2020（03）

[3]不同氮含量焊絲熔化極氣體保護(hù)焊高氮鋼的微觀組織與力學(xué)性能[J].馬良超，王大鋒，馬冰，陳東高，張迎迎. 兵工學(xué)報(bào). 2021（06）

[4]一種新型鎳鐵基焊絲熔敷金屬組織及性能研究[J].尹宏飛，袁勇，嚴(yán)靖博，谷月峰.熱加工工藝. 2021（19）

[5]中國(guó)實(shí)心焊絲最新標(biāo)準(zhǔn)制修訂動(dòng)態(tài)說(shuō)明[J].楊子佳，宋北，李蘇珊，儲(chǔ)繼君，陳默.機(jī)械制造文摘（焊接分冊(cè)）. 2020（06）