报废油管的修复工艺研究_孟庆武

应用技术
报废油管的修复工艺研究*
孟庆武　李淑华　毕风琴　马志鹏
(大庆石油学院)
摘要　由于技术条件的限制,各采油厂采用的油管修复工艺各不相同,修复效果差别较大。

为了优化油管修复工艺,对报废油管的修复工艺进行了分析与评价,并提出了一种新的油管修复工艺方案。

新工艺采用报废油管加工成短节,短节一端锻压镦粗,然后与管体摩擦焊焊接,从而将普通平式油管变成外加厚油管。

这种新的油管修复工艺,不仅可以充分利用报废的油管,降低修复成本;而且还提高了管端螺纹处的承载能力,大大延长了油管的使用寿命。

关键词　报废油管　修复工艺　摩擦焊　外加厚油管
目前,国内油田抽油机井的油管失效情况十分普遍,油管失效分析发现[1,2],受轴向载荷及上扣预紧力综合作用,油管端部螺纹处承载最大,油管失效部位99%发生在此处。

因此,油管修复主要应针对螺纹处,即切掉旧螺纹,重新加工新螺纹。

由于技术条件的限制,各采油厂采用的油管修复工艺各不相同,修复效果差别较大。

为了优化油管修复工艺,笔者对现行油管修复工艺进行了分析与评价,并提出一种新的油管修复工艺方案。

现行油管修复工艺分析
目前的油管修复工艺比较复杂,主要工艺流程为:油管清洗、检查和矫直、切掉螺纹、摩擦焊上一段短节、焊后处理、重新加工螺纹等多个工序。

采用摩擦焊的方法,焊上同原油管切掉部分相同长度的同壁厚短节,可以保持油管的长度不变,因而不影响修复油管的井下作业。

但是,修复后的油管承载状况同原来油管一样,螺纹处没有得到加强,仍然是薄弱区,同样容易发生失效。

所以,应该改进油管的修复工艺,提高修复后管端螺纹处的承载能力。

油管修复新工艺
油管失效分析发现[3],采用外加厚油管使螺纹处的承载面积增大,可以有效地提高螺纹处的承载能力。

因此,在油管修复过程中,采用摩擦焊上一段外加厚短节的方法,就可以使修复后的油管变成外加厚油管。

这样修复的油管,其螺纹处的承载能力大大加强,使用寿命也会大大延长。

油管修复新的工艺流程见图1。

图1　油管修复新工艺流程
同现有的工艺相比,增加了一个短节镦粗工序。

首先,在油管修复前,用专用设备对管体进行清洗[4],去除油污和锈斑。

油管清洗完后,通过人工肉眼和用超声波探伤仪对管体部分进行检查,检查是否有损伤、壁厚减薄和腐蚀等缺陷。

为了防止修复油管的再次失效,必须严格检查旧管,外壁环向损伤深度达0.5mm、轴向损伤深度达1mm或壁厚减薄达1mm的均要淘汰。

对带有较小弯度的油管进行矫直处理,以保证管柱的直线度。

把探伤和矫直过的油管分作两类,一类用作摩擦焊的管体段,
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2005年　第33卷　第9期
石　油　机　械
CH I NA PETROLEU M M ACH I NERY
*基金项目:原石油天然气总公司九五攻关项目“抽油机井油管疲劳断裂机理、失效抗力指标及预防措施研究”的部分研究成果。

另一类加工成短节。

加工好的短节送到加热炉里加热,采用热锻压的方法将一端镦粗。

镦粗后的短节与切掉螺纹段的管体进行摩擦焊焊接,摩擦焊工艺同新管相同。

焊后的接缝处要进行加工,切除多余的焊口卷边。

最后在短节的加厚端加工出螺纹。

油管短节镦粗工艺
由于油管短节只有520mm,可采用小型模具和中型加热炉及锻压机,使短节镦锻工艺大大简化。

另外,短节长度很短,锻压时圆周方向受力均匀,不易产生偏心和内凹等缺陷。

短节镦粗采用热锻压的方法,需要专用模具。

短节镦粗模具的主要结构如图2所示。

其中,上压头、心轴、外模套和脱模套均采用热作模具钢(4C r5M oS i V1),外模套支臂和底座采用普通碳钢,保温层为耐热石棉套。

上压头连接在10t级的锻压机上,心轴固定在底座上,外模套通过圆周均布的3条支臂也与底座相连。

心轴和外模套之间形成模腔,模腔上部外径加大,为加厚段。

脱模套在小型
液压缸推动下,可以沿着心轴上下滑动。

图2　短节镦粗模具结构示意图
1—上压头;2—油管短节;3—心轴;4—外模套;5—保温
层;6—外模套支臂;7—脱模套;8—小型液压缸;9—底座
上压头、心轴、外模套和脱模套为可更换件,其尺寸由模腔的大小确定。

模腔的大小可根据外加厚油管规格选择。

例如,对于油田最常用的J55级27⒏英寸外加厚油管,根据API油管规范,外加厚管段连同过渡区的长度约为160mm,管体外径为ø73.03mm,管体壁厚为5.51mm,外加厚处为8.29mm。

由此确定心轴的直径为ø61.8mm,外模套的下端内径为ø73.2mm,外模套的加厚段内径为ø78.7mm。

油管短节采用空气炉加热,炉温根据旧油管的材质确定。

对于J55级油管,炉温选为1150℃,加热时间为10～15m in,控制锻压过程,终锻温度不得低于800℃。

锻压前模具不需要预热。

短节镦粗工序主要分装料、锻压和退模3个过程。

首先,将脱模套下降至底座上,加热好的油管短节坯料(长度520mm)从上方装入模腔内。

然后,液压机推动上压头向下快速运动,当快接触到短节坯料时,速度降为1～2mm/s,上压头开始锻压短节坯料,使之填充模腔加厚段。

锻压终了后,保压一段时间(大约10～30s)。

最后,上压头快速上移,液压缸推动脱模套向上运动,将锻压好的加厚油管短节顶出模腔。

结　束　语
新的油管修复工艺中,短节镦粗工序需要1套配有不同规格更换件的镦粗模具、1台中型电加热空气炉和1台10t级的锻压机,由3名工人进行操作。

对于中小型的油管修复车间,全套工艺可实现流水化生产,由多名工人实现半自动化作业。

采用这种油管修复工艺,不仅可以充分利用报废的油管,降低修复成本;而且还使得修复前的普通油管变成了修复后的外加厚油管,提高了管端螺纹处的承载能力,使用寿命也大大延长。

目前,大庆油田的几个主要采油厂均开始采用这种工艺修复油管,修复后的油管至今未发生断裂事故。

参　考　文　献
1　孟庆武,徐景生,何富君等.大庆油田脱扣油管失效分析.大庆石油学院学报,1999,22(1):83～84
2　杜秀华,孟庆武,何富君等.抽油机井油管断裂失效性质的判定.石油机械,2000,28(3):23～25
3　周瑞芬,孟庆武,李淑华等.大庆油田抽油机油管失效分析.大庆石油学院学报,2004,28(3):49～50
4　张敬武,赵金献,方前程等.油管电磁感应加热常压清洗工艺的应用.石油机械,2003,31(9):60～61
作者简介:孟庆武,副教授,生于1968年,1992年毕业于大庆石油学院机械系,1998年于该院获硕士学位,现攻读博士学位,主要从事油田采油机械方面的研究与教学工作。

地址:(163318)黑龙江省大庆市。

电话:(0459) 6505208。

收稿日期:2004-12-24
(本文编辑　丁莉萍)
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