石油钻杆耐磨带

石油钻杆耐磨带

摘要：在钻井过程中，套管经常被磨穿，造成严重损失，因此对钻杆接头耐磨带提出了更高要求。新型钻杆接头D100耐磨带与钢质钻杆接头相比，套管磨损减少86％；与碳化钨耐磨带的接头相比，套管磨损降低76％；在大斜度井中，由于摩擦系数减小，大大降低了钻具旋转阻力，扭矩增大30％，节省材料消耗10％。

关键词：石油钻杆耐磨带敷焊工艺

随着钻井技术的不断进步，深井、超深井、丛式井、大斜度井、水平井大量出现，钻柱的摩扭、摩阻显著增大，套管经常磨穿，造成严重的损失。为减少钻柱的摩扭与摩阻以有效保护套管，钻井工作者采取了多种方法，如在钻杆上加橡胶护箍、采用无耐磨带钻杆、使用非旋转钻杆保护器等。实践表明，在大位移井中橡胶护箍使用寿命很短，而非旋转钻杆保护器需要在每个单根套管保护段加1个，使用不方便而且价格昂贵，有时还可能造成井下复杂事故。由于对套管造成磨损的主要是钻杆接头，因此对钻杆接头耐磨带性能的要求越来越高，已不仅局限于保护钻杆接头，更重要的是耐磨带在保护钻杆接头的同时，更有效地保护套管，减少套管磨损。

一、钻杆接头耐磨带现状

我国大多数油田使用的钻杆接头耐磨带是采用等离子喷焊工艺加工的，喷焊后，耐磨带硬度约为55HRC。采用等离子喷焊工艺加工的碳化钨耐磨带在使用过程中与套管的摩擦力较大，无论对套管还是钻杆接头磨损都比较快。在北海挪威区块的GullfaKsA42号井中使用硬质合金耐磨带的钻杆在井深460m和680m处套管的磨损值达29％。硬质合金耐磨带与套管的摩擦系数和钢差不多，在CWEAR模型中，钢接头在油基钻井液中摩擦系数为1—5，对光滑的碳化钨耐磨层其摩擦系数为5—25。计算机模拟表明，碳化钨硬质合金耐磨层的摩擦系

数为38，与测井结果相符。碳化钨耐磨带的钻杆在大位移井中使用对套管的磨损也很大，因此在国际钻井工程招标中和国内较深井都被禁止使用。

目前国外钻杆的耐磨带材料已不使用合金粉末而是采用硬度相当、耐磨性更好的合金焊丝。这种材料敷焊的钻杆接头耐磨带的摩擦系数小，可以在钻杆接头与套管间形成摩擦副，不仅有效地保护钻杆接头和套管，并且降低了钻具旋转阻力，增大钻杆的扭矩。

但进口焊丝价格很高，国内各油田难以承受。鉴于这种情况，北京固本科技研究组与国内研究焊接材料的院所合作开发出具有与国外优质焊丝同等性能的耐磨带材料D100，其价格低廉，焊接工艺简单，仅对传统的焊机进行改造即可进行生产。焊前焊件不预热，焊后不保温并具有重复可焊性。这种药芯焊丝的耐磨带材料经过试验和使用表明，与钢质钻杆接头相比，套管磨损减少86％；与经过碳化钨处理的钻杆接头相比，套管磨损降低76％；在大斜度井中，由于摩擦系数的减小，大大降低了钻具旋转阻力，扭矩增大30％，节省燃料消耗10％；在裸眼钻井环境下，更大程度地保护了钻杆接头，减小了磨损。

二、应用技术讨论

1.焊接设备要求

(1)选用直流自动气体保护焊机，电流为240A—320A，电压为22V—28V；

(2)所用夹紧钻杆接头装置能够在焊枪下正、反旋转钻杆接头，转速可调；

(3)夹紧焊枪并带动焊枪摆动，摆频为30一90minˉ¹，可调，摆幅为15—40mm，可调；

(4)焊枪上、下、左、右均可大范围移动；

(5)焊机送丝机构运行要平稳，速度可调，压丝轮压紧度适中，可调，送丝速度为6—12m／min，可调。

2.敷焊工艺

针对D100耐磨带我们探索出一套敷焊工艺参数：焊接电流300—350A、送

丝速度6—8m／min、焊机摆频40一50min–¹、敷焊速度120—130mm／min、敷焊距离8mm—12mm、敷焊角90。和保护气流量12—16L／min。按以上焊接参数敷焊，新型耐磨带药芯焊丝敷焊质量可达到以下技术要求：

(1)焊接过程稳定，送丝平稳；

(2)耐磨带尺寸符合标准要求，宽度30一35mm，高度2mm；

(3)耐磨带表面鱼鳞状花纹均匀、致密、平整、光滑；

(4)耐磨带表面无过多残渣、飞溅，无咬边现象，边缘齐整；

(5)耐磨带与基体熔合较好，无较大裂纹和针孔。

三、适用性评定

1．新型耐磨带对钻杆接头的保护

我们于2011年9月5日和l0月25日对钻杆耐磨带使用情况进行了实地检查，钻杆在钻进过程中无异常情况，钻杆耐磨带外观质量良好，无脱落、掉块。在钻井进尺2100m时，D100焊丝由原始耐磨带平均厚度2．1mm变为剩余平均厚度1．97mm，磨损率为6．2％，而Fe一50合金粉末耐磨带由原始平均厚度2．0mm变为剩余平均厚度1．84mm，磨损率为8％。在钻井进尺4290m 时，D100焊丝由原始厚度2．1mm变为1．73mm，磨损率为17．6％；而Fe 一50合金粉末的耐磨带由原始厚度2．0mm变为剩余厚度1．58mm，磨损率为21％。由此可见，在同等钻井条件下，D100耐磨带材料磨损率低于Fe 一50合金粉末磨损率。D100耐磨带损率比平均值高，这是因为耐磨带表面粗糙凸起在第一口井时全部磨光，随后耐磨带参磨面积增加且光滑，磨损率下降。

2．D100耐磨带对套管的保护

室内台架试验表明，D100耐磨材料性能与国外进1：3材料相当，对套管的磨损远小于其它耐磨材料，它与套管的作用相当于轴承面作用于套管内壁，摩擦阻力、扭矩大大减小，从而减轻了套管磨损，使套管得到有效保护。这对于水平井和大斜度井尤为重要。

3．重复可焊性

D100耐磨带的重复可焊性对应用该产品的经济性起着关键作用。为验证

D100材料的重复可焊性，我们从4530队钻完4口井后的钻杆中挑出10根耐磨带磨损严重的钻杆，在原耐磨带上重新敷焊新的耐磨带(宽度不变)，再送回4530队在文13—342井中再次使用，使用后检查，敷焊层未出现掉块和剥落现象，磨损均匀，说明D100耐磨带具有重复可焊性。