耐磨带焊丝的发展及应用

耐磨带焊丝的发展及应用

北京佳倍德工程技术有限公司胡建平

摘要

材料特性是影响耐磨带性能的核心影响因素。“材料控制性能”理论, 在钻杆接头耐磨带技术发展过程中起到积极的推动作用。佳倍德GD 耐磨带的优越性被应用所验证。

关键词:堆焊材料; 钻杆接头; 耐磨带;

引言

钻杆接头耐磨带以其一定的耐磨性和减磨性,保护钻杆接头和套管免遭强烈的磨损, 在深井钻井、大位移井钻井和大斜度井钻井工程中获得了推广应用, 而且接头耐磨带技术已经成为国际重大石油工程项目招标中, 投标方中标的必备技术条件之一。从机理上讲, 钻杆接头耐磨带的作用是利用自身及其耐磨性, 将钻杆外壁和套管内壁隔离, 使钻杆不与套管壁或井壁直接接触, 以保护钻杆接头和套管免遭强烈的磨损。

1、石油钻杆接头耐磨带焊丝的发展

早期研制的耐磨接头被设在钻柱任意位置, 主要用来减轻钻井过程中钻柱的扭矩。后来有人将耐磨带移至钻柱接头部位, 减少了钻柱联接接头数量, 提高了钻具的使用寿命, 开创了耐磨带技术新时期。上世纪30 年代, 有人采用钨钴系列硬质合金耐磨带, 如碳化钨等。碳化钨耐磨带在裸眼中能较好地保护钻杆, 但堆层组织中高硬度的碳化钨颗

粒对套管产生较大的磨损, 影响钻井工程进度和经济效益。为此, 在国际钻井工程招标中或国内较深井钻井中, 碳化钨硬质合金接头耐磨带都被明令禁用。

2.耐磨带焊丝

2.1 佳倍德GD-100药芯焊丝

有公司提出一种所谓平衡磨损思路, 它所坚持的理念是, 尽量减小套管的被动磨损, 同时允许钻杆接头适度磨损。在该理念指导下新开发了堆焊材料GD-100药芯焊丝。该焊丝采用FeCrC 合金系, 是该公司第一代钻杆接头耐磨带专用药芯焊丝, 其耐磨带堆层硬度大于HRC55, 耐磨性较好, 磨损率较小。现场应用表明, 在减小钻杆磨损的前提下, 能有效地降低套管的磨损。

2.2 佳倍德GD-300 药芯焊丝

2000 年6 月, 佳倍德公司又推出了佳倍德GD-300 药芯焊丝。该焊丝采用FeCrMnMo 合金系, 焊前工件预热温度为66 ～316 ℃, 其耐磨带堆层硬度大于HRC60。该产品具有下列特性:

( 1) 耐磨带上无龟裂。

( 2) 在钻井过程中, 对套管的磨损降为最低。

( 3) 在裸眼井中, 其耐磨性与碳化钨合金相当。

( 4) 提高钻杆接头寿命300%。

( 5) 套管与钻杆接头同时得到保护。

( 6) 可在原先残存的碳化钨堆层上加焊GD-300药芯焊丝

( 7) 可在钻杆原有的GD-100带上重新补焊。

( 8) 可用于新旧不同尺寸的钻杆。

( 9) 适用于钻杆、加重钻杆、钻铤、扶正器、减震器, 以及其他各种井下工具。

2.3 其他

与载入国家标准或国外发达工业国标准的焊接材料不同, 有关钻杆接头耐磨带专用焊接材料研制的报道相对较少, 但据业内人士透露, 国内石油及其相关行业仍有单位正在研究或计划研究生产耐磨带专用焊接材料, 如已在业内使用的产品“佳倍德GD-100”药芯焊丝, 以及华东、上海一带正在准备上马的一批产品。以上动向表明, 钻杆接头高性能耐磨带堆焊材料这项先进技术, 已经引起更多企业或业内人士的关注重视, 必将推动耐磨带技术乃至钻井业的新发展。

3 石油钻杆接头耐磨带焊丝的应用

2001 年8 月, 塔里木工程技术服务公司, 将GD 耐磨带钻杆分别在库北1#、DN22# 等共10口井上使用, 套管下深从502 m 到4 011 m 不等,未发现一根套管被损坏。从回收的钻杆情况看,GD 耐磨带确实对钻杆接头有良好的保护作用, 在LG42# 的使用中, ARNCO 耐磨带的平均磨损量仅为1 mm。

4 石油钻杆接头耐磨带焊丝现状分析

从以上典型应用以及收集到的信息可以看出,较先进的ARNCO 堆焊材料由于价格的原因应用受限, 国内开发的专用堆焊材料如PT100 等较满意的堆焊材料偶有报道, 然而市售可供选择的品种数量有限。市场上可供选择的耐磨带堆焊材料品种以各类硬质合金居多。碳化钨一类材料磨损套管的危害已经引起多数用户的关注, 广大用户迫切需要价格合理、性能优良的新型耐磨带堆焊材料。目前,与世界上主要的工业发达国家相比, 我国的钻杆接头耐磨带技术以及在工艺配套等方面尚有一定差距, 在专用堆焊材料开发、相关标准制定以及性能评价等方面尚需做大量的工作。期望在不太长的时间内, 国产新型耐磨带专用堆焊材料, 以及引进产品国产化等研究工作, 能够取得有价值的创新成果。

5 结论

( 1) 钻杆接头耐磨带实质上是一个隔离带, 用以保护钻杆接头和套管免遭强烈磨损, 应当具有较

高的耐磨性和适度的减磨性。材料特性是影响耐磨带性能的核心因素, 耐磨带特性的改变取决于堆焊材料成分、组织性能的变化以及配套堆焊工艺的严格实施。

( 2) 耐磨带堆焊材料的重大突破是我国耐磨带技术发展的必要条件, 而引进焊材的国产化则是耐磨带技术发展的充分条件。“材料控制性能”理论,在钻杆接头耐磨带技术发展过程中起到了积极的推动作用。

( 3) 佳倍德GD耐磨带的优越性被应用所验证，耐磨性能优良。