焊接技术在石油工程建设中的应用研究

【摘要】随着石油工程建设中焊接应用条件的不断提高和结构复杂程度的增加，焊接技术在我国石油工程建设应用中出现了一些问题和不足，本文以个案研究的方法，就目前焊接技术在我国石油钻采机械方面的应用现状进行全面总结，指出解决焊接关键技术是我国未来石油工程建设研究中的重要发展方向。

【关键词】石油工程建设；焊接技术；钻采机械；策略分析

1、引言

在石油工程领域中，其焊接结构有多种类型，由于每种焊接所应用的条件各不相同，因此，对焊接结构用钢的性能提出了不同的要求。在石油钻采机械方面，制造、安装和修理各种钻杆、架体、泵体、抽油杆以及钻头等各种金属结构工作时都离不开焊接技术，大量的焊接技术已经在石油建设中发挥着不可替代的作用。本文结合多年在石油钻采机械中的实践进行全面总结，指出解决焊接关键技术是我国未来石油工程建设研究中的重要发展方向。

2、石油钻采机械中的焊接技术现状

2.1石油钻头焊接

作为石油钻井的重要破岩工具，石油钻头性能的好坏将直接影响着钻井的效率、成本以及质量，其中，石油钻头可分为PDC钻头和牙轮钻头两类。

PDC钻头即聚晶金刚石复合片钻头，是以聚晶人造金刚石复合片作为切削元件，通过焊接方法把钻头基体与复合片切削齿结合在一起的一种方法，现广泛应用于石油钻探开发中，作业中采用的焊接方法主要有扩散焊、堆焊、焊条电弧焊和激光焊等。根据美国桑迪亚实验室对PDC钻头的研究，PDC钻头在真空的环境下进行扩散焊，实现了PDC复合片的刀柱基体与硬质合金的剪切强度413.36MPa与551.2MPa范围之间，但由于复合片在PDC钻头基体焊接的位置分布较为复杂，在采用传统手工焊接时难以保证复合片的焊接质量，所以，为了稳定PDC钻头焊接质量，务必进一步发展PDC钻头自动焊接技术。

根据牙轮数目的不同，可分为单牙轮、双牙轮、三牙轮和多牙轮钻头；而根据牙齿类型的不同，牙轮钻头又可分为镶齿（牙轮上镶装硬质合金齿）牙轮钻头、铣齿（钢齿）牙轮钻头；传统的钢齿牙轮钻头齿面强化工艺主要采用颗粒铸造硬质合金进行堆焊，但由于进行堆焊后硬质合金的强度难以到达相关要求和标准。因此，对于不同的基体，进行堆焊是务必采用不同的焊丝材料，一种是采用钴基焊条，由于钴基堆焊层抗磨损性能好，硬度高等特点，能够很好的保证表面的耐磨性；另一种是采用管装粒状铸造碳化钨焊条，用氧-乙炔火焰进行堆焊。

2.2石油钻杆焊接

在油气井钻探钻具中，石油钻杆作为必不可少的一种工具，在石油开采初期，石油钻杆工具接头与管体之间的对焊，主要采用闪光对焊、电弧焊等方法。近年来，随着焊接技术的发展，惯性摩擦焊接和摩擦焊得到充分的发展，逐渐代替闪光对焊、电弧焊成为目前石油钻杆工具接头与管体之间焊接的主要方法，其中惯性摩擦焊接方法在实际应用中最为广泛。

上世纪70年代，在哈尔滨焊接研究所成功研制出了我国第一台1200KN的石油钻杆摩擦焊机，开创了我国修复石油钻杆和进行摩擦焊生产的历史，并在辽河油田、中原油田、华北油田中进行了成功实践检验，累计修复钻杆超过50万m。同时，为了进一步提高接头性能，哈尔滨焊接研究所多次进行技术改良，成功研制了具有形变热处理功能的 HSMZ系列摩擦焊机，不仅克服了摩擦焊接头韧性差的缺点，使接头焊接过程中获得形变强韧化效果，而且节约了能源，提高了焊件的生产效率。

由于在摩擦焊中方法中，接头处存在的焊接错位、飞边等问题，使得瞬时液相扩散焊（简称TLP）在钻杆制造过程中得到广泛应用，不仅有效解决了摩擦焊中接头处存在的焊接错位、飞边等问题，而且性能与母材相同，接头成形良好。其中海隆石油工业集团有限公司利用药芯焊丝对钻杆耐磨带的堆焊，提高了钻杆的使用寿命。

2.3石油钻杆焊接

地面输油泵和油井抽油泵是油田主要使用的两大泵体。其中油井抽油泵可分为井口抽油泵和井下抽油泵，而地面输油泵主要用于流体传输，如水、气、油等；在泵体的焊接中，一种是在泵体具体制作过程中的焊接，而另一种是泵体缺陷的补焊，堆焊、摩擦焊、焊条电弧焊、CO2气体保护焊以及扩散焊等是常用的焊接方法。

为了保证焊缝质量以及焊接工作效率的全面提高，在泵体具体制造中，一些新的焊接工艺正在不断地进行创新试用。例如在加长抽油泵泵筒的焊接中大力应用扩散焊，在最佳焊接规范下，通过真空扩散焊接的方法获得优质的扩散焊接头，不仅保证了该接头的焊接质量，而且大大提高了工作效率；在油田用泵的制造过程中使用堆焊工艺的方法，即在泵体易摩擦部位进行钨、铬、钴、等硬质合金的堆焊，使泵体达到耐磨损、耐腐蚀、可靠，寿命延长的特性，同时，由于油田用

泵长期运行于高压以及具有较强腐蚀性介质的恶劣环境中，容易产生裂纹，对此常采用CO2气体保护焊、焊条电弧焊和堆焊等方法进行补焊。

3、结语

我国石油工业正处于稳步发展时期，随着石油需求量的迅速增加，国民经济的快速增长，中国的石油工业将进入一个新的发展阶段，实践表明，石油工程离不开钢铁材料，随着石油采挖过程中遇到的高压、强腐蚀性等严酷复杂的环境，对钢铁材料的性能要求也越来越高。目前，石油工业建设用钢正朝着高韧性、高强度方向发展，并要求焊接各种耐高温高压以及耐各种腐蚀介质的压力容器，从而对新钢种和不锈钢、铝合金、钛合金、高强钢超高强钢、耐热钢、耐热合金等特殊性能材料的焊接问题也提出了更高要求，如何在未来石油工程建设中解决焊接关键技术难题成为众多科学家和石油技术人员的重要研究方向。

参考文献

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作者简介

王双银（1984-），男，云南人，高级电焊工，大专，主要从事机械制造，焊接工作.