钻杆耐磨带现状技术分析

李沛轩

关键词：耐磨带;焊丝;焊接工艺

1.引言

钻杆接头耐磨带实质上是一个隔离层，利用耐磨带焊丝的耐磨性，通过这个隔离层，使钻杆接头外壁和套管壁或井壁隔离，避免钻杆接头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磨损。

2.如何选择耐磨带

耐磨带的工况条件较为复杂，性能要求苛刻。在钻井特别是裸眼钻井过程中，耐磨带与岩石井壁会发生持续摩擦，耐磨带必须经受住这样长时间磨损。用户希望耐磨带的硬度、耐磨性越高越好，这是用户在选择耐磨带时最大最典型的误区。正确的思路是必须考虑钻井过程中耐磨带与套管的接触摩擦和磨损。如果耐磨带的硬度和耐磨性比套管高过多，那么套管磨损程度将比耐磨带大得多。在这种情况下，耐磨带的硬度、耐磨性越高，套管磨损程度越严重。

3.耐磨带对比

市场上可供选择的耐磨带材料并不多，广大用户迫切需要价格合理、性能优良的新型耐磨带焊丝。高性能耐磨带焊丝与国际先进水平的接轨，为我国耐磨带焊丝的研发指出了明确方向。

3.1 市场常见耐磨带分析

目前市场上的耐磨带焊丝主要有安科、博腾、固本、纳特等品牌，国外品牌中以美国安科一家独大，但是价格高昂。随着国内品牌的质量提升，性能已经接近或超过国外品牌，国内市场基本上已经实现了国产化。

3.2 耐磨带性能分析

以下对耐磨带需要什么样的性能来满足使用要求，同时耐磨带焊丝需要具备什么优良性能来满足更高的要求进行分析。

3.2.1 对基体的影响

耐磨带焊接在钻杆接头、加重钻杆的表面，焊接过程中达到熔融状态后冷却，在这过程中焊接处的基体会发生性能变化。

通过现场焊接分析，焊接2道耐磨带对基体的性能基本上没有影响，焊接3道10 mm深度耐磨带屈服强度和延伸率有一定影响，在可接受的范围之内。

3.2.2 焊接设备和焊接工艺

焊接设备差别不大，都需要能够方便地对焊接各参数进行调整的自动焊接设备，焊接工艺需要实现数字化控制，在保护气体、焊前热处理、焊后热处理以及防止裂纹产生等方面存在一些差别。

3.2.3 耐磨性和减磨性

耐磨带的耐磨性和减磨性都是相对的指标，应该针对不同的工况进行综合选擇。比如裸眼钻进的钻杆耐磨带就不用过多考虑减磨性，应突出耐磨性能，廉价的碳化钨粉末，高耐磨高硬度是第一选择，但是往往钻具的使用也是复杂多工况的，这就需要综合考虑。对钻杆耐磨带性能参数分析要考虑的因素主要有载荷、摩擦系数和材料特性等方面。

3.2.4 焊接成型和修复

焊接成型和耐磨带的修复是耐磨带材料的重要因素，从适应钻井环境来说，理想状态要达到以下几点要求：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套管与钻杆接头同时得到保护;④可用于新旧不同尺寸的钻杆;⑤可焊性好，可以直接在旧的耐磨带上焊接。

3.2.5 缺陷耐磨带修复

管螺纹车床S1-245B拆卸原有刀架，更换安装外磨头FY400。砂轮直径400mm，宽度50mm。磨头主轴转速1672r/min。

选取两根耐磨带掉块严重停用钻杆进行修复。

1#耐磨带原有情况：连续成片剥落宽度20-30mm，耐磨带宽度55mm。

磨削总量：6.0mm，宽度50mm，耗时：110分钟。主轴转速11r/min。

结果：外观光滑，可见凹坑，可直接进行耐磨带敷焊2道，宽度25mm。

2#耐磨带原有情况：裂纹多伴有连续成片剥落和碎裂，多处凹坑。耐磨带宽度65mm，深度2-5mm。

磨削总量：6.5mm，宽度50mm，耗时：53分钟。主轴转速54r/min

结果：外观光滑，可见部分凹坑，由于原有宽度大于砂轮宽度，单次磨削后边缘未清除干净，需再次进行磨削边缘10mm方能彻底清除。磨削完成后可直接进行耐磨带敷焊2、3道，宽度分别为30、20mm。

通过使用管螺纹车床加装外磨头配合专用金刚石砂轮对原有耐磨带进行磨削清除，效果理想。经过参数调节将单根磨削时间控制在60分钟以内。后期作业过程建议更改砂轮宽度尺寸至60mm，只需一次进给磨削即可完成原有耐磨带的清除工作，确保二次焊接耐磨带质量。

4.新技术与工艺

随着钻井工况的变化和耐磨带技术应用场合的拓展，耐磨带产品除了不断追求更好的焊接外观、更强的耐磨性能、更稳定的产品品质外，在一些新兴需求面前，对标国外先进产品推陈出新，不断进步。目前，值得关注的新技术、新工艺有以下几种。

4.1无须预热的堆焊工艺

通常，耐磨带的焊接需要对钻杆接头进行预热，但是会有很多不具备预热工艺的场合出现。这方面的需求国内耐磨带表现优于国外品牌，通过对耐磨带焊丝进行合金设计调整，可以实现不预热直接堆焊且完全没有裂纹。

4.2低温焊接工艺

随着钻杆内涂层使用的逐渐普及，耐磨带复焊时由于焊接温度过高导致钻杆内壁涂层失效的问题凸显。耐磨带焊丝研究厂家能否研究出确保堆焊过程中钻杆的受热温度控制在特定范围内的产品，这是耐磨带焊丝和内涂层涂料研究共同的课题。

4.3掉块、裂纹耐磨带清除修复技术

部分在用钻杆存在焊粉、焊丝相互交替焊接，且部分钻杆耐磨带原有材料存在，焊接过程易产生裂纹、整体掉落等缺陷。部分加重钻杆耐磨带只因耐磨带掉块严重停用，增加部分采购成本。需加大力度研制适合清除原有母材的耐磨带设备或焊接清除工艺。

5.结语

耐磨带产品的选择并不是简单地根据产品硬度来决定，需要考虑产品的合金设计、堆焊工艺的可操作性、耐磨带敷焊车间及钻井作业现场的堆焊工况以及钻井的使用工况来综合考虑。

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