摩擦焊技術(shù)在不銹鋼內(nèi)襯油、套管中的應(yīng)用

王建權(quán) 趙建軍

（大慶油田創(chuàng)業(yè)集團(tuán)康泰實(shí)業(yè)公司，黑龍江 大慶 163000）

1 不銹鋼內(nèi)襯油、套管技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

在工業(yè)油、氣井管柱中的油、套管及地面管線現(xiàn)場(chǎng)使用中，常有油、套管因腐蝕而發(fā)生堵塞、泄漏等問題，而腐蝕的主要原因是普通油、套管抗電化學(xué)腐蝕能力差。亟待開發(fā)耐蝕性比API-13Cr鋼管好且生產(chǎn)成本又可以比雙相不銹鋼管大幅下降的新油井管。

試驗(yàn)證明采用不銹鋼內(nèi)襯技術(shù)制造油管，不但達(dá)到了耐腐蝕效果，又降低了生產(chǎn)成本，通過使用摩擦焊（摩擦焊是利用金屬焊接表面摩擦加熱的一種熱壓焊接方法，是一項(xiàng)受到廣泛重視與歡迎的焊接新技術(shù)）技術(shù)不但使油、套管本體與腐蝕介質(zhì)徹底隔離，避免管子本體受到腐蝕，同時(shí)也保證了油、套管的抗拉、耐壓等機(jī)械性能和強(qiáng)度不受影響，解決了管體端部絲扣連接處及接箍的防腐問題，最終降低了生產(chǎn)成本。

2 不銹鋼內(nèi)襯防腐油、套管技術(shù)工藝

2.1 技術(shù)方案

首先，使用摩擦焊接制造不銹鋼內(nèi)襯防腐油、套管的管體；然后，在管體內(nèi)嵌入不銹鋼內(nèi)襯，并用氬弧焊將管體端部與內(nèi)襯焊接封閉；最后，與內(nèi)嵌有特制橡膠環(huán)的接箍裝配聯(lián)接，形成成品。該技術(shù)方案具有以下特點(diǎn):不銹鋼短接頭與管體通過摩擦焊接焊成一體，焊縫強(qiáng)度高，且該短接頭焊后長(zhǎng)度僅10mm，加工螺紋后，不影響螺紋連接強(qiáng)度；不銹鋼短接頭與內(nèi)襯通過氬弧焊密封焊接，確保管體與內(nèi)襯間的空隙密閉，可防止管體內(nèi)壁腐蝕；接箍?jī)?nèi)嵌入特制橡膠環(huán)可防止接箍的腐蝕；工藝過程完全由成熟的加工工藝組成，可靠性強(qiáng)。

關(guān)鍵技術(shù):管體與腐蝕介質(zhì)的完全隔離技術(shù)。如圖所示:

圖1 管體與腐蝕介質(zhì)隔離示意圖

接箍與腐蝕介質(zhì)的完全隔離技術(shù)。如圖所示:

圖2 接箍與腐蝕介質(zhì)隔離示意圖

管子端部擠壓嵌在接箍?jī)?nèi)的橡膠環(huán)，產(chǎn)生擠壓密封。橡膠環(huán)與管子端部、接箍共產(chǎn)生7處密封，可將接箍本體內(nèi)部與腐蝕介質(zhì)徹底隔離，接箍外表面及端部和止口做防腐處理，保證與腐蝕介質(zhì)徹底隔離。

技術(shù)效果:產(chǎn)品隔離效果好、抗腐蝕能力強(qiáng)；加工費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益高。

2.2 工藝流程

2.2.1 不銹鋼內(nèi)襯防腐油、套管生產(chǎn)工藝流程

使用摩擦焊接制造不銹鋼內(nèi)襯防腐油、套管，其主要技術(shù)工藝過程為:內(nèi)襯不銹鋼鋼管管體、不銹鋼短接頭、接箍及內(nèi)置特制耐油耐壓橡膠環(huán)生產(chǎn)制造；油管除油（專指舊油、套管）；管體探傷檢測(cè)；管體（可以是舊油、套管）的矯直、通徑試驗(yàn)；拆卸舊接箍（專指舊油、套管）；切掉舊絲扣頭、平整管體端面、車基準(zhǔn)外圓；將不銹鋼短接頭焊接在外加厚接頭上（專指外加厚油管，平式油管是將不銹鋼短接頭直接焊接在管體上）；一次焊縫熱處理（專指外加厚油管）；一次去除焊接飛邊（專指外加厚油管）；將外加厚接頭焊接在管體兩端；二次焊縫熱處理；二次去除焊接飛邊；管體內(nèi)壁噴砂、嵌入內(nèi)襯不銹鋼管；用氬弧焊焊接封閉內(nèi)襯與管體內(nèi)壁間的環(huán)形空間；管端焊縫整形并加工工藝密封錐度；裝配接箍（地面管線不裝配接箍）；清洗管子內(nèi)壁、去除鐵屑及焊接突起并做通徑試驗(yàn)；水力密封試壓；外壁噴砂并作防腐處理（鍍鋁或涂敷）；打標(biāo)識(shí)、存儲(chǔ)入庫(kù)；運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

2.2.2 內(nèi)襯不銹鋼管，不銹鋼短接頭，油、套管外加厚接頭，接箍及內(nèi)置橡膠環(huán)生產(chǎn)工藝流程:（1）內(nèi)襯不銹鋼管生產(chǎn)工藝流程。按尺寸下坯料→卷筒→使用氬弧焊焊接。（2）不銹鋼短接頭生產(chǎn)工藝流程:按尺寸下坯料→精車至尺寸→包裝入庫(kù)（3）外加厚接頭生產(chǎn)工藝流程:按尺寸下坯料→調(diào)質(zhì)熱處理→精車內(nèi)孔、外圓→熒光磁粉微裂紋探傷→焊接不銹鋼短接頭→焊縫熱處理→去焊接飛邊、整形→精車螺紋→檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)。（4）外加厚接箍生產(chǎn)工藝流程:按尺寸下坯料→調(diào)質(zhì)熱處理→精車至尺寸→熒光磁粉微裂紋探傷→嵌入特制橡膠環(huán)→包裝入庫(kù)。

3 技術(shù)指標(biāo)及實(shí)驗(yàn)效果分析

本項(xiàng)目是通過對(duì)油管管體強(qiáng)度研究，通過計(jì)算選取適當(dāng)材質(zhì)替換API標(biāo)準(zhǔn)常用油管管體材質(zhì)，將原鋼級(jí)油管接頭使用摩擦焊焊接至管體兩端，保持管端絲扣強(qiáng)度不變，適當(dāng)調(diào)整管體強(qiáng)度，從而使管體與絲扣強(qiáng)度滿足等強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。按照API SPEC 5CT《套管和油管規(guī)范》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)使用摩擦焊接技術(shù)制造的油管按照GB228-87《金屬拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》及GB3075-82《金屬疲勞試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行靜拉伸破壞性實(shí)驗(yàn)及疲勞拉伸破壞性試驗(yàn)過程中，要求制造拉伸試件時(shí)將焊口部位置于拉伸試件的中心，在任一次試驗(yàn)過程的所有樣件中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)保證:試驗(yàn)的所有樣件不在焊口部位及熱影響區(qū)范圍內(nèi)發(fā)生斷裂現(xiàn)象。

靜水壓試驗(yàn)指標(biāo)

摩擦焊接技術(shù)從2000年開始被研究應(yīng)用，其間我們對(duì)摩擦焊接焊縫進(jìn)行了大量的機(jī)械性能試驗(yàn)，總結(jié)出了切實(shí)可行的摩擦焊接工藝參數(shù)設(shè)計(jì)工程數(shù)學(xué)模型，通過該數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)的焊接參數(shù)，我們先后分別試驗(yàn)焊接成功了23/8"、27/8"和31/2"油管及不銹鋼與鋁合金的焊接，同時(shí)在國(guó)內(nèi)首家將摩擦焊接技術(shù)應(yīng)用到對(duì)舊油管進(jìn)行性能加強(qiáng)性改制，通過摩擦焊接技術(shù)改制的舊油管在油田應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)下井使用了10年多時(shí)間，焊接質(zhì)量能夠保證油管井下使用要求，改制后的舊油管完全可以替代新油管在井下往復(fù)使用。通過10年多時(shí)間的技術(shù)積累和試驗(yàn)成果，提出將摩擦焊接技術(shù)應(yīng)用到新油管制造，是科學(xué)論證和技術(shù)發(fā)展的必然，該方案在技術(shù)上是可行的。

4 市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益分析

摩擦焊在不銹鋼內(nèi)襯油、套管中應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢(shì)（將管體與腐蝕介質(zhì)有效屏蔽隔離技術(shù)），優(yōu)異的產(chǎn)品機(jī)械性能（與普通油、套管達(dá)到等強(qiáng)度，選用優(yōu)質(zhì)耐酸鋼和管體外壁鍍鋁技術(shù)作屏蔽），良好的產(chǎn)品質(zhì)量（符合SY/T6194-2003《石油套管和油管》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)），合理的制造成本，在氣井油、套管及三元聚合物驅(qū)油管線使用中，一定會(huì)為油田進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、為油田實(shí)現(xiàn)繼續(xù)穩(wěn)產(chǎn)這一宏偉目標(biāo)做出重大貢獻(xiàn)。

大慶油田對(duì)平式油管的需求量每年約在600萬米以上，從我廠對(duì)平式油管的制造方案的先進(jìn)性來分析，油管整體機(jī)械系能與傳統(tǒng)油管一致，而價(jià)格成本得到較低，每米油管價(jià)格降低7元錢，如此計(jì)算，每年600萬米就可以為油田節(jié)約投資成本4200萬元，具有良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。同時(shí)，該項(xiàng)目也可為企業(yè)創(chuàng)造巨額的經(jīng)濟(jì)效益。如果按照該項(xiàng)目市場(chǎng)占有額的50%計(jì)算，年可創(chuàng)產(chǎn)值一億八千萬元。

[1]劉政軍主編.不銹鋼焊接及質(zhì)量控制[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]秦國(guó)志.管道防腐技術(shù)（第2版）[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[3]王洪光.特種焊接技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2009.