浅谈报废无磁钻铤的改进技术——无磁钻铤的敷焊修复

赵 晶 ，刘战锋 ，郑锡坤

（1西安石油大学 机械工程学院 陕西 西安 710065）

（2山西北方风雷工业集团有限公司 山西 侯马 043013）

1 引言

无磁钻铤在使用中损耗较为严重，技术人员为节省采购成本、研发新技术以及改善无磁钻铤的浪费现象，通过敷焊修复技术改进报废无磁钻铤，使其可以重新使用，投入石油钻井的使用中。本文从石油钻井实际工作的角度出发，对无磁钻铤进行简要介绍，而后分析无磁钻铤的敷焊修复技术，最后分析修复报废无磁钻铤的实际意义，推动敷焊修复技术的发展。

2 无磁钻铤简介

低碳高铬锰合金钢是制作无磁钻铤的原材料，需要经过严格的化学配比，并利用精炼以及锻造等技术，使其具有强度较高的机械性能、低磁导率良好，且耐磨性以及耐腐蚀开裂等性能非常优异，达到石油钻井的工作需求。石油钻井工作中，需要利用磁性测量仪器确定井眼的方向，而磁性测量仪器工作中需要感应大地磁场，故而，磁性测量仪器需要在无磁环境下工作[1]。但是，钻井工作适应的钻具绝大多数具有磁性，进而产生磁场，对磁性测量仪器产生影响，影响井眼方向测量数据的准确性。无磁钻铤可以在钻进工作中营造无磁环境，为磁性测量仪器提供工作条件，保证感应大地磁场数据信息的准确性，且满足钻井工作对钻铤的需求。

3 无磁钻铤的敷焊修复

3.1 无磁钻铤工作过程中的消耗

无磁钻铤是石油钻井行业生产经营的重要工具，但由于其作业环境的特殊性，受到的损伤较大，消耗较快。无磁钻铤在井眼环境中承受的力量较为复杂，正常的钻井工作环境下，需要承受弯曲、预紧、内部压力、扭转以及外部压力等，需要承受的动载荷或是静载荷较多；同时，还需要承受地层介质以及钻井液的腐蚀。技术人员通过观察回收处理的无磁钻铤发现，其公扣、母扣端部存在严重的咬痕，且外径的磨损程度较为严重，修复过程中通常将公扣和母扣对调使用，虽然满足钻井行业无磁钻铤的使用标准，但这样严重影响无磁钻铤的使用周期，既降低无磁钻铤的利用率，又影响石油钻井行业的经济发展。因此，需要在修复中不断探索新的技术，延长无磁钻铤的使用周期，而敷焊修复技术满足对报废无磁钻铤的修理需求。

3.2 无磁钻铤堆焊、喷焊的材料选择

为减少钻杆以及套管的磨损，可以在石油钻杆接头处堆焊符合要求的金属材料。堆焊金属材料，在钻杆接头处形成耐磨带，采用的主要工艺方法有药芯焊丝气保护电弧形式的堆焊，以及粉末等离子弧喷焊。堆焊耐磨带的工艺方法有着较好的发展前景，使用的材料一般需要具有高耐磨性能、减磨性能以较高的抗裂性，经过长期的实验对比，选择使用焊丝Nate909J，其性能符合报废无磁钻铤修复的需求，且能够经受堆焊工艺施工，堆焊的表面硬度能够达到约HB300。因此，焊丝Nate909J适合应用在报废无磁钻铤的修复方面。

3.3 无磁钻铤敷焊中焊丝Nate909J的应用

第一，将焊丝Nate909J在普通钻杆接头处进行堆焊，其耐磨带通常情况下，不会产生明显的冷热裂纹。但是，若是相邻的耐磨带重叠部分过多，或是耐磨带的接口出现过多的搭接，则可能会出现比较明显的冷裂纹。消除此裂纹的直接方式为重新调整相邻耐磨带的重叠部分，或是重新处理接口的搭接。使用焊丝Nate909J堆焊钻杆的耐磨带，其抗裂性能更加优异，与之相比更重要的是：焊丝Nate909J堆焊或是喷焊出的耐磨带，不会产生冷热裂纹，并且这是在堆焊前没有进行预热处理、堆焊后也没有进行缓冷情况下得出的结果，极大的简化报废无磁钻铤敷焊修复过程，减少工艺，提高修复的效率，并减少修复的成本，有利于石油钻井行业的发展。

第二，堆焊中使用Nate909J焊丝，并使用纯氩气进行保护，堆焊过程中几乎不见任何飞溅现象，且耐磨带的外观上平整、美观[2]。因此，使用焊丝Nate909J堆焊的方式修复报废无磁钻铤后，不需要在进行手工打磨，减少工艺环节。

第三，钻杆耐磨带焊丝Nate909J，在无磁钻铤上进行堆焊后，能够提高加工后的表面精度，可以使外径受到磨损的报废无磁钻铤再次使用；同时，也可以将其加工成无磁加重钻杆以及无磁柔性短节。

3.4 无磁钻铤敷焊设备改造

为满足报废无磁钻铤的敷焊修复技术希求，更换原有的等离子喷焊机，选择粉丝两用且固定的设备实施钻杆耐磨带焊接。常用的喷焊设备为DP-500B，其操作简单，全程为自动化运行，只需要将工艺指令输入到设备中，便可以实现起弧、焊层厚度、接口处搭接以及收弧等操作。焊接无磁钻杆上的耐磨带时，使用送丝焊接的方式，具有送丝功能的焊枪可以进行前后调节，且送丝焊接的方式电流比较稳定，也便于焊接过程中调节电流；同时，耐磨带完成焊接后，不能进行停弧操作，焊枪会自动发调节自己的位置，进行下一次的耐磨带焊接，送丝焊接全部结束后，钻杆耐磨带上的圆周借口需要保持平滑，不能存在接口凸起或是未连接上的现象。报废无磁钻铤的敷焊修复工艺不仅从技术层面提高精确度，并在修复工作层面减少工作量，提升修复效率。

4 利用敷焊修复报废无磁钻铤的实际意义

利用敷焊修复报废无磁钻铤后，增加水平油井中无磁柔性短节以及无磁加重钻杆的使用，并在实际作业中得到工作人员的认可好评。具体可以从可以提高无磁钻铤的使用周期、增加石油钻井行业对无磁加重钻杆的使用、使用无磁柔性短节替代原本的短钻铤三个方面进行分析。

首先，可以提高无磁钻铤的使用周期。在报废的无磁钻铤上使用焊丝Nate909J，不仅可以成功焊接耐磨带，且不会对无磁钻铤的材质产生影响，通过这种敷焊修复方式，无磁钻铤的使用周期通常可以延长百分之三十二。

其次，可以利用敷焊修复技术将无磁钻铤加工为无磁加重钻杆，增加石油钻井行业对无磁加重钻杆的使用。从水平油井的使用情况进行分析，使用无磁加重钻杆替代原本的无磁钻铤之后，减少钻井作业中出现的托压问题；同时，提高钻井作业的时效性，有效将钻井周期缩短，且缩短的周期达到一天以上，有效的减少石油钻井行业的成本投入，进而增加其经济效益，促进石油钻井行业的健康发展。

最后，根据各油田的实际施工特点，使用无磁柔性短节替代原本的短钻铤，有效减少起钻作业中出现的倒划眼，且减少井下施工作业过程中出现的复杂情况；同时，通过使用无磁柔性短节增加电测一次的成功几率，减少工作人员在井下作业的施工强度，有利于保证工作人员的生命安全。

5 结语

石油钻井行业的发展需要无磁钻铤作为生产的技术支持，而无磁钻铤的外径在使用过程中消耗较快，很快便会导致无磁钻铤的性能无法满足工作需求，若是不能修复报废的无磁钻铤，则会造成严重的浪费，从经济、环保等角度考虑，应积极利用敷焊修复技术改进无磁钻铤，使其重新回到石油钻井工作中。

[1]卫博，张军，胡开拓.浅谈报废无磁钻铤的改进技术——无磁钻铤的敷焊修复[J].化工管理，2017，(23)：183.

[2]赵兵.6英寸小井眼水平井无磁钻铤的改进[J].中国石油和化工标准与质量，2013，34(01)：149-150.