石油钻杆接头耐磨带堆焊焊丝

　运用该技术可在Ø89～Ø178钻杆接头、钻铤、钻井螺旋扶正器上喷焊高硬度合金耐磨粉末，用于母扣接头及工作表面的防磨保护。耐磨带宽35～40mm，厚3～4 mm，硬度HRC58～62。
在深井、超深井、丛式井、大斜度井、水平井的钻井过程中,套管经常被磨穿,造成严重损失,因此对钻杆接头耐磨带提出了更高要求.针对钻杆接头耐磨带现状,开发出新型钻杆接头耐磨带材料durmat100及其敷焊工艺.新型钻杆接头durmat100耐磨带在钻井应用中表明,(1)与钢质钻杆接头相比,套管磨损减少86%;(2)与碳化钨耐磨带的接头相比,套管磨损降低76%;(3)在大斜度井中,由于摩擦系数减小,大大降低了钻具旋转阻力,扭矩增大30%,节省材料消耗10%;(4)在裸眼钻井环境下,更大程度地保护钻杆接头,减小磨损.
  本公司从1998年初根据美国安科公司生产的高耐磨药芯焊丝，开始我们的EFD系列高铬合金耐磨材料的研制工作。在经过近一年时间,自主开发并生产出正式产品，由石油勘探开发科学研究院完成了台架试验。1999年在辽河油田钻井一公司使用EFD-1-50(原Gendalen-200)高铬合金耐磨材料在钻杆上批量试焊及现场使用，取得了较好效果。经我国权威科技单位测试，该产品确实是一项具有高技术含量、高经济效益的科技新产品，性能达到国际先进水平。同时通过了集团公司科技局的验收。目前已经在各油田推广使用，也在出国服务的钻具上使用。EFD系列高铬合金耐磨材料具有较低的摩擦系数，使用过程中钻杆接头及扶正器耐磨带与套管之间相
对的磨损很小，使得钻杆、扶正器、套管都延长使用寿命一倍以上，从而降低钻井成本。目前我们已经开发出EFD—2—52；EFD—3—62；以及高硬度的碳化钨，可以用在钻杆和钻井扶正器上。
    由于钻井技术的进步,深井、超深井、从式井、大斜度井乃至水井的出现,对钻具接头的耐磨性的要求越来越高。必须使用高性能的耐磨材料，才能适应不同类型钻井的需要。过去，石油钻井钻具接头及工具耐磨带在国内一直沿用的焊接方法是等离子喷焊，采用的焊接以铁合金粉为主。采用这种材料焊接的耐磨带，在套管里钻进时对套管磨损严重，在裸眼井中钻进时，其耐磨性又较差，很快就失去了保护钻具的作用。
    近几年来，国外推出一种200XT焊丝，采用这种焊料加焊钻具，具有较小的摩擦系数，且也有相当的硬度（HRC50左右）。由于其自身的减阻润滑功能，大大降低了钻具旋转阻力，增大了钻具扭矩，节约了燃料消耗。钻井中不仅有效的保护了钻具，延长了钻具使用周期，而且对套官也有明显的保护作用。目前外商在国际招标中要求钻井公司采用这种耐磨焊料加焊钻具作为中标的必备条件，足可见掌握和使用这种耐磨材料的重要性。
    但是，进口的200XT焊料相当昂贵（每吨50多万元），如采用这种焊料必将大大提高钻井成本，因此很难在国内大面积推广使用。为了开发我国自己的机具有美国200XT性能又廉价的耐磨材料，原中国石油天然气总公司于1998年将<<特殊工艺钻井新技术研究>>课（专）题<<新型钻井接头耐磨材料的研制>>列入科学研究与技术开发项目计划，由北京金达凌石油科技发展中心同辽河石油勘探局进行了长达3年的研究、攻关、配方优选改进，经台架试验后在辽河油田和华北油田进行了现场应用试验。经中国石油天然气集团公司石油勘探开发科学研究院机械研究所测试，各项技术指标达到了预期的设计要求，顺利完成了课题下达的研究任务。于2001年5月通过了总公司鉴定。同时为了规范这些产品，北京金达凌石油科技发展中心制定了<<石油钻杆接头耐磨带专用药芯焊丝企业标准>>。
    该成果开发研制的新型钻杆接头耐磨材料EFD-2-55，突破了药芯焊丝配方的关键技术，通过辽河、中原、华北等油田的现场应用，证明此耐磨材料在减少对套管的磨损和延长钻杆接头使用寿命方面与ARCO-200XT相当，完全达到国外产品水平。其价格大大低于国外产品。且焊接工艺较200XT简单，焊前不需加热，焊后不需保温。
    该成果采用专利技术对等离子喷焊机进行了部分改造。改造后的焊接机能满足项目技术的堆焊工艺要求。该焊制装置2001年获国家专利，专利号为ZL 00 2 36373.9实用新型专利证书。为规范操作，制定了钻具耐磨带翰制操作规程和敷焊耐磨带质量检查标准。
    该成果还研制开发了EFD系列药芯焊丝产品，包括EFD-1-50、EFD-2-55、EFD-3-60，填补了国内耐磨带焊接材料的空白，达到了国际先进水平。
经济效益分析
1.能延长钻具下井使用周期
    在裸眼中,FED-2-55药芯焊丝焊制的耐磨带钻进中比铁合金粉焊制的耐磨带磨损少.辽河油田现场使用FED-2-55药芯焊丝,累计钻进时间31天,进尺6474米,地层为砂岩、砂质泥岩、泥岩地层。与铁粉焊料相比，同等纯钻进时间磨损量不足一半，耐磨带寿命可增加一倍以上。减少一次进厂焊制工序。一个使用周期每根钻杆节约费用不少于50元人民币（即每根钻杆接头耐磨带的加工费）。如果使用EDF-3-60焊料，磨损则会更少。
    在套管中，钻具耐磨带由于具自润滑功能，钻具使用寿命更是成几倍增加。就裸眼中使用EFD-2-55计算，在技术套管中使用EFD-55，可减少3-4次进厂焊制工序，每根钻具可节约费用150-200元。全面推广使用经济效益可观。
2.能有效的保护技术套管
    在技术套管中钻进,EFD-2-55耐磨带对套管的磨损可降低75%-85%,对技术套管有明显的保护作用.据中原油田试验,EDF-2-55耐磨带只为Fe-50耐磨带对套管磨损的20%,延长了套管使用寿命,对油田长期稳定开发十分有利。其潜在的经济效益非常可观。
3.能降低井下钻具旋转阻力，增大扭矩30%，减少燃料消耗约10%。
主要规格及性能详细介绍
EFD-1-50(原金达凌200XT-1,后同)焊丝
    该产品在吸收了美国ARNCO公司200XT钻杆接头耐磨带焊丝优点的基础上,在组成和工艺上加以改进,克服了美国ARNCO公司200XT产品的缺陷,于一九九九年初研制成功。当时研制了平行的三组产品，经过实验室试验筛选出一种并加以改进，于一九九九年下半年由中国石油天然气总公司石油勘探开发研究院进行台架试验，试验时按照美国ARNCO公司200XT的试验条件、试验设备和试验材料规格，并用美国ARNCO公司200XT产品同时进行的平行试验（详见附件1石油勘探开发研究院实验报告）。通过实验，EFD-1-50型钻杆接头耐磨带焊丝的使用条件、耐磨性能都优于ARNCO 200XT。
  主要规格及性能：
   直径：Ø2.0mm药芯焊丝
   主要成分:  铬  碳  锰  钼  磷  硫
   焊后耐磨带络氏硬度(一层):HRC 50-55(第二次焊后会稍高)
   焊接时使用平直特性500A直流焊接电源;
   焊接时使用氩气保护焊(氩气流量为12-15L/分);
   焊件焊前不需预热,焊后不需保温;
   焊接时焊丝接正极;
   焊接电流:320-350A
   焊接电压:26-28V
   包装:15kg/盘(塑料袋密封保持干燥)
   存放在通风干燥处,严防受潮;如受潮要烘干后方可使用,否则影响质量。

EFD-2-55(原金达凌200XT-2,后同)焊丝

    EFD-2-55是在EFD-1-50基础上研究开发的新产品，是对EFD-1-50的进一步改进和提高，主要有如下几个特点：

    首先是价格更低廉。虽然EFD-1-50的价格不足美国同类产品的1/3，但价格仍较高。因此我们从经济效益角度出发，积极寻求在保证质量的前提下更为廉价的成本配方，获得成功。使得EFD-2-55较EFD-1-50的成本价格得到明显下降。

    其次是焊带质量进一步提高。虽然EFD-1-50焊前不预热、焊后不保温，但美国ARNCO公司在2000年推出新产品100型，也可焊前不预热、焊后不保温，其他性能同200XT。但这种焊料同美国ARNCO 200XT一样焊带有裂纹。我们研制开发的EFD-2-55不但不需预热、不需保温。而且焊后基本没有裂纹。使焊带质量得到进一步提高。

    第三是焊带更耐磨损。为了是耐磨带更耐磨损，我们对配方进行了改进，同时提高了自润滑材质成分，使得FED-2-55的摩擦系数更小，且硬度由HRC50-55提高到HRC55-60，使焊带更耐磨损。

   主要规格及性能：

   直径：Ø1.6mm、Ø 2.0mm药芯焊丝

   主要成分:  铬  碳  锰  钼

   焊后耐磨带络氏硬度: HRC 55-60

   焊接时使用平直特性500A直流焊接电源;

   焊接时使用氩弧焊,也可使用CO2气体保护焊;

   焊件焊前不需预热,焊后不需保温,焊后无裂纹;

   焊丝接电源正极;

   焊接电流:250-300A

   焊接电压:23-28V

   包装:15kg/盘(塑料袋密封保持干燥)

   存放在通风干燥处,严防受潮;如受潮要烘干后方可使用,否则影响质量。

3.EFD-3-60(原金达凌200XT,后同)焊丝

    在我国的具体地址条件下,目前很多油田钻井不下技术套管,裸眼钻达目的层。在这种钻进过程中，由于地层的尖锐棱角使得钻杆接头耐磨带的耐磨性能、提高耐磨带的强度，给我们提出了研制高硬合金耐磨带焊丝的任务。目前美国也正在加紧研制但尚无产品面世。我们经过实验室试验研究，开发出了以碳化钨为主要成分的FED-3-60耐磨材料。经在中原油田及辽河油田使用证明，焊出的耐磨带平整、熔合好、使用效果很好。同时研制出碳化钨焊丝专用焊枪。

主要规格及性能：

   直径：Ø 1.6mm药芯焊丝

   主要成分:  碳化钨   铁

   焊后耐磨带络氏硬度: HRC 65-67

   使用条件：适用于裸眼钻井中使用

   焊接时使用平直特性500A直流焊接电源;

   焊接时使用气体保护焊（CO2、氩气均可）;

   焊前不需预热、不需保温,焊后无裂纹;

   焊丝接电源正极;

   焊接电流:280-320A

   焊接电压:26-28V

   焊前钻杆接头施焊处要处理干净保证导电良好；

   包装: 15kg/盘(塑料袋密封保持干燥)

   存放在通风干燥处,严防受潮;如受潮要烘干后方可使用,否则影响质量