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加工鉆桿接頭耐磨帶選擇華菱超硬立方氮化硼刀具效果突出
Date:2015-06-24 瀏覽人數:1306

隨著近地表層石油儲量日益減少,逐漸的超深井、大斜度井、大位移逐漸取代了傳統的淺、小位移井,成為了當今石油鉆探的主要形式,并且海上石油鉆井平臺大量出現。與之而來的問題便是鉆井時間的大幅度延長、鉆桿作用在套管上側向力的不斷增高,導致鉆桿與套管的磨損問題更為突出。

  石油鉆桿接頭是石油鉆探過程中的關鍵性部件,隨著現代鉆井技術的不斷發展,對鉆桿接頭耐磨性的要求不斷提高。所以提高石油鉆桿接頭的耐磨性能、延長其使用壽命、提高鉆井效率是急需解決的工程實際問題。

  一、鉆桿接頭耐磨帶

  由于鉆桿接頭在承受劇烈的磨損的同時還承受沖蝕磨損,導致鉆桿接頭磨損快。為了提高鉆桿接頭的耐磨性,就出現了鉆桿接頭耐磨帶,所謂的鉆桿接頭耐磨帶就是為了保護鉆桿在鉆井過程中不至于過度磨損,采用堆焊、噴焊方式將耐磨焊絲沿鉆桿接頭圓周方向堆焊、噴焊,堆焊、噴焊寬約30-50mm,厚2-3mm的環形帶,此環形帶及稱之為鉆桿接頭耐磨帶。鉆桿接頭耐磨帶因其具有優于鉆桿接頭本身的耐磨性能,同時能夠降低對套管的磨損的優點,從而對解決鉆桿與套管的磨損這一問題起到關鍵性的作用。

  堆焊、噴焊作為現代材料加工與制造業中一種重要的制造和維修方法,常用來提高鉆桿接頭的使用壽命,降低鉆桿接頭耐磨帶制造成本。人們研制出多種材質的合金粉末或藥芯焊絲,給鉆桿接頭耐磨帶帶來較好的耐磨性和耐腐蝕性。同時,研制出的高硬度耐磨合金體系堆焊層還可用于其它工業部門中的耐磨零件的修復與制造。

  以下簡單介紹一下鉆桿接頭耐磨帶常用的堆焊技術及硬度。

  二、采用明弧堆焊藥芯焊絲堆焊鉆桿接頭耐磨帶

  明弧堆焊鉆桿接頭耐磨帶的優勢:(1)設備簡單,操作方便;(2)焊前不預熱,焊后無需熱處理,焊接效率高,節省能源;(3)配套出塵系統,焊機周圍無煙塵,工作環境好;  (4)焊道稀釋率低,耐腐蝕耐磨損性能好。適用于鉆井,采煤,礦山機械修復等野外作業。

  鉆桿接頭堆焊多采用單層焊縫,對外形尺寸要求比較嚴格。如YD-100藥芯焊絲在焊接過程中焊縫成形較好,飛濺少。并且YD-100藥芯焊絲單層堆焊焊縫的洛氏硬度值比較均勻,在HRC60左右。

  三、采用等離子噴焊合金焊絲堆焊鉆桿接頭耐磨帶

  我國大多數油田使用的鉆桿接頭耐磨帶是采用等離子噴焊工藝加工的,噴焊后,耐磨帶硬度約為55HRC。采用D100合金焊絲噴焊鉆桿接頭耐磨帶焊前焊件不預熱,焊后不保溫并具有重復可焊性,并且成本降低、工藝簡便,這種藥芯焊絲的耐磨帶材料經過試驗和使用表明,與鋼質鉆桿接頭相比,套管磨損減少86%;與經過碳化鎢處理的鉆桿接頭相比,套管磨損降低76%;在大斜度井中,由于摩擦系數的減小,大大降低了鉆具旋轉阻力,扭矩增大30%,節省燃料消耗10%;在裸眼鉆井環境下,更大程度地保護了鉆桿接頭,減小了磨損。

  D100對于鉆桿接頭耐磨帶還可以重復堆焊。鉆桿耐磨帶磨損嚴重的鉆桿,在原耐磨帶上重新敷焊新的耐磨帶(寬度不變),敷焊層未出現掉塊和剝落現象,磨損均勻,重復可焊。

  四、采用氧-乙炔火焰噴焊技術堆焊鉆桿接頭耐磨帶

  氧-乙炔火焰噴焊技術優勢在于設備簡單、操作靈活,成本較低等,采用鎳基自熔合金粉末噴焊鉆桿接頭時要注意火焰噴焊工藝,如果噴焊工藝不當,噴焊層會經常出現大量密集的氣孔,甚至在合金塊邊緣產生裂紋,所以采用氧-乙炔火焰噴焊時要注意:(1)工件預熱并保持噴焊粉末干燥;(2)保證基體表面合適的粗糙度, 鉆桿接頭基體表面具有適度的凹凸不平可以提高噴焊層與基體金屬之間的結合力,但并不是越粗糙結 合力就越強;(3)熟練掌握噴焊操作技術。只要保證以上的工藝要求,就可減少氣孔和微裂紋等缺陷,從而提高鉆桿接頭的使用壽命。

  五、如何切削加工堆焊、噴焊后的鉆桿接頭耐磨帶

  經過堆焊、噴焊后的鉆桿接頭硬度一般在HRC50以上,硬度高難加工,目前,加工高硬度的刀具材料有硬質合金刀具,陶瓷刀具和非金屬粘合劑立方氮化硼刀具BN-S20牌號。

  (1)硬質合金刀具加工鉆桿接頭耐磨帶:由于硬質合金刀具本身刀體的硬度在HRC71-76之間,加工HRC45以下的硬材料比較適合,所以加工鉆桿接頭耐磨帶會出現刀具不耐磨的現象,并且加工效果得不到提高,刀具費用較高,影響整體經濟效益。

  (2)選擇陶瓷刀具加工鉆桿接頭耐磨帶:陶瓷刀具的硬度高于硬質合金刀具,刀體本身的硬度在HRC95-100之間,但陶瓷刀具有一個最大的缺點就是脆性大,橫向斷裂強度低,承受沖擊載荷能力弱,所以在切削硬度低于HRC55以下和采用小進給量時,陶瓷刀具是較好的選擇。

  (3)選擇華菱超硬非金屬粘合劑立方氮化硼刀具BN-S20牌號加工鉆桿接頭耐磨帶:我國華菱超硬是一家集切削刀具之設計、研究、制造、銷售與服務為一體的公司。不斷努力開發,為客戶提供專業,高效的刀具、刀具方案,并且不斷改進產品質量及生產制造技術,專業地位深獲企業各界一致的肯定,助力汽車,航空航天,電力設備,礦山機械等行業創造更美好的新世紀。

  華菱超硬非金屬粘合劑立方氮化硼刀具BN-S20牌號是專門針對鉆桿接頭耐磨帶所研制的。非金屬粘合劑立方氮化硼刀具BN-S20牌號與傳統的立方氮化硼刀具相比增加了韌性,不僅具有較高的硬度,而且耐磨性和抗沖擊性能兼具,吃刀深度無上限,大余量切削加工鉆桿接頭耐磨層不崩刀,而且提高加工效率,降低了加工成本。適合批量加工HRC45以上的鉆桿耐磨帶。

  六、總結

  隨著鉆井技術的不斷發展和勘探開發的需要,對鉆具的使用要求更為嚴格,采用堆焊、噴焊技術推動了鉆井行業的發展,但堆焊、噴焊零件作為難切削材料曾一度限制了鉆桿制造業的加工效率和生產成本。之后隨著刀具行業新材料新技術新工藝的推陳出新,促進了鉆桿制造業的發展。


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