[發(fā)明專利]一種G3合金油井管試驗實物焊接制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910092835.3
• 申請日: 2009-09-09
• 公開（公告）號: CN101664846A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李東風(fēng);張森;韓新利;楊鵬;韓軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: B23K9/00
• 分類號: B23K9/00;B23K35/32;B23K101/06
• 代理公司: 北京市中實友知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 李玉明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鎳基合金材料石油鉆井油管或套管和35CrMo或30CrMo等類材料夾頭焊接制備試驗實物。

背景技術(shù)

石油工業(yè)是大量應(yīng)用管材的工業(yè)，油氣田開發(fā)過程中需要大量的油井管，這些油井管在油氣生產(chǎn)中往往處于高溫、高壓環(huán)境和氣、水、烴、固共存的多相流腐蝕介質(zhì)中，這些介質(zhì)對管材具有很強的腐蝕性。腐蝕是金屬材料主要失效形式之一，石油和天然氣開發(fā)與加工行業(yè)歷來是腐蝕比較嚴重的幾個行業(yè)之一，腐蝕問題不僅造成了巨大的經(jīng)濟損失，而且往往帶來一些災(zāi)難性后果，例如：人員傷亡、停工停產(chǎn)和環(huán)境污染等。腐蝕給石油工業(yè)造成的事故很多，每年經(jīng)濟損失很大，選用性能優(yōu)良的管材是防止腐蝕事故的主要措施。

G3合金油井管是針對高H₂S和CO₂油氣田開發(fā)的耐腐蝕鋼管，主要用于腐蝕環(huán)境嚴重的氣田開采開發(fā)中，能有效減少腐蝕影響，為石油工業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益；由于高溫、高壓和腐蝕性環(huán)境，對管子的質(zhì)量要求很高，對G3合金油井管的性能進行全尺寸實物試驗評價是保證工程用管質(zhì)量的有效手段。G3合金油井管有TDJ-G3鎳基耐蝕合金油井管。

目前，進行G3合金油井管的實物試驗評價時，兩端需要與夾頭連接，然后才能連接到試驗設(shè)備上。進行復(fù)合載荷試驗時，堵頭在起到密封作用的同時，也起到傳遞軸向載荷的作用。對于管子與夾頭的連接方式有兩種，一種是采用過渡接頭，在管子的一端加工上螺紋，將過渡接頭與管子通過螺紋連接在一起，然后再將過渡接頭與試驗用輔棒焊接在一起；另一種是焊接方式，即直接將管子與試驗用輔棒焊接在一起。國外均采用過渡接頭的方法，但該方法對過渡接頭加工性能要求高，經(jīng)常在過渡接頭處出現(xiàn)泄漏、斷裂等失效導(dǎo)致評價試驗結(jié)果無效，采用焊接方式，可以有效解決這些問題，但需要焊接接頭的性能達到以下三點要求：(1)焊縫和熱影響區(qū)不能產(chǎn)生裂紋等焊接缺陷；(2)焊縫要有足夠的強度，熱影響區(qū)不能在焊接過程中產(chǎn)生明顯的軟化；(3)焊縫和熱影響區(qū)要有一定的韌性和疲勞強度，不能產(chǎn)生脆斷和疲勞開裂。G3合金油井管和35CrMo或30CrMo材料夾頭兩種材料的成分和冶金性能相差很大，焊接性很差。焊接后G3合金材料熱影響區(qū)會不會明顯軟化或脆化，兩種材料能否很好的結(jié)合(能否形成沒有冶金缺陷的焊縫)，以及接頭的性能能否滿足試驗要求(不能在焊接接頭處斷裂或泄露)是確定試驗實物制備工藝的難點和關(guān)鍵點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種G3合金油井管試驗實物焊接制備方法，采用焊接方式解決G3合金油井管和35CrMo或30CrMo等類材料夾頭的連接問題，保證高溫、高壓壓力試驗和軸向拉伸或壓縮試驗時焊接接頭不會出現(xiàn)泄漏或斷裂，確保G3合金油井管實物評價試驗的順利進行，為G3合金油井管的選用提供支持。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：G3合金油井管試驗實物焊接制備方法，其特征在于：

A、焊件準備：首先將試驗的油井管兩端加工成焊接坡口，將兩個試驗夾頭的焊接端加工成坡口，兩個試驗夾頭焊接在油井管兩端，試驗夾頭的另一端外部或內(nèi)部加工有螺紋，螺紋用于與試驗設(shè)備連接。夾頭的材質(zhì)為30CrMo，油井管的材質(zhì)為G3合金，如TDJ-G3鎳基耐蝕合金。

B、焊接設(shè)備與焊條：選用電弧焊，設(shè)備為直流焊機，直流焊機極性為反接，焊接材料選用一種雙相不銹鋼焊條和一種不銹鋼焊條。焊條直徑為3.2mm。

雙相不銹鋼焊條的熔敷金屬的化學(xué)成分按重量百分比如下：C≤0.04％、Cr為21.5-23.0％、Ni為4.5-6.5％、Mo為2.5-3.5％、Mn≤1.6％、Si≤0.6％、P≤0.035％、S≤0.035％、N≤0.30％；這種焊接材料焊縫金屬的典型力學(xué)性能達到屈服強度612MPa，抗拉強度855MPa，伸長率27％，20℃夏比沖擊功50J。

不銹鋼焊條的熔敷金屬的化學(xué)成分按重量百分比如下：C≤0.04％、Cr為11.5-15.0％、Ni為4.0-6.0％、Mo為≤0.6％、Mn為≤1.0％、Si≤0.6％、P≤0.04％、S≤0.03％；這種焊接材料焊縫金屬的典型力學(xué)性：屈服強度不小于874MPa，抗拉強度不小于963MPa，伸長率不小于20％，20℃夏比V型沖擊功不小于74J。夏比V型沖擊功是指通過擺錘沖擊試驗機試驗時折斷具有V型缺口的試樣所需要的總能量。