CN101670477A

CN101670477A - 抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法

Info

Publication number: CN101670477A
Application number: CN200910018559A
Authority: CN
Inventors: 王建民; 付凤君; 孙永兴; 孙元宁
Original assignee: SHENGLI OIL FIELD FURUITE PETROLEUM EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: ZIBO FURUITE THERMAL ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2029-09-17
Also published as: CN101670477B

Abstract

本发明公开的是抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法，特别适用于高抗硫化氢井下隔热油管的焊接。本焊接方法包括外管预处理、内管预处理、焊I端、预应力处理和焊II端，焊丝选择药芯焊丝，焊接所用保护气体选自高纯度氩气和二氧化碳的混合气体；焊接样品完成后，对焊缝进行抗硫化氢试验。本发明焊接的是能够适应硫化氢腐蚀井的管材，所选择焊接材料、焊接参数，保证了母材和焊缝的强度、致密性和抗硫化氢性能，能够满足使用要求。由于药芯焊丝的成分改变了焊接时电弧气氛的物理化学性质，因而飞溅少，且飞溅颗粒细，容易清除。焊接保护气体既具有氩气保护焊的特点，又克服了用单一氩气焊接时产生的阴极飘移、气孔及焊缝成形不良等问题。

Description

抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法

技术领域

本发明涉及管材焊接工艺，特别是抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法，适用于井下隔热油管的焊接，尤其适用于203CrMoCuTi高抗硫化氢井下隔热油管的焊接。

背景技术

隔热油管是稠油井注蒸汽开采过程采用的重要装备，其用途是作为注汽通道往井下注入高温、高压蒸汽，并保护油井套管及固井水泥环免受热应力损害，降低井筒热力损失，提高注汽采油效果。

中国专利97115719.7，公开了一种《真空隔热油管及其制造工艺技术》，该发明提供的真空隔热油管制造工艺技术如下：1.内管加工处理，内管两端采用中频加热后用平锻机扩成喇叭口形，喇叭口尺寸与外管内径相同；对内管外表面进行抛丸处理；2.内、外管组装，将烘烤后的内管组件装入内表面经喷丸处理的外管中；用CO₂气体保护焊方法焊接环焊缝，先将内外管一端焊接；然后用热伸长法给内管施加预应力；待内管伸长到设计要求时用同样方法焊另一端；3.抽真空；4.封堵焊接；5.安装附件。

该发明采用中频加热配用平锻机的方法胀内管喇叭口，所用材料均进行烘烤干燥处理，金属表面进行喷丸处理，隔热油管两端环焊缝采用CO₂气体保护焊。该技术以下问题有待改进：1、管材采用的钢级为符合API 5CT标准要求的N80钢级，不具备抗硫化氢性能，不能在硫化氢腐蚀井中使用；2、隔热油管焊接过程中所用焊丝为CO₂熔化焊用实芯焊丝，实芯焊丝存在的问题是焊丝的化学成分不容易调整且焊接时飞溅大，易出现气孔，影响焊接质量；3、隔热油管焊接使用单一高纯度的二氧化碳气对水分敏感，焊接时容易产生气孔。

发明内容

本发明的目的是提供抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法，针对现有技术中实芯焊丝和使用高纯度的二氧化碳气焊接存在的缺陷，使其适用于抗硫化氢隔热油管管材的加工，为高抗硫化氢管材隔热油管的加工提供技术方案。

本发明的目的是这样实现的：抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法，包括外管预处理、内管预处理、焊I端、预应力处理和焊II端，焊丝选择药芯焊丝，焊接所用保护气体选自高纯度氩气和二氧化碳的混合气体；焊接样品完成后，对焊缝进行抗硫化氢试验。

本发明与现有技术相比具有以下显著的进步：本发明焊接的是能够适应硫化氢腐蚀井的管材，所选择焊接材料、焊接参数，保证了母材和焊缝的强度、致密性和抗硫化氢性能，能够满足硫化氢腐蚀井的使用要求。

本发明选用的焊接材料和焊接保护气体具有以下优点：

1、由于药芯焊丝的成分含有铜、镍、铬、钼等多种化学元素，改变了焊接时电弧气氛的物理化学性质，因而飞溅少，且飞溅颗粒细，容易清除，方便操作。此外，熔池表面有熔渣覆盖，所以焊缝成形类似手弧焊，比用实芯焊丝焊接时更平整、美观。

2、经抗腐蚀性能试验，其中对抗硫化氢起主要作用的化学元素为Cu、Ni、Cr、Mo等元素的含量。调整药芯焊丝的配方，就可焊接不同的钢种，通过调整药芯焊丝中的铜、镍、铬、钼等多种化学成分的含量，使焊缝具有与母材相同的抗硫腐蚀能力。

3、本发明的药芯焊丝焊接熔池受到二氧化碳和氩气混合气体及药芯产生的熔渣两方面的保护，抗气孔能力比单纯二氧化碳保护气体的实心焊丝焊接更具优越性。

4、本发明所选用的焊接保护气体既具有氩气保护焊的特点，如电弧燃烧稳定、飞溅小、容易获得轴向喷射过渡等，又克服了用单一氩气焊接时产生的阴极飘移、气孔、咬边及焊缝成形不良等问题。

本发明使用二氧化碳和氩气混合气体，用药芯焊丝焊接，为高抗硫化氢管材提供了一套完整的焊接方案，可以满足高抗硫化氢管材的加工需要。

具体实施方式

以下结合实施例具体说明焊接的全过程以及药芯焊丝和混合保护气体的使用方法，所焊母材为203CrMoCuTi高抗硫化氢井下隔热油管：

外管预处理：

1、材料复验：按外管管材质量证明书复验管材的常温机械性能和管材的化学成分；

2、内壁除锈：用除锈机对外管内壁进行除锈处理；

3、加热除气：和内管一同进加热除气炉，加热并进行保温处理。

内管预处理：

1、材料复验：按内管管材质量证明书复验管材常温机械性能和管材的化学成分；

2、胀镦：在胀镦机上用中频加热，把内管两端头胀成喇叭口形状；

3、外壁除锈：用外壁除锈机对内管外壁进行除锈处理；

4、平端面：按配对要求，车内管喇叭口端面；

5、加热除气：和外管一同进加热除气炉，加热并进行保温处理；

6、套装：把包扎后的内管套入外管，并按要求留出焊接尺寸；

焊I端：按评定后的焊接工艺焊I端，焊后及时加保温套保温。

预应力处理：对内管内壁采用电加热的方式加热伸长内管，并当内管伸长到要求的长度时立即进行焊II端，从而在常温时内外管间具有预应力。

焊II端：按评定后的焊接工艺焊II端，焊后及时加保温套保温。

隔热油管的焊接样品完成后，对焊缝进行抗硫化氢试验，试验合格后投入批量生产。出厂前对所加工管件进行在线X射线探伤，对管件两端环焊缝探伤检测，并按GB3323评定。

上述焊接工艺的焊丝选择药芯焊丝。药芯焊丝的粉剂配方主要包括C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr和Mo，其余为Fe，按重量百分比，其含量如下：

C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo
C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo	0.06～0.10	0.50～0.54	1.03～1.10	0.24～0.30	0.02～0.04	1.30～1.40	0.50～0.58

药芯焊丝的粉剂配方可以根据所焊接母材的材质构成进行调整。经抗腐蚀性试验，其中对抗硫化氢起主要作用的化学元素为Cu、Ni、Cr、Mo，调整化学成分的含量，可以焊接不同的钢材，可以使焊缝与母材的抗硫化氢性能相同。

焊接工艺所用的保护气体选自高纯度氩气和二氧化碳的混合气体，其混合气体优选20-30％的氩气和70-80％的二氧化碳气，其纯度均在99.9％以上，选择两种气体中的任意一项数值的气体进行混合。

以下是焊接所用药芯焊丝和保护气体的实施例，以下实施例在隔热油管焊I端和焊II端的工序中使用，药芯焊丝和保护气体的选择如下：

实施例1：混合保护气体中两种气体所占比例为：二氧化碳70％，氩气30％；药芯焊丝粉剂配方的主要化学成分如下表，其余为Fe，按重量百分比，其含量为：

C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo	Nb
C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo	Nb	0.06	0.50	1.03	0.24	0.02	1.30	0.50	0.22

实施例2：混合保护气体中两种气体所占比例为：二氧化碳78％，氩气22％；药芯焊丝粉剂配方的主要化学成分如下表，其余为Fe，按重量百分比，其含量为：

C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo	Ti
C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo	Ti	0.10	0.54	1.10	0.30	0.04	1.40	0.58	0.16

实施例3：混合保护气体中两种气体所占比例为：二氧化碳80％，氩气20％；药芯焊丝粉剂配方的主要化学成分如下表，其余为Fe，按重量百分比，其含量为：

C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo
C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo	0.09	0.53	1.08	0.29	0.02	1.37	0.56

使用此方案焊接后的焊缝外观光滑、饱满，X射线探伤合格、II级，但焊缝机械性能中的弯曲性能和冲击性能略低于母材。

实施例4：混合保护气体中两种气体所占比例优选：二氧化碳79％，氩气21％；药芯焊丝粉剂配方的主要化学成分如下表，其余为Fe，按重量百分比，其含量为：

C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo
C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo	0.08	0.53	1.06	0.27	0.03	1.36	0.55

使用本方案所焊接的高抗硫化氢井下隔热油管焊缝外观光滑、饱满，X射线探伤合格、II级水平。焊缝的机械性能：拉伸性能、弯曲性能和冲击性能，均与母材相当，经抗腐蚀试验，抗硫化氢性能与母材相当。

实施例5：混合保护气体中两种气体所占最佳比例为：二氧化碳75％，氩气25％；药芯焊丝粉剂配方的主要化学成分如下表，其余为Fe，按重量百分比，其含量为：

C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo
C	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Mo	0.08	0.52	1.07	0.27	0.03	1.36	0.54

本方案是最佳药芯焊丝和最佳的混合保护气体方案。使用本方案所焊接的高抗硫化氢井下隔热油管焊缝外观光滑、饱满，焊缝熔化完全，晶相组织致密，X射线探伤合格、II级。焊缝的机械性能：拉伸性能、弯曲性能和冲击性能，均略高于母材，经抗腐蚀试验，抗硫化氢性能高于母材。

焊接后，在焊缝处取样，在上海宝钢进行抗腐蚀试验。试验用腐蚀性溶液为：NACE TMO177A溶液，循环载荷5.035KN。试样在上述腐蚀性溶液和循环载荷的共同作用720小时后，试样未发生断裂。

Claims

1、抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法，包括外管预处理、内管预处理、焊I端、预应力处理和焊II端，其特征是焊丝选择药芯焊丝，焊接所用保护气体选自高纯度氩气和二氧化碳的混合气体；焊接样品完成后，对焊缝进行抗硫化氢试验。

2、根据权利要求1所述的抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法，其特征是药芯焊丝的粉剂配方主要包括C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr和Mo，其余为Fe，按重量百分比，其含量如下：

C Si Mn Cu Ni Cr Mo 0.06～0.10 0.50～0.54 1.03～1.10 0.24～0.30 0.02～0.04 1.30～1.40 0.50～0.58

3、根据权利要求1或2所述的抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法，其特征是药芯焊丝的粉剂配方优选下述方案，主要化学成份如下表，其余为Fe，按重量百分比，其含量如下：

C Si Mn Cu Ni Cr Mo 0.08 0.52 1.07 0.27 0.03 1.36 0.54

4、根据权利要求1或2所述的抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法，其特征是药芯焊丝的粉剂配方可以根据所焊接母材的材质构成，调整Cu、Ni、Cr、Mo化学成分的含量，使焊缝与母材的抗硫化氢性能相同。

5、根据权利要求1所述的抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法，其特征是焊接所用二氧化碳和氩气的混合气体，其纯度均在99.9％以上。

6、根据权利要求1或5所述的抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法，其特征是焊接所用的混合气体优选20-30％的氩气和70-80％的二氧化碳气，选择两种气体中的任意一项数值的气体进行混合。

7、根据权利要求1或5所述的抗硫化氢井下隔热油管的焊接方法，混合保护气体中二氧化碳和氩气两种气体所占比例优选：二氧化碳75％，氩气25％。