CN108161185A - 一种盐穴储气库注采管柱焊接工艺 - Google Patents

一种盐穴储气库注采管柱焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种盐穴储气库注采管柱焊接工艺，具有如下步骤：选择焊丝、选择焊接方式、烘干焊丝、清理焊接坡口、组对、焊接坡口预热处理、第一焊层根部焊接、第二焊层填充焊接、第三焊层盖面焊接和焊缝质量检测。与现有技术相比，本发明采用新型焊接管材以及合理的焊接工艺，满足储气库运行时高压以及压力变化对套管刚度和强度以及气密封性要求；焊接时通过严格控制焊接电流、电压以及焊接速度与焊接方式，确保焊接缝的力学性能，有效避免了出现裂缝、未熔合以及烧穿等焊接缺陷；增加了整个焊接过程中对焊接环境、焊接温度的监测以及焊道数量的要求，提高了焊接质量，有效减少了缺欠、内凹的产生。

Description

一种盐穴储气库注采管柱焊接工艺
技术领域
本发明涉及一种盐穴储气库注采管柱焊接工艺。
背景技术
盐穴储气库是采用钻井、人工溶淋方式产生盐腔，然后利用产生的盐腔储存天然气的一种新技术。相对于目前常见的地面储气罐与液化天然气相比，盐穴储气库具有占地面积小、储存气量大、设备成本低、使用寿命长以及安全性能高等优势。目前盐穴储气库已在金坛盐盆大规模投入使用，非常具有发展前景。然而，盐穴储气库注采管柱连接处的气密封性严重影响了盐穴储气库的运行安全。由于盐穴储气库中储存大量的高压天然气，若套管间连接不当，容易导致天然气发生泄漏，而且盐穴储气库运行时，套管内温度和压力不断变化，这也易导致套管间连接处松脱，影响管柱整体的气密封性。注采管柱任一连接点发生泄漏，天然气都将进入环空中，致使环空带压。这不仅仅降低了井口设备使用的安全性，长此以往，天然气很有可能从环空套管泄漏进入地层，最终逸至地表，造成环境污染，并极大的影响盐穴储气库井场附近居民的安全。
目前，中石油、中石化等国内大型油企对注采管柱的气密封性进行了广泛研究。然而，国内盐穴储气库现普遍采用的仍然是气密封螺纹管柱。虽然在入井前对气密封螺纹管柱连接处进行气密封性检测，但是该检验方法也只能在短期内保证注采管柱的气密封性。在储气库运行过程中，温度和压力变化较大，套管以及套管间连接处会随着温度和压力变化不断的伸缩变形，在入井的上百根套管中，任一套管间的螺纹连接松动错位，都将成为漏点，考虑到盐穴储气库使用期限可长达50年甚至更长，任一漏点都应极力避免。与此同时，焊接工艺虽然在各个行业都有着广泛运用，但是现有的盐穴储气库注采管柱管材不具有可焊接性，而且盐穴储气库高压、温度和压力变化范围大，对管材刚度和强度的高要求，这些都限制了焊接工艺的选择。
因此，现有的盐穴储气库螺纹连接式注采管柱以及常用的焊接工艺都不能满足储气库长期安全运行的特性要求。为保障盐穴地下储气库长期安全运行，就需要提高井筒注采管柱的气密封性、减少连接处漏点发生的可能性，就有必要建立一种能确保天然气不发生泄漏的注采管柱连接技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种盐穴储气库注采管柱焊接工艺，以确保天然气不发生泄漏，并且满足储气库运行时对管柱刚度和强度的要求，使得储气库运行安全得到保障。
术语解释：
1、焊道
金属焊接时，每一次熔敷所形成的一条单道焊缝。
2、焊层
为多层焊时的每一个分层，可由一条焊道或数条并排相搭接的焊道组成。
3、焊缝处开口宽度
两端焊接坡口部位之间的距离。
4、BJ80
由宝钢研制的管材，最小屈服强度为80×1000PSI，含锰等其他微合金元素的低碳合金管材，可焊性强。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种盐穴储气库注采管柱焊接工艺，具有如下步骤：
(1)选择焊丝：选用含锰合金元素的低合金焊丝，选用型号为直径Φ2.0mm的GB/T8110 ER50-6和直径Φ3.2mm的AWS A5.28 ER100S-G；
(2)选择焊接方式：选用根部焊接+填充/盖面、多层多道手工焊接方式，包括直流正接的惰性气体保护焊和直流反接的电弧焊两种焊接方法；
(3)烘干焊丝：焊丝在300℃条件下烘干2小时，并存放在保温桶内待用；
(4)清理焊接坡口：对待焊接套管坡口及其内外表面边缘25mm范围内的油、漆、锈、毛刺进行打磨清理，直至出现母材金属色泽；
(5)组对：将一根准备焊接的套管A端和另一根套管B组对，用外对口器进行对口，对口间距3.5～4.0mm；
(6)焊接坡口预热处理：对待焊接套管的坡口两侧进行预热，预热温度大于80℃，并用测温笔在距焊接坡口25mm处测量确认；
(7)第一焊层根部焊接：用直径Φ2.0mm的GB/T8110 ER50-6的焊丝进行惰性气体保护根部焊接，焊接电流为120～140A，电压10～15V，先对称定位焊接3～4点后，进行全位置焊接，随后撤离对口器，根部焊接速度为50～80mm/min；
(8)第二焊层填充焊接：完成第一焊层和焊接接头的清理后，用直径Φ3.2mm的AWSA5.28 ER100S-G的焊丝进行电弧焊填充焊接，焊接电流为100～130A，焊接电压为18～24V，填充焊接速度为140～240mm/min；
(9)第三焊层盖面焊接：完成第二焊层填充焊接和焊接接头抛光后，用直径Φ3.2mm的AWS A5.28 ER100S-G的焊丝进行电弧焊盖面焊接，焊接电流为100～130A，焊接电压为18～24V，盖面焊接速度为120～200mm/min，完成后无需打磨；
(10)焊缝质量检测：上述焊层全部完成后，在焊缝附近打上焊工钢印以及焊缝编号，待焊缝温度降至环境温度后，对焊缝焊接质量进行检测。
所述的套管为满足盐穴储气库运行要求的可焊接套管，钢级为BJ80。
其中，步骤(5)中所述的套管A端坡口为15°、B端为45°，坡口钝边为1.0mm。
步骤(6)中，当环境温度低于5℃时，采用感应加热或电加热的方法进行预热，焊接坡口预热宽度应不小于75mm；当环境温度高于5℃时，采用火焰加热或电加热的方法进行预热，焊接坡口预热宽度应不小于50mm。
步骤(7)中所述的根部焊接环境为：环境湿度≤70％，风速≤2m/s，必要时可以采用防风棚遮挡。
步骤(7)中所述的外对口器在完成根部焊接的50％以上且焊接接头均匀分布时方能撤离。
步骤(8)中所述的填充焊接环境为：环境湿度≤70％，风速≤5m/s，必要时可以采用防风棚遮挡。
步骤(8)中所述的根部焊接结束后与开始填充焊接之间的时间间隔<10min。
步骤(8)在进行根部焊接、填充焊接以及盖面焊接方式完成不同焊层时，应根据焊层焊缝开口宽度确定各层焊道数量：
若所在焊层焊缝开口宽度小于12mm时，采用单道焊；
若所在焊层焊缝开口宽度在12mm和20mm之间时，采用双道焊；
若所在焊层焊缝开口宽度超过20mm时，采用三道焊。
步骤(8)中所述的填充焊接为多道焊时，在进行最后一道焊时，应填充至距离套管外表面1mm～2mm处。
步骤(8)中所述的盖面焊接为多道焊时，每道焊至少覆盖前一道焊宽度的1/3。
所述的各焊层或焊道开始焊接时的温度在80℃～150℃之间。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明采用新型焊接管材以及合理的焊接工艺，保证满足储气库运行时高压以及压力变化(7～16MPa)对注采管柱的刚度和强度以及气密封性要求；焊接时通过严格控制焊接电流、电压以及焊接速度与焊接方式，确保焊接缝的力学性能，有效第防止了出现裂缝、未熔合以及烧穿等焊接缺陷；增加了整个焊接过程中对焊接环境、焊接温度的监测以及焊道数量的要求，提高了焊接质量，有效减少了缺欠、内凹的产生。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为管柱焊接前状态示意图。
图2为管柱焊接后状态示意图。
图3为焊接坡口示意图
图4为焊接取样示意图
附图说明：α、套管A端坡口15°β、套管B端坡口45°1、套管A端2、套管B端3、地面焊缝4、拉伸试验取样点5、刻槽锤断试验取样点6、弯曲试验取样点
具体实施方式
参见图1～图4所示，一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，具体步骤如下：
(1)选择焊丝：选用含锰等微合金元素的低合金焊丝，选用型号为直径Φ2.0mm的GB/T8110 ER50-6和直径Φ3.2mm的AWS A5.28 ER100S-G；
(2)选择焊接方式：选用根部焊接+填充/盖面、多层多道手工焊接方式，包括采用直流正接的Ar气体保护焊和采用直流反接的电弧焊两种焊接方法；
(3)烘干焊丝：焊条在300℃条件下烘干2小时，并存放在保温桶待用；
(4)清理焊接坡口：对待焊接套管坡口及其内外表面边缘25mm范围内的油、漆、锈、毛刺等污物进行打磨清理直至出现母材金属色泽；
(5)组对：将一根准备焊接的套管A端和另一根待焊接的套管B组对，使用外对口器进行对口，对口间距3.5～4.0mm，其中，A端坡口为15°，B端坡口为45°，坡口钝边为1.0mm；
(6)焊接坡口预热处理：对待焊接套管坡口两侧进行预热，预热温度高于80℃，预热时，当环境高于5℃时，采用火焰加热方法进行预热，坡口预热宽度应不小于50mm，并用测温笔在距坡口25mm处测量确认；
(7)第一焊层根部焊接：用直径Φ2.0mm的GB/T8110 ER50-6的焊丝进行惰性气体保护根部焊接，焊接电流为120～140A，电压10～15V，先对称定位焊接3～4点后，进行全位置焊接，完成50％以上且焊接接头均匀分布时，撤离外对口器，根部焊接速度为50～80mm/min，该层为单道焊焊接；
(8)第二焊层填充焊接：完成第一焊层和焊接接头清理后，用直径Φ3.2mm的AWSA5.28 ER100S-G的焊丝进行电弧填充焊接，焊接电流为100～130A，焊接电压为18～24V，填充速度为140～240mm/min，该层采用两道焊焊接，在进行最后一道焊时，应填充至距离管外表面1mm～2mm处；
(9)第三焊层盖面焊接：完成第二焊层填充焊接和和焊接接头抛光，用直径Φ3.2mm的AWS A5.28 ER100S-G的焊丝、电弧焊进行盖面焊接，焊接电流为100～130A，焊接电压为18～24V，盖面速度为120～200mm/min，该层采用三道焊焊接，每道焊覆盖前一道焊的宽度1/3，完成后无需打磨；
(10)焊缝质量检测：上述三个焊层全部完成后，在焊缝附近打上焊工钢印以及焊缝编号，待焊缝温度降至环境温度后，对焊缝焊接质量进行检测。
上述焊接中，母材钢级选用BJ80，套管Φ177.8mm，厚度选用9.19mm，焊缝为圆弧环缝，对不同焊层按照下表的焊接参数进行各层的焊接，各焊层或焊道开始焊接时的温度在80℃～150℃之间。
以下表1为焊接工艺参数表，表2为焊接力学性能试验测试表。
表1
按上述焊接工艺完成焊缝后，参考SY/T 4109《石油天然气钢质管道无损检测》方检测合格后，按照GB/T 31032《钢质管道焊接及验收》对上述焊缝取样，进行拉伸试验、弯曲试验、刻槽锤断等试验，试验结果表明，焊缝力学性能合格，甚至优于套管母材，可满足盐穴储气库运行要求。
表2焊缝力学性能试验
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (12)

1.一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，其特征在于，具有如下步骤：
(1)选择焊丝：选用含锰合金元素的低合金焊丝，选用型号为直径Φ2.0mm的GB/T8110ER50-6和直径Φ3.2mm的AWS A5.28 ER100S-G；
(2)选择焊接方式：选用根部焊接+填充/盖面、多层多道手工焊接方式，包括直流正接的惰性气体保护焊和直流反接的电弧焊两种焊接方法；
(3)烘干焊丝：焊丝在300℃条件下烘干2小时，并存放在保温桶内待用；
(4)清理焊接坡口：对待焊接套管坡口及其内外表面边缘25mm范围内的油、漆、锈、毛刺进行打磨清理，直至出现母材金属色泽；
(5)组对：将一根准备焊接的套管A端和另一根套管B端组对，用外对口器进行对口，对口间距3.5～4.0mm；
(6)焊接坡口预热处理：对待焊接套管的坡口两侧进行预热，预热温度大于80℃，并用测温笔在距焊接坡口25mm处测量确认；
(7)第一焊层根部焊接：用直径Φ2.0mm的GB/T8110 ER50-6的焊丝进行惰性气体保护根部焊接，焊接电流为120～140A，电压10～15V，先对称定位焊接3～4点后，进行全位置焊接，随后撤离对口器，根部焊接速度为50～80mm/min；
(8)第二焊层填充焊接：完成第一焊层和焊接接头的清理后，用直径Φ3.2mm的AWSA5.28 ER100S-G的焊丝进行电弧焊填充焊接，焊接电流为100～130A，焊接电压为18～24V，填充焊接速度为140～240mm/min；
(9)第三焊层盖面焊接：完成第二焊层填充焊接和焊接接头抛光后，用直径Φ3.2mm的AWS A5.28 ER100S-G的焊丝进行电弧焊盖面焊接，焊接电流为100～130A，焊接电压为18～24V，盖面焊接速度为120～200mm/min，完成后无需打磨；
(10)焊缝质量检测：上述焊层全部完成后，在焊缝附近打上焊工钢印以及焊缝编号，待焊缝温度降至环境温度后，对焊缝焊接质量进行检测。
2.如权利要求1所述的一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，其特征在于，所述的套管为满足盐穴储气库运行要求的可焊接套管，钢级为BJ80。
3.如权利要求1所述的一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，其特征在于，步骤(5)中所述的套管A端坡口为15°、B端为45°，坡口钝边为1.0mm。
4.如权利要求1所述的一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，其特征在于，步骤(6)中，当环境温度低于5℃时，采用感应加热或电加热的方法进行预热，焊接坡口预热宽度应不小于75mm；当环境温度高于5℃时，采用火焰加热或电加热的方法进行预热，焊接坡口预热宽度应不小于50mm。
5.如权利要求1所述的一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，其特征在于，步骤(7)中所述的根部焊接环境为：环境湿度≤70％，风速≤2m/s，必要时可以采用防风棚遮挡。
6.如权利要求1所述的一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，其特征在于，步骤(7)中所述的外对口器在完成根部焊接的50％以上且焊接接头均匀分布时方能撤离。
7.如权利要求1所述的一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，其特征在于，步骤(8)中所述的填充焊接环境为：环境湿度≤70％，风速≤5m/s，必要时可以采用防风棚遮挡。
8.如权利要求1所述的一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，其特征在于，步骤(8)中所述的根部焊接结束后与开始填充焊接之间的时间间隔<10min。
9.如权利要求1所述的一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，其特征在于，步骤(8)在进行根部焊接、填充焊接以及盖面焊接方式完成不同焊层时，应根据焊层焊缝开口宽度确定各层焊道数量：
若所在焊层焊缝开口宽度小于12mm时，采用单道焊；
若所在焊层焊缝开口宽度在12mm和20mm之间时，采用双道焊；
若所在焊层焊缝开口宽度超过20mm时，采用三道焊。
10.如权利要求9所述的一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，其特征在于，步骤(8)中所述的填充焊接为多道焊时，在进行最后一道焊时，应填充至距离套管外表面1mm～2mm处。
11.如权利要求9所述的一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，其特征在于，步骤(8)中所述的盖面焊接为多道焊时，每道焊至少覆盖前一道焊宽度的1/3。
12.如权利要求1所述的一种盐穴储气库注采管柱的焊接工艺，其特征在于，所述的各焊层或焊道开始焊接时的温度在80℃～150℃之间。
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