摩擦焊技術在不銹鋼內襯油、套管中的應用

王建權 趙建軍

（大慶油田創業集團康泰實業公司，黑龍江 大慶 163000）

1 不銹鋼內襯油、套管技術應用現狀

在工業油、氣井管柱中的油、套管及地面管線現場使用中，常有油、套管因腐蝕而發生堵塞、泄漏等問題，而腐蝕的主要原因是普通油、套管抗電化學腐蝕能力差。亟待開發耐蝕性比API-13Cr鋼管好且生產成本又可以比雙相不銹鋼管大幅下降的新油井管。

試驗證明采用不銹鋼內襯技術制造油管，不但達到了耐腐蝕效果，又降低了生產成本，通過使用摩擦焊（摩擦焊是利用金屬焊接表面摩擦加熱的一種熱壓焊接方法，是一項受到廣泛重視與歡迎的焊接新技術）技術不但使油、套管本體與腐蝕介質徹底隔離，避免管子本體受到腐蝕，同時也保證了油、套管的抗拉、耐壓等機械性能和強度不受影響，解決了管體端部絲扣連接處及接箍的防腐問題，最終降低了生產成本。

2 不銹鋼內襯防腐油、套管技術工藝

2.1 技術方案

首先，使用摩擦焊接制造不銹鋼內襯防腐油、套管的管體；然后，在管體內嵌入不銹鋼內襯，并用氬弧焊將管體端部與內襯焊接封閉；最后，與內嵌有特制橡膠環的接箍裝配聯接，形成成品。該技術方案具有以下特點:不銹鋼短接頭與管體通過摩擦焊接焊成一體，焊縫強度高，且該短接頭焊后長度僅10mm，加工螺紋后，不影響螺紋連接強度；不銹鋼短接頭與內襯通過氬弧焊密封焊接，確保管體與內襯間的空隙密閉，可防止管體內壁腐蝕；接箍內嵌入特制橡膠環可防止接箍的腐蝕；工藝過程完全由成熟的加工工藝組成，可靠性強。

關鍵技術:管體與腐蝕介質的完全隔離技術。如圖所示:

圖1 管體與腐蝕介質隔離示意圖

接箍與腐蝕介質的完全隔離技術。如圖所示:

圖2 接箍與腐蝕介質隔離示意圖

管子端部擠壓嵌在接箍內的橡膠環，產生擠壓密封。橡膠環與管子端部、接箍共產生7處密封，可將接箍本體內部與腐蝕介質徹底隔離，接箍外表面及端部和止口做防腐處理，保證與腐蝕介質徹底隔離。

技術效果:產品隔離效果好、抗腐蝕能力強；加工費用低，經濟效益高。

2.2 工藝流程

2.2.1 不銹鋼內襯防腐油、套管生產工藝流程

使用摩擦焊接制造不銹鋼內襯防腐油、套管，其主要技術工藝過程為:內襯不銹鋼鋼管管體、不銹鋼短接頭、接箍及內置特制耐油耐壓橡膠環生產制造；油管除油（專指舊油、套管）；管體探傷檢測；管體（可以是舊油、套管）的矯直、通徑試驗；拆卸舊接箍（專指舊油、套管）；切掉舊絲扣頭、平整管體端面、車基準外圓；將不銹鋼短接頭焊接在外加厚接頭上（專指外加厚油管，平式油管是將不銹鋼短接頭直接焊接在管體上）；一次焊縫熱處理（專指外加厚油管）；一次去除焊接飛邊（專指外加厚油管）；將外加厚接頭焊接在管體兩端；二次焊縫熱處理；二次去除焊接飛邊；管體內壁噴砂、嵌入內襯不銹鋼管；用氬弧焊焊接封閉內襯與管體內壁間的環形空間；管端焊縫整形并加工工藝密封錐度；裝配接箍（地面管線不裝配接箍）；清洗管子內壁、去除鐵屑及焊接突起并做通徑試驗；水力密封試壓；外壁噴砂并作防腐處理（鍍鋁或涂敷）；打標識、存儲入庫；運至現場。

2.2.2 內襯不銹鋼管，不銹鋼短接頭，油、套管外加厚接頭，接箍及內置橡膠環生產工藝流程:（1）內襯不銹鋼管生產工藝流程。按尺寸下坯料→卷筒→使用氬弧焊焊接。（2）不銹鋼短接頭生產工藝流程:按尺寸下坯料→精車至尺寸→包裝入庫（3）外加厚接頭生產工藝流程:按尺寸下坯料→調質熱處理→精車內孔、外圓→熒光磁粉微裂紋探傷→焊接不銹鋼短接頭→焊縫熱處理→去焊接飛邊、整形→精車螺紋→檢驗→包裝入庫。（4）外加厚接箍生產工藝流程:按尺寸下坯料→調質熱處理→精車至尺寸→熒光磁粉微裂紋探傷→嵌入特制橡膠環→包裝入庫。

3 技術指標及實驗效果分析

本項目是通過對油管管體強度研究，通過計算選取適當材質替換API標準常用油管管體材質，將原鋼級油管接頭使用摩擦焊焊接至管體兩端，保持管端絲扣強度不變，適當調整管體強度，從而使管體與絲扣強度滿足等強度設計要求。按照API SPEC 5CT《套管和油管規范》技術標準

對使用摩擦焊接技術制造的油管按照GB228-87《金屬拉伸試驗標準》及GB3075-82《金屬疲勞試驗標準》進行靜拉伸破壞性實驗及疲勞拉伸破壞性試驗過程中，要求制造拉伸試件時將焊口部位置于拉伸試件的中心，在任一次試驗過程的所有樣件中，實驗結果應保證:試驗的所有樣件不在焊口部位及熱影響區范圍內發生斷裂現象。

靜水壓試驗指標

摩擦焊接技術從2000年開始被研究應用，其間我們對摩擦焊接焊縫進行了大量的機械性能試驗，總結出了切實可行的摩擦焊接工藝參數設計工程數學模型，通過該數學模型設計的焊接參數，我們先后分別試驗焊接成功了23/8"、27/8"和31/2"油管及不銹鋼與鋁合金的焊接，同時在國內首家將摩擦焊接技術應用到對舊油管進行性能加強性改制，通過摩擦焊接技術改制的舊油管在油田應用現場下井使用了10年多時間，焊接質量能夠保證油管井下使用要求，改制后的舊油管完全可以替代新油管在井下往復使用。通過10年多時間的技術積累和試驗成果，提出將摩擦焊接技術應用到新油管制造，是科學論證和技術發展的必然，該方案在技術上是可行的。

4 市場前景和經濟效益分析

摩擦焊在不銹鋼內襯油、套管中應用的技術優勢（將管體與腐蝕介質有效屏蔽隔離技術），優異的產品機械性能（與普通油、套管達到等強度，選用優質耐酸鋼和管體外壁鍍鋁技術作屏蔽），良好的產品質量（符合SY/T6194-2003《石油套管和油管》技術標準），合理的制造成本，在氣井油、套管及三元聚合物驅油管線使用中，一定會為油田進一步降低生產成本、提高經濟效益、為油田實現繼續穩產這一宏偉目標做出重大貢獻。

大慶油田對平式油管的需求量每年約在600萬米以上，從我廠對平式油管的制造方案的先進性來分析，油管整體機械系能與傳統油管一致，而價格成本得到較低，每米油管價格降低7元錢，如此計算，每年600萬米就可以為油田節約投資成本4200萬元，具有良好的市場競爭能力。同時，該項目也可為企業創造巨額的經濟效益。如果按照該項目市場占有額的50%計算，年可創產值一億八千萬元。

[1]劉政軍主編.不銹鋼焊接及質量控制[M].化學工業出版社，2008.

[2]秦國志.管道防腐技術（第2版）[M].化學工業出版社，2010.

[3]王洪光.特種焊接技術[M].化學工業出版社，2009.