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随着石油钻井技术的发展,钻井工作时间越来越长,钻杆的工作强度也相应增加。由于钻杆的工作工况恶劣复杂,在这种工况条件下钻杆极易被磨损破坏,特别是井内使用套管后,不仅要求钻杆耐磨带能够抵抗岩石的磨粒磨损,还要求耐磨带在与套管接触时能大大降低对套管的磨损,防止套管被磨穿。套管与钻杆的磨损问题越来越突出。研制降低套管磨耐的磨带堆焊材料逐渐成为耐磨带的开发方向。
本文根据石油钻井钻杆磨损机理分别研制了两种适于存在加护套管和裸井钻探的钻杆耐磨带堆焊药芯焊丝。对钻杆耐磨带堆焊药芯焊丝进行了系统的开发研究,通过一系列配方调整和工艺性能实验,研制出了可用于加护套管和裸眼井钻探的自保护堆焊药芯焊丝H1和H2。上述两种药芯焊丝焊接工艺性能良好,满足钻杆接头耐磨带制造的施焊条件和性能要求。对于H1,为了减少套管的磨损,要求堆焊层中熔敷金属组织为无碳化物的低碳板条状马氏体和少量残余奥氏体,平均堆焊层硬度可达到HRC60,堆焊层在MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损机上表现出良好的耐磨粒磨损性能;对于H2,试验根据目前用于裸井钻探耐磨带堆焊焊丝的优缺点,提出以硼化物代替碳化物,并系统的研究了硼元素对堆焊层性能的影响,试验证明,H2既具有良好的耐磨性又具有高的抗裂性,完全适用于裸眼井工况。
在2009年3月,所研制的H1在陕西榆林油田首次试用,与国外某著名耐磨带堆焊材料相比,H1在耐磨粒磨损的同时,能够显著降低对套管的损害,在使用过程中未出现脱落和掉块现象。