钻杆耐磨带脱落原因及解决方案
2023-01-03 14:22未知点击: 次
钻杆耐磨带脱落原因及解决方案
2021年7月胜利工程公司某钻井队在山西永和项目部发生钻杆耐磨带喷焊层脱落导致卡钻的事故，造成巨大损失。我公司技术人员随事故问题调查小组到现场进行勘察。最终确定事故主要原因是钻杆耐磨带脱落造成。钻杆耐磨带脱落原因分析如下所示：
1.1 钻杆耐磨带工艺缺陷
钻杆耐磨带粉末在上世纪90年代就开始使用，喷焊层脱落问题一直存在。脱落是喷焊中比较严重的缺陷之一；喷焊耐磨带由于易形成环状裂纹，在深井中由于地层温度高，导致本体与耐磨层变形不一致，钻井中耐磨带材料易发生脱落，损伤套管；同时也指出：喷焊合金粉末脱落的根本原因是由于喷焊层抗磨损主要依靠喷焊层中高碳高铬碳化物硬质相，而硬质相的存在又会对基体产生割裂作用，因此喷焊层外观表现为熔深浅，裂纹大，易脱落。
1.2 钻杆耐磨带未焊透
在井场发现部分钻杆耐磨带喷焊层脱落后可明显看到残留喷焊层如图1所示，这表明熔敷层未完全熔透母材，熔敷层结合力差，造成熔敷层脱落。经分析造成熔敷层未焊透主要原因有3点。
1. 钻杆接头表面残留钻杆耐磨带过厚（≥1mm）时，依据SYT 6948-2013标准要求，需去除残留熔敷层后进行再次喷焊，否则就会出现未焊透，发生敷焊层脱落现象。
2. 残留钻杆耐磨带层合金含量（属于高碳高铬合金）比钻杆本体高，熔点也高，因此采用相同的工艺参数在残留喷焊层上再次喷焊耐磨层时极易发生未熔透的现象，造成脱落；
喷焊合金粉末工艺的熔深约1mm左右，与MIG焊相比存在熔深浅结合力弱的缺陷，易发生敷焊层脱落现象。
1.3 钻杆耐磨带厚度过大结合力差
现场发现敷焊人员为提高钻具抗磨性能，采用增加熔敷层厚度的方法，导致喷焊层单边厚度大于5mm，甚至部分喷焊层单边厚度达到10mm（如图2）。这远远超过了SYT 6948-2013标准要求的耐磨带厚度3mm的范围。喷焊层厚度过大会加剧喷焊层与套管的撞击，发生脱落。
2 解决方法
针对钻杆耐磨带的脱落现象，我们建议从敷焊工艺、敷焊材料两方面对铁基喷焊层脱落问题进行分析解决。2.1 优化敷焊工艺
针对现场喷焊的不规范操作，我们对喷焊工艺进行了优化，具体方案如下：
1.敷焊层厚度要求符合标准3mm;
2.残留敷焊层厚度大于1mm时，不建议再次敷焊。或将残留层去除后再敷焊；
3.残留小于1mm再次敷焊时，喷焊电流电压增加10-20%。目的是增大热输入，加深熔池深度，使喷焊层焊透。
4.制定敷焊操作流程表。
采用以上方法后，钻杆耐磨带质量显著改善，但仍存在明显的环状裂纹。优化敷焊工艺能够有效的降低钻杆耐磨带的脱落现象，但仍无法彻底解决铁基喷焊层熔深浅，裂纹大易脱落的问题。
为彻底解决钻杆耐磨带脱落问题，再考虑现有设备及施工环境的现实情况下，我公司技术人员提供使用LOWARE-F 耐磨带材料。
钻杆耐磨带LOWARE-F 具有兼容性好，熔点低的特点。通过AL热自反应效果，能够显著增加钻杆耐磨带与接头的结合强度，彻底解决脱落问题。
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