【论文摘要】针对目前采用35CrMo合金结构钢调质处理制作套管段铣器调压杆不耐高压钻井液冲蚀，易造成套管开窗重复作业的问题，研制了采用无压浸渍焊接工艺方法在制件表面浸焊一层碳化钨胎体的新型调压杆。胎体以W2C+WC+Ni为骨架粉末，以CuNiMnZn为粘结金属，表层厚度1.5mm，硬度35～45HRC，耐冲蚀性能较好。现场对比应用表明，原使用调质钢调压杆进行套管开窗作业，约有27.8%的井需重复作业，采用浸焊调压杆进行22口井的开窗作业，均一次开窗成功，取得了良好的效益。
Improvement of technology for pressure-adjusting rod on casing section mill
Ding Shiqing
(Drilling Technology Research Institute, Shengli Petroleum Administration, Dongying City, Shandong Province)
Dai Jinling, Ji Hongzhang
35CrMo pressure adjusting rod on casing section mills fails at high pressure and under the action of mud erosion, resulting in repeated window cutting. A tungsten carbide coat is covered on the rod surface by using the dip soldering technology. Taking W2C+WC+Ni as carcass powder and CuNiMnZn as matrix metal, the coat has good erosion resistance with a surface layer thickness of 1.5mm and a harness of 35～45HRC. The casing section mill with the dip soldered pressure adjusting rod was used in 22 wells, and every window cutting operation were carried out once.
Subject Concept Terms casing section mill pressure adjusting rod machining technology
前言
随着油田开发后期的到来，在已报废的老井眼中开窗侧钻定向井、水平井是提高油气采收率较经济有效的途径。在套管内开窗，国外已广泛采用段铣工艺，国内也研制成功段铣器并在逐步推广应用。段铣器内活塞喷嘴中的调压杆，一般采用经调质处理的合金结构钢(35CrMo)制作。段铣器在井下切割套管的初始阶段，利用钻井液流经活塞喷嘴形成的压力降推动活塞下行, 并克服弹簧反力支撑刀片外张而切割套管。当套管被切断后，刀片达到最大外张位置，活塞也下行到极限位置，调压杆从喷嘴中相对移出，泵压下降2MPa左右，证明套管已被切断（切割时间一般为15～50min），这时可加压正常磨铣套管。由于段铣器利用活塞喷嘴压降推动活塞下行并克服弹簧反力支撑刀片外张所需的钻井液排量为6～9L/s（TDX—140型）和10～15L/s（TDX—178型），喷嘴中的钢质调压杆受到高压钻井液的冲蚀。在切割速度较快的情况下，1根调压杆可完成一口井的套管切断作业；若遇井下情况复杂或刀片受损伤等情况使切割时间加长，在套管尚未被切断的情况下，调压杆被严重冲蚀甚至被刺坏，引起泵压下降，这时可能误判为套管已被切断并加压正常磨铣套管，造成套管“扒皮”现象，以致必须进行套管开窗的重复作业。这给套管段铣作业工序的转换造成判断的困难，并提高开窗侧钻的成本。因此，研制一种耐冲蚀的调压杆，避免套管开窗作业中因调压杆质量问题而出现上述弊端具有一定的现实意义。
工艺方法
目前国产TDX—140型和TDX—178型套管段铣器调压杆的尺寸分别为
10mm×118mm和13.8mm×142mm，属细长件。通常，硬质合金制件的耐冲蚀性能可以满足使用要求，但工件成型密度的均匀性难以保证，且烧结变形（弯曲）问题不可避免。为此，笔者采用无压浸渍焊接工艺方法在制件表面浸焊一层碳化钨胎体（见图1），以改善工件的耐冲蚀性能。
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图1 调压杆结构示意图
无压浸渍焊接工艺是将钢体与骨架粉末（耐磨材料）、粘结金属、助熔剂等置于特定形状的石墨模具内，高温下熔化的粘结金属在毛细作用下填充骨架粉末的气孔完成浸焊过程。冷却后的胎体具有一定的物理机械性能并与钢体牢固结合。因浸渍过程始终伴随排气过程，排气不好，浸渍将无法进行，因此必须为浸渍过程提供一个良好的排气条件，这是调压杆研制应注意的首要问题。
由于调压杆细长且上下由钢体和胎体两部分组成，表面胎体层厚仅1.5mm，有的异形调压杆形状又较复杂（见图2），给无压浸渍焊接工艺带来诸多不利因素。 |
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图2 异形调压杆结构示意图
通过对钢体和石墨模具结构采取特殊设计，解决了钢体在石墨模具内的定位问题，从而避免了在高温烧结过程中钢体与石墨接触使钢体渗碳以及由于两者线膨胀系数的较大差异使石墨模具胀裂等弊端，并为烧结过程提供了一个较好的浸焊条件，保证了工件的浸焊接合质量。为了提高制件表面胎体层的耐冲蚀性能，选择以W2C+WC+Ni为骨架粉末和以CuNiMnZn为粘结金属的胎体组分，烧结后的胎体硬度为35～45HRC，可适应现场需要。
制件经磨削加工后使用，也可采用高质量的石墨模具免去磨加工工序。
现场应用效果
1997～1998年，采用钢质调压杆的段铣器在胜利油田18口井的套管段铣作业中，有5口井因调压杆质量问题造成开窗重复作业，占施工井总数的27.8%。若以2000m的井起下钻一次需一天的井队消耗费用为2万元计，将损失修井费用10万元，并造成人力、物力、时间的浪费。1999年1～8月，采用表面浸焊一层碳化钨胎体调压杆的段铣器，在胜利油田22口井的套管开窗作业中均一次开窗成功。现场使用表明，表面浸焊一层碳化钨胎体的调压杆能满足一口井套管段铣的要求，使套管段铣作业中可大胆地进行由切割到磨铣的工序转换，完全避免了因调压杆质量问题而造成套管开窗的重复作业。
结论
(1)采用无压浸渍焊接工艺方法制作套管段铣器调压杆的尝试是成功的，为提高石油机械易冲蚀件的寿命提供了新方法。
(2)表面浸焊一层碳化钨胎体的套管段铣器调压杆可满足现场使用要求，为完善套管段铣工艺、降低套管开窗侧钻成本收到了良好的效益。
丁世清,助理工程师,生于1965年毕业于胜利石油学校钻井专业,1996年毕业于石油大学(函授)矿场机械专业,现从事石油钻头研制工作.
丁世清（胜利石油管理局钻井工艺研究院）
戴金岭（胜利石油管理局钻井工艺研究院）
吉洪章（胜利石油管理局钻井工艺研究院） |
