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連續(xù)油管是一種看似結(jié)構(gòu)簡單，但工作方式獨特，性能要求很高的焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。其工作特點是在復(fù)雜的載荷和疲勞循環(huán)條件下，下入到油氣井中進行作業(yè)，由于作業(yè)風險較大，連續(xù)管引發(fā)的任何事故都將造成重大的經(jīng)濟損失，甚至?xí)?dǎo)致井毀。
管―管對接焊是連續(xù)管作業(yè)關(guān)鍵
連續(xù)管的性能和質(zhì)量是實現(xiàn)連續(xù)管作業(yè)的關(guān)鍵。回顧世界連續(xù)管技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展歷史，在20世紀70年代，由于連續(xù)管焊接區(qū)域的性能低于管體的綜合性能，而導(dǎo)致連續(xù)管技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用在此期間處于低谷和中斷狀態(tài)。即使在連續(xù)管應(yīng)用已被譽為“萬能作業(yè)”設(shè)備的今天，在現(xiàn)在已應(yīng)用的連續(xù)管中，管體焊縫特別是連續(xù)管管―管對接焊的焊縫，仍然是影響連續(xù)管性能發(fā)揮的重要因素。
現(xiàn)場作業(yè)中，管―管對接焊是連續(xù)管作業(yè)技術(shù)中不可或缺的一項內(nèi)容。根據(jù)國內(nèi)外連續(xù)管管―管對接焊的經(jīng)驗，要想獲得有質(zhì)量保障的連續(xù)管對接焊焊接接頭，需要具備4個基礎(chǔ)條件：適用的焊接設(shè)備和工裝設(shè)備；經(jīng)過培訓(xùn)技術(shù)熟練的焊接技師；經(jīng)過評定且性能穩(wěn)定的焊接工藝規(guī)范；嚴格按焊接規(guī)范執(zhí)行的操作規(guī)程。
本文就CNPC“十一五“重點項目《連續(xù)管管－管對接焊技術(shù)研究》專題中，有關(guān)焊接設(shè)備和工裝設(shè)備，以及相關(guān)工藝和應(yīng)用情況給與介紹。
連續(xù)管現(xiàn)場焊接的特點 相對于工廠和實驗室的焊接，連續(xù)管的現(xiàn)場焊接主要具有以下特點：現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境相對較差，多屬于室外作業(yè)，焊接操作和焊接質(zhì)量易于受到溫度、風、雨等氣象條件的影響；釋放后的連續(xù)管呈彎曲、橢圓狀態(tài)，影響被焊連續(xù)管組對的精度和拘束應(yīng)力狀態(tài)；受連續(xù)管長度、纏繞、彎曲等因素的限制，連續(xù)管的對接焊只能采用管體固定、焊槍圍繞管體運動的全位置焊接方式進行；連續(xù)管的現(xiàn)場焊接質(zhì)量調(diào)控手段有限，相對于工廠和實驗室的焊接，無法實現(xiàn)焊縫碾壓和整管熱處理等質(zhì)量調(diào)控措施。
連續(xù)管現(xiàn)場焊接方法和工藝流程 連續(xù)管現(xiàn)場管―管對接焊方法采用外部填絲的全位置、手工鎢極氬弧焊，或全位置、自動鎢極氬弧焊。現(xiàn)場施工必須具備針對管材和規(guī)格尺寸、經(jīng)過評定且性能穩(wěn)定的焊接工藝規(guī)范，以及經(jīng)過培訓(xùn)技術(shù)熟練的焊接技師。
連續(xù)管現(xiàn)場管―管對接焊基本施工工藝流程如下：檢測―切管―校直―整圓―開坡口―焊前清理―通內(nèi)保護氣―組對―焊接―敲擊消應(yīng)力處理―電弧熱處理―保溫―外形修整―無損檢測―打壓試驗―卷管作業(yè)。其中電弧熱處理和保溫兩項的應(yīng)用與否，將依據(jù)不同材質(zhì)所制定的焊接工藝規(guī)范來確定。所有工序步驟必須嚴格按有關(guān)標準和操作規(guī)范進行。
連續(xù)管現(xiàn)場焊接專用工具和設(shè)備
除焊接設(shè)備、無損檢測設(shè)備、以及常規(guī)工具外，連續(xù)管現(xiàn)場管―管對接焊的配套裝備主要有連續(xù)管現(xiàn)場校直裝置、連續(xù)管現(xiàn)場管端整圓裝置、連續(xù)管現(xiàn)場管端坡口加工裝置、連續(xù)管現(xiàn)場管―管對中裝置及工作臺、連續(xù)管焊接熱影響區(qū)冷卻裝置、現(xiàn)場環(huán)境保護裝備等六個部分。部分裝置實物照片見圖1。
連續(xù)管現(xiàn)場校直裝置 連續(xù)管現(xiàn)場校直裝置由主機、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及不同規(guī)格尺寸的靠模組成。通過三點彎曲實現(xiàn)連續(xù)管管體的校直。
連續(xù)管現(xiàn)場管端整圓裝置 連續(xù)管現(xiàn)場管端整圓裝置由電動脹管器、電動控制儀及不同規(guī)格尺寸的脹管頭組成。安裝在電動脹管器上的脹管頭在電動控制儀的控制下旋轉(zhuǎn)推進，對擬焊接的連續(xù)管管端部位進行整圓，實現(xiàn)管體對接組隊的尺寸精度要求。
連續(xù)管現(xiàn)場管端坡口加工裝置 連續(xù)管現(xiàn)場管端坡口加工裝置是一臺電動內(nèi)脹式管體坡口加工機。配備相應(yīng)刀具，可完成多種規(guī)格形狀的焊接坡口加工；采用內(nèi)脹式定心，加工精度較高。
連續(xù)管現(xiàn)場管―管對中裝置及工作臺 連續(xù)管現(xiàn)場管―管對中裝置及工作臺由升降式液壓平臺車、十字滑動平臺、V型虎鉗、及對中調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。十字滑動平臺、V型虎鉗依次安置在升降式液壓平臺車上，擬焊接的連續(xù)管夾持在V型虎鉗上，通過升降式液壓平臺車的上下移動，十字滑動平臺的前后、左右移動，以及V型虎鉗的旋轉(zhuǎn)、傾角調(diào)整，實現(xiàn)焊口的對中組裝，以及焊前整圓、坡口加工的管體夾持固定。
連續(xù)管焊接熱影響區(qū)冷卻裝置 連續(xù)管焊接熱影響區(qū)冷卻裝置由進排水系統(tǒng)和不同規(guī)格尺寸的銅水冷卻塊組成。進排水系統(tǒng)由具有一定揚程和流量的微型水泵及管線組成，向焊接熱影響區(qū)銅水冷卻塊提供冷卻循環(huán)水；銅水冷卻塊根據(jù)焊接工藝規(guī)范安裝在焊縫兩側(cè)的焊接熱影響區(qū)，調(diào)節(jié)焊接熱影響區(qū)的溫度及溫度場分布，達到減小軟化區(qū)寬度，調(diào)節(jié)組織的目的。
現(xiàn)場環(huán)境保護裝備 現(xiàn)場環(huán)境保護裝備主要由施工帳篷、管體加熱帶等組成。用于滿足現(xiàn)場焊接的施工條件。
連續(xù)管焊接技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用情況
自2009年起，針對不同類型的實際作業(yè)用連續(xù)管，該技術(shù)和裝備在江漢機械研究所、遼河油田、青海油田、新疆塔里木油田進行了多次的連續(xù)管現(xiàn)場管—管焊接應(yīng)用，獲得了質(zhì)量優(yōu)良的焊接接頭，解決了油田生產(chǎn)中的技術(shù)難題，取得了良好的效果。從現(xiàn)場反饋的信息，所焊連續(xù)管經(jīng)過多次井下作業(yè)，至今仍發(fā)揮著重要的作用。
2011年，該技術(shù)和裝備通過CNPC連續(xù)管技術(shù)中心開始向油田推廣。圖2、圖3是部分現(xiàn)場焊接施工的實物照片。
通過嚴格的焊接工藝評定、反復(fù)驗證、現(xiàn)場試驗和應(yīng)用，證明針對規(guī)格為1 1/4″～2″，鋼級為CT70―HS90的連續(xù)管研究開發(fā)的連續(xù)管現(xiàn)場管—管對接焊焊接工藝以及配套工藝裝備，在現(xiàn)場應(yīng)用效果上完全可以滿足生產(chǎn)實際的需要。焊接接頭的指標達到API 1104、API SPEC 5ST等檢驗標準和要求。以下是中國石油天然氣集團公司石油管力學(xué)和環(huán)境行為重點實驗室，于2011年1月6日對塔里木油田Ф50.8×5.18mm HS90連續(xù)管環(huán)焊縫性能檢測報告的結(jié)論：
對送檢的帶環(huán)焊縫Ф50.8×5.18mm HS90連續(xù)管試樣的幾何尺寸、金相組織、實物拉伸性能和模擬工況酸化腐蝕檢測評價：送檢的帶環(huán)焊縫Ф50.8×5.18mm HS90連續(xù)管試樣的幾何尺寸符合API SPEC 5ST要求；對送檢的帶環(huán)焊縫Ф50.8×5.18mm HS90連續(xù)管實物拉伸試驗中，試樣斷于環(huán)焊縫，斷裂載荷滿足API SPEC 5ST要求；根據(jù)SY5405-96 土酸酸化緩蝕劑試驗方法及評價指標標準，對HS90連續(xù)管母材和焊縫進行模擬試驗，TG201緩蝕劑加量為2.1%，腐蝕速率分別為2.26 g/(m2·h)和1.77g/(m2·h)，緩蝕效果達到一級標準要求。
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