专利名称：一种高抗硫井控设备及其焊接技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在石油、天然气钻探中使用的高抗硫井控设备及其焊接技术。
背景技术：
随着石油勘探的深入，越来越多含有硫化氢的油气井得以发现，硫化氢带来的腐蚀，会导致井控设备失效，从而给生产、安全带来诸多问题，造成数额巨大的经济损失及人员伤亡，带来极其不良的影响。而井控设备的内腔最容易受钻井过程中高浓度硫化氢等腐蚀介质的影响，被严重腐蚀，甚至造成本体的开裂和脆断，出现严重安全事故。故研制高抗硫的井控设备就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种高抗硫井控设备及其焊接技术，通过使用高抗硫材料的零配件；配合使用深孔内壁堆焊、单面焊双面成型焊接技术及异种材料焊接技术，来改善井控设备内腔的耐磨、耐腐蚀、耐高低温、高抗硫能力，以延长其使用寿命。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种高抗硫井控设备及其焊接技术；其中所述高抗硫井控设备，包含
升高短接、环形防喷器、双间板防喷器、四通、单间板防喷器及另一个四通，其自上而下依次连接构成了该井控设备的纵向通径；
还包含若干液动平板阀，分别设置在双间板防喷器或单间板防喷器，与其下方对应设置的四通的横向通径之间；
还包含若干组相连接的内放喷管线及手动平板阀，其中一些组合横向布置，与所述若干液动平板阀对应连接；另一些组合纵向布置，并与横向布置的组合对应连接，从而使所述两个四通的横向通径由该些内放喷管线及手动平板阀的组合连通；
其中，所述内放喷管线，进一步包含在两端相对设置的两个焊接法兰体，以及在所述两个焊接法兰体之间与之对接的管体；所述焊接法兰体由中碳调质钢制成；所述管体是镍基合金菅。所述焊接法兰体的内壁，通过深孔内壁堆焊形成了一定厚度的高镍基成分合金； 所述管体，是通过单面焊双面成型焊接技术以及异种材料焊接技术，形成其与所述两个焊接法兰体的对接。所述井控设备的若干部件上，会与腐蚀性介质接触的内壁位置，分别通过深孔内壁堆焊形成了一定厚度的高镍基成分合金；所述若干部件包含升高短接、环形防喷器、双闸板防喷器、若干四通、单间板防喷器、若干液动平板阀及若干手动平板阀。所述井控设备的相邻部件之间，使用了 825不锈钢或类似的高抗硫材料制成的垫环；并在设备内部使用了氢化丁腈橡胶或类似的高抗硫材料制成的橡胶密封件。所述井控设备的相邻部件，由若干连接螺栓和连接螺母来固定连接；其中，所述连接螺栓为经过热处理的低硬度高强度螺栓，其表面还有镍磷镀层。
所述高抗硫井控设备的焊接技术中，对于其中内放喷管线的焊接方法，包含以下步骤
步骤1、对位于内放喷管线两端、由中碳调质钢制成的焊接法兰体的内壁，分别通过深孔内壁堆焊形成一定厚度的高镍基成分合金；
步骤2、配合使用单面焊双面成型焊接技术以及异种材料焊接技术，来实现对两端中碳调质钢的所述焊接法兰体，与中间镍基合金的所述管体的对接焊。步骤1进一步包含
步骤1.1、对所述焊接法兰体粗加工后调质处理，再进行焊前机加工处理； 步骤1. 2、焊前编制焊接工艺评定记录(PQR)、焊接工艺规定(WPS)以及相应的焊接工艺，以确保焊接质量；
步骤1.3、将高镍基成分合金焊丝用全自动TIG热丝堆焊设备，在高纯度氩气、特定电压及特定电流的环境下，在所述焊接法兰体的内壁堆焊一定厚度；优选的，堆焊是在 15 20V电压及180140A电流的环境下进行；
步骤1.4、利用特定刀具，加工焊接法兰体的内壁及垫环槽，并使加工后的焊层厚度符合相关的抗硫规范，并达到设计尺寸及光洁度；
步骤1. 5、内腔表面通过无损检测(PT)，若有缺陷则在补焊后重新机加工。步骤2进一步包含
步骤2. 1、将加工好坡口的焊接法兰体与管体配对，进行对接焊准备； 步骤2. 2、采用全手工氩弧焊，在基层焊缝先用第一镍基成分的焊条打底；填充层采用第二镍基成分的焊条；最后盖面层采用第三镍基成分的焊条进行；
优选的，分别在基层采用inc0ne1625焊条、填充层采用inc0ne1718焊条、盖面层采用 inconel718焊条进行焊接；
步骤2. 3、使各焊层完全溶合，在无损检测合格后，机加工到设计尺寸及光洁度，使内壁符合相关的抗硫规范。与现有技术相比，本发明所述的井控设备及其焊接技术，其优点在于本发明通过使用高抗硫材料的垫环、橡胶密封件及连接螺栓等零配件，并配合使用了深孔内壁堆焊、 单面焊双面成型及异种材料焊接技术，有效提高了井控设备整体的抗硫能力，且有效改善井控设备内腔的耐磨、耐腐蚀、耐高低温、高抗硫能力；无裂纹、夹渣、气孔等缺陷，使用寿命长；综合本体材料的化学成分，优化其力学性能。
图1为本发明所述高抗硫井控设备的部件连接示意图； 图2为本发明中内放喷管线的结构及焊接示意图3为图2的施工步骤图一； 图4为图2的施工步骤图二； 图5为图2的施工步骤图三。
具体实施例方式以下结合
本发明的具体实施方式
。
如图1所示，本发明所述高抗硫井控设备中的主要部件，包含升高短接1、环形防喷器2、双闸板防喷器4、四通5、单闸板防喷器6及另一个四通5，其自上而下依次连接构成了该井控设备的纵向通径。若干液动平板阀7分别设置在双间板防喷器4或单间板防喷器 6，与其下方对应设置的四通5的横向通径之间。还设置了若干组相连接的内放喷管线8及手动平板阀9，其中一些组合横向布置，与所述若干液动平板阀7对应连接；另一些组合纵向布置，并与横向布置的组合对应连接，从而使所述两个四通5的横向通径由该内放喷管线8及手动平板阀9的组合连通。上述若干部件中会与腐蚀性井液接触的位置，均通过深孔内壁堆焊技术，堆焊形成了一定厚度的高镍基成分合金，以增加其内壁的耐磨、耐腐蚀、 耐高低温及高抗硫能力。为提高设备的抗硫能力，还在所述井控设备的相邻部件之间，使用了 825不锈钢制成的垫环3，并在设备内部使用了氢化丁腈橡胶或类似的高抗硫材料制成的橡胶密封件。 并且，相邻的部件由若干连接螺栓10和连接螺母11来固定连接；其中，所述连接螺栓10 为经过热处理的低硬度高强度螺栓，使其在调质ΗΒ21(Γ235后，材料性能达到抗拉强度彡690Mpa、屈服强度彡550Mpa、伸缩率彡50%、延伸率彡18% ；并最终在所述连接螺栓10表面进行镀镍磷处理。另外，所述内放喷管线8是由两端相对设置的两个焊接法兰体81，与中间的管体 82焊接形成。所述焊接法兰体81是中碳调质钢材料，其内壁也使用上述深孔内壁堆焊技术，堆焊了一定厚度的高镍基成分合金，以满足相关的抗硫规范。所述管体82是镍基合金管，其与所述两个焊接法兰体81的对接，配合使用了单面焊双面成型焊接技术以及异种材料焊接技术来实现。配合参见图2到图5所示，以下介绍本发明对于上述内放喷管线8的焊接方法。步骤1、如图2中100位置所示，对内放喷管线8的焊接法兰体81进行的深孔内壁堆焊技术，进一步由以下步骤实现
步骤1. 1、所述焊接法兰体81粗加工后调质处理，然后再进行焊前机加工处理(参见图
3)；
步骤1. 2、焊前编制焊接工艺评定记录(PQR)、焊接工艺规定(WPS)以及相应的焊接工艺，以保证焊接质量；
步骤1. 3、将高镍基成分合金焊丝用全自动TIG热丝堆焊设备，在高纯度氩气、特定电压及电流环境下(优选例为15 20V电压、18(Γ240Α电流的环境下)，堆焊于焊接法兰体81内腔一定厚度，以保证加工后镍基材料的性能(参见图4)；
步骤1. 4、用特定刀具，加工焊接法兰体81的内壁及垫环槽，且保证加工后，使焊层厚度符合API 6A等相关规范，并达到设计尺寸及光洁度；
步骤1. 5、内腔表面通过无损检测(PT)，若有缺陷则补焊后重新机加工。步骤2、如图2中200位置所示，对中碳调质钢的焊接法兰体81与镍基合金的管体82的对接，配合使用了单面焊双面成型焊接技术以及异种材料焊接技术，进一步由以下步骤实现
步骤2.1、如图2所示，将加工好坡口的焊接法兰体81 (参见图4)与管体82 (参见图 5)配对，进行对接焊准备；
步骤2. 2、采用全手工氩弧焊，基层焊缝先用第一镍基成分的焊条打底，以控制!^e的稀释率，提高焊接质量；填充层采用第二镍基成分的焊条；最后盖面层采用第三镍基成分的焊条进行，从而提高材料的强度等级；
优选的，可以在基层采用inc0ne1625焊条、填充层采用inc0ne1718焊条、盖面层采用 inconel718 焊条；
步骤2. 3、使各焊层完全溶合，在无损检测合格后，机加工到设计尺寸及光洁度，使内壁符合API 6A等相关抗硫规范。所述井控设备中，除该内放喷管线8以外，例如图1标号广5、6、7、9所示的其他若干部件上，会与腐蚀性井液接触的位置，也通过上述深孔内壁堆焊技术，堆焊形成了一定厚度的高镍基成分合金，来增加其内壁的耐磨、耐腐蚀、耐高低温及高抗硫能力。因此，本发明所述的井控设备，通过使用高抗硫材料的垫环、橡胶密封件及连接螺栓等零配件，并配合使用了深孔内壁堆焊、单面焊双面成型及异种材料焊接技术，有效提高了井控设备整体的抗硫能力，且有效改善井控设备内腔的耐磨、耐腐蚀、耐高低温、高抗硫能力；无裂纹、夹渣、气孔等缺陷，使用寿命长；综合本体材料的化学成分，优化其力学性能。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种高抗硫井控设备，其特征在于，包含升高短接(1)、环形防喷器(2)、双闸板防喷器(4)、四通(5)、单闸板防喷器(6)及另一个四通(5)，其自上而下依次连接构成了该井控设备的纵向通径；还包含若干液动平板阀(7)，分别设置在双闸板防喷器(4)或单闸板防喷器(6)，与其下方对应设置的四通(5)的横向通径之间；还包含若干组相连接的内放喷管线(8)及手动平板阀(9)，其中一些组合横向布置，与所述若干液动平板阀(7)对应连接；另一些组合纵向布置，并与横向布置的组合对应连接， 从而使所述两个四通(5)的横向通径由该些内放喷管线(8)及手动平板阀(9)的组合连通； 其中，所述内放喷管线(8)，进一步包含在两端相对设置的两个焊接法兰体(81)，以及在所述两个焊接法兰体(81)之间与之对接的管体(82)；所述焊接法兰体(81)由中碳调质钢制成；所述管体(82)是镍基合金管。
2.如权利要求1所述高抗硫井控设备，其特征在于，所述焊接法兰体(81)的内壁，通过深孔内壁堆焊形成了一定厚度的高镍基成分合金； 所述管体(82)，是通过单面焊双面成型焊接技术以及异种材料焊接技术，实现其与所述两个焊接法兰体(81)的对接。
3.如权利要求1所述高抗硫井控设备，其特征在于，所述井控设备的若干部件上，会与腐蚀性介质接触的内壁位置，分别通过深孔内壁堆焊形成了一定厚度的高镍基成分合金；所述若干部件包含升高短接(1)、环形防喷器(2)、 双闸板防喷器(4)、若干四通(5)、单闸板防喷器(6)、若干液动平板阀(7)及若干手动平板阀(9)。
4.如权利要求1所述高抗硫井控设备，其特征在于，所述井控设备的相邻部件之间，使用了 825不锈钢或类似的高抗硫材料制成的垫环 (3 )；并在设备内部使用了氢化丁腈橡胶或类似的高抗硫材料制成的橡胶密封件。
5.如权利要求1所述高抗硫井控设备，其特征在于，所述井控设备的相邻部件，由若干连接螺栓(10)和连接螺母(11)来固定连接；其中， 所述连接螺栓(10)为经过热处理的低硬度高强度螺栓，其表面还有镍磷镀层。
6.一种高抗硫井控设备的焊接技术，其特征在于，对于其中内放喷管线(8)的焊接方法，包含以下步骤步骤1、对位于内放喷管线(8)两端、由中碳调质钢制成的焊接法兰体(81)的内壁，分别通过深孔内壁堆焊形成一定厚度的高镍基成分合金；步骤2、配合使用单面焊双面成型焊接技术以及异种材料焊接技术，来实现对两端中碳调质钢的所述焊接法兰体(81)，与中间镍基合金的所述管体(82)的对接焊。
7.如权利要求6所述高抗硫井控设备的焊接技术，其特征在于，步骤1进一步包含 步骤1. 1、对所述焊接法兰体(81)粗加工后调质处理，再进行焊前机加工处理； 步骤1. 2、焊前编制焊接工艺评定记录、焊接工艺规定以及相应的焊接工艺；步骤1. 3、将高镍基成分合金焊丝用全自动TIG热丝堆焊设备，在高纯度氩气、特定电压及特定电流的环境下，在所述焊接法兰体(81)的内壁堆焊一定厚度；步骤1.4、利用特定刀具，加工焊接法兰体(81)的内壁及垫环槽，并使加工后的焊层厚度符合相关的抗硫规范，并达到设计尺寸及光洁度；步骤1. 5、内腔表面通过无损检测，若有缺陷则在补焊后重新机加工。
8.如权利要求7所述高抗硫井控设备的焊接技术，其特征在于， 步骤1. 3中，堆焊是在15 20V电压及180140A电流的环境下进行。
9.如权利要求6所述高抗硫井控设备的焊接技术，其特征在于，步骤2. 1、将加工好坡口的焊接法兰体(81)与管体(82)配对，进行对接焊准备； 步骤2. 2、采用全手工氩弧焊，在基层焊缝先用第一镍基成分的焊条打底；填充层采用第二镍基成分的焊条；最后盖面层采用第三镍基成分的焊条进行；步骤2. 3、使各焊层完全溶合，在无损检测合格后，机加工到设计尺寸及光洁度，使内壁符合相关的抗硫规范。
10.如权利要求9所述高抗硫井控设备的焊接技术，其特征在于，步骤2. 2中，分别在基层采用inc0ne1625焊条、填充层采用inc0ne1718焊条、盖面层采用inc0ne1718焊条进行焊接。
全文摘要
本发明涉及一种高抗硫井控设备及其焊接技术，其中内放喷管线包含在两端相对设置的两个焊接法兰体，以及在所述两个焊接法兰体之间与之对接的管体；在由中碳调质钢制成的所述焊接法兰体的内壁，分别通过深孔内壁堆焊形成一定厚度的高镍基成分合金；配合使用单面焊双面成型以及异种材料焊接技术，来实现两端中碳调质钢的所述焊接法兰体，与中间镍基合金的所述管体的对接焊。本发明通过使用高抗硫材料的垫环、橡胶密封件及连接螺栓等零配件，并配合使用了深孔内壁堆焊、单面焊双面成型焊接技术及异种材料焊接技术，有效提高了井控设备整体的抗硫能力，且有效改善井控设备内腔的耐磨、耐腐蚀、耐高低温、高抗硫能力；无裂纹、夹渣、气孔等缺陷，使用寿命长；综合本体材料的化学成分，优化其力学性能。
文档编号B23K9/16GK102261235SQ201110210110
公开日2011年11月30日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者余建华, 姚胥源, 尹恩来 申请人:上海神开石油化工装备股份有限公司, 上海神开石油设备有限公司