摩擦焊石油钻杆节能工程项目可行性研究报告书Word文件下载.docx
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表1.8-1可生产的钻杆规格
规格外径
名义重量
计算重量
钢级
壁厚
加厚形式
（见注）
in
mm
Lb/ft
kg/m
23/8
60．3
6．55
6．26
9．32
E，X，G，S
0．280
7．11
EU
27/8
73．0
10．4
9．72
14．48
0．362
9．19
EU、IU
31/2
88．9
9．50
8．81
13．12
E
0．254
6．45
13．30
12．31
18．34
0．368
9．35
15．50
14．63
21．79
0．449
11．40
X，G，S
EU、IEU
4
101．6
14．00
12．93
19．26
0．330
8．38
41/2
114．3
13．75
12．24
18．23
0．271
6．88
16．60
14．98
22．31
0．337
8．56
20．00
18．69
27．84
0．430
10．92
5
127．0
16．25
14．87
22．15
0．296
7．52
IU
19．50
17．93
26．71
IEU
25．60
24．03
35．79
0．500
12．70
51/2
139．7
21．90
19．81
29．51
0．361
9．17
24．70
22．54
33．57
0．415
10．54
注：
EU-外加厚；
IU-内加厚；
IEU-内外加厚。
表1.8-2可生产的加重钻杆规格
in.
1.9研究结论
（1）通过本次研究，山东##石油装备有限公司建设钻杆摩擦焊（含热处理）节能生产线及辅助设备。
解决目前钻杆摩擦焊生产线存在的产品品种不齐全、生产效率低、设备故障停机率高、加工精度低、焊接一次合格率低等问题，满足国内外油田高质量钻杆的需求。
（2）项目概算总投资6904万元，其中建设投资4833万元，辅底流动资金2000万元，其他投资71万元。
税前内部收益率166.31%，税后内部收益率120.06%，税前投资回收期1.80年，税后投资回收期2.16年，项目在经济上可行。
各项目见表1.7-1。
表1.7-1项目投资算汇总表
编号
项目
单位
数量
一
固定资产投资
万元
4833
（一）
设备部分
2683
（二）
土建部分（征地103亩，土建3万m2）
2150
二
辅底流动资金
2000
三
其他投资
71
四
工程总投资
6904
通过研究，本项目在技术上是可行的，项目采用的技术成熟、可靠，技术风险小，项目的经济效益良好，经济风险小，综合考虑，项目可行。
2钻杆生产的市场前景
2.1摩擦焊技术的简介及主要优点
利用摩擦热焊接起源于一百多年前，此后经半个多世纪的研究发展，摩擦焊技术才逐渐成熟起来，并进入推广应用阶段。
自从上世纪五十年代摩擦焊真正焊出合格焊接接头以来，就以其优质、高效、低耗环保的突出优点受到所有工业强国的重视。
我国的摩擦焊研究始于1957年，是世界上最早开展摩擦焊研究的几个国家之一，取得了很多引人注目的成果。
摩擦焊与其它焊接技术相比，它有以下主要优点：
（1）质量稳定。
焊接过程自动化，参数设定后容易监控，重复性好，不依赖于操作人员的技术水平和工作态度。
焊接过程属固相热压焊，接头为锻造组织，焊缝基本不出现气孔、偏析和夹杂等铸造组织的结晶缺陷，焊接接头强度远大于熔焊、钎焊的强度；
（2）效率高。
对焊件准备通常要求不高，焊接设备容易自动化，可在流水线上生产，每件焊接时间以秒计，一般只需几秒至几十秒。
（3）节能、节材、低耗。
所需功率仅及传统焊接工艺的1/5~1/15，不需焊条、焊剂、钎料、保护气体，不需填加金属，也不需消耗电极；
（4）环保，污染小。
焊接过程基本不产生烟尘或有害气体，不产生飞溅，没有孤光和火花。
2.2钻杆生产的现状及市场前景
石油钻杆是石油钻井所需的重要生产物资，需求数量大，价格昂贵，更新较快。
钻杆的生产随着技术进步发生了很大的变化，由初期的有细扣钻杆发展为接头与管体闪光对焊以至近来的摩擦对焊。
钻杆摩擦对焊相对于传统的技术由于效率高和质量比较稳定等诸多优点，迅速在世界范围内得到推广。
钻杆摩擦对焊工艺是利用外力使两个工件（钻杆的管体和接头）接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生热量，在接触面及其附近金属达到粘塑性状态并产生适当的宏观变形，在两侧材料动态再结晶的同时通过顶锻焊接达到两个工件分子间结合的固态连接方法。
目前，国内外的石油钻杆95%以上采用摩擦焊技术，国内外钻杆摩擦焊机主要有两种，一种是惯性摩擦焊机；
一种是连续驱动摩擦焊机。
由于惯性摩擦焊控制的参数少，焊接的质量稳定性更高，国内外钻杆生产商均采用惯性摩擦焊加焊后退火+淬火+回火的热处理工艺。
近几年来，高油价带来的石油开发热潮使包括钻杆在内的石油装备、工具供应异常紧张，国内外市场需求很旺盛。
2005年以来，石油钻杆资源严重匮乏，价格节节攀升，现有产能跟不上市场需求。
钻杆是钻井作业中必不可少的重要工具，具有用量大、投入资金多、消耗量大的特点。
国内外油田钻井每年由于接头外径磨小或因重复修螺纹使接头缩短而需要更新的钻杆达30余万吨。
另外，新的钻井队伍如雨后春笋般增加，每年需新增钻杆约20万吨左右；
因而，钻杆的修复和制造具有十分广阔的前景。
3钻杆摩擦焊生产线现状及存在的问题
3.1山东省华东石油管材钻具现有钻杆摩擦焊生产线现状
在2006年，华东公司从长春焊接设备厂购进了一台125t摩擦焊机，用于除进行旧钻杆的修复外，开始了新钻杆的试生产。
2007年，为了规范钻杆的修复和制造，华东建立了钻杆摩擦焊质量管理体系，开展了API认证工作。
目前，华东公司生产的钻杆在国内外油田钻井市场上得到了广泛应用。
生产线每天可以修复、生产￠钻杆30根左右，年生产能力仅有1600吨。
现有钻杆摩擦焊生产设施现状见表3.1-1。
表3.1-1现有钻杆摩擦焊生产设施现状表
序号
设备名称
生产厂家
备注
主要设备
1
摩擦焊机组125T
1套
长春焊接设备厂
2
形变热处理装置
3
回火装置
西安海翔
普通管螺纹车床
2台
上海机床厂
弯曲试验机
1台
无锡大力
6
耐磨带喷焊机
国产
7
内圆手动修磨机
8
钻具综合检测仪EZW-P
美国
9
磁粉探伤仪
10
超声波探伤仪
11
便携式硬度仪
辅助设备
焊接区辊道、托辊、台架
自制
室内行吊5T
空气压缩机
进口
3.2现有钻杆摩擦焊生产线工艺流程简介
现有钻杆摩擦焊生产线工艺流程（见图1）
3.3现有钻杆摩擦焊生产线存在的问题
3.3.1摩擦焊机组存在的问题
3.3.1.1摩擦焊机关键部分零部件加工精度不高，国产电器元件不稳定造成焊机的精度和技术性能下降、故障频率高。
现有摩擦焊主机、液压系统、电控系统经过了两年的运行，其中主轴精度和滑台精度由出厂时的0.4mm降为0.5mm，故障检修时间由出厂时的3小时/月提高到30小时/月，最大顶锻力由125t下降到150t，导致焊接钻杆的一次合格率低于85%，在修复和生产钻杆过程中浪费了大量的资源。
3.3.1.2焊机能力不足。
出于其设计的最大顶锻力为125t，不能焊接￠127S135以上钢级和规格的钻杆。
3.3.1.3焊接品种单一，不能焊接各种类型的加重钻杆。
由于焊机主轴箱设计的原因，焊接钻杆接头的最大长度只有450mm，而加重钻杆公接头长度达到了750mm（接头本体长度+焊径长度）。
3.3.2热处理工艺存在的问题
现有的焊缝热处理工艺采用的是形变热处理工艺（焊后直接淬火+回火），这种工艺的优点是采用焊后余热直接淬火，工艺相对简单，但该工艺有以下不足：
3.3.2.1淬火不太均匀，造成在焊区同一截面不同区域的强度和冲击韧性相差较大。
3.3.2.2焊区的晶粒度只有6级左右。
现有钻杆摩擦焊生产线工艺流程（图1）
4项目建设必要性
4.1国内外钻井生产上迫切需要
中原油田国内市场共有钻井队伍153支，分布在四川、新疆、河北、内蒙、吉林、黑龙江等10多个省（市）、自治区；
国际市场共有48支钻井队，分布在苏丹、沙特、也门、哈萨克斯坦等9个国家，配备各种钻杆数量达5万余吨，因磨损、腐蚀原因造成的钻具失效及市场的发展，每年需补充1万吨左右的钻杆，其中2000吨钻杆只需切换头修复。
这些钻杆切换头的修复工作生产厂家是不愿意干也没有时间干。
其次中原油田钻井队伍承担着大量的深井、超深井、水平井、丛式井等高难度钻井作业，对钻杆的质量提出了更高的要求，钻井生产需要大量的优质钻杆。
三是钻杆采购极其困难。
目前，钻杆、加重钻杆等石油物资需求旺盛，供应紧张，且价格仍维持在高位状态，每吨高达3.1万元左右，交货期一般为6个月以上，部分厂家甚至高达8个月以上，钻杆供应紧张使应更新的钻杆不能及时更新直接影响了钻井生产。
中原油田摩擦焊生产线若能修复需切换接头的钻杆并制造部分新钻杆不紧节约了大量的采购资金而且可缓解钻杆供应紧张的局面。
4.2钻杆摩擦焊设备不能满足生产的要求
目前中原油田使用的摩擦焊机故障高（平均2次/月），焊接一次合格率低，不仅焊接精度低，而且品种单一。
无法焊接生产急需的￠127S135、￠139.7以上尺寸钻杆及各种类型的加重钻杆。
现有的钻杆摩擦焊生产线每年仅能修复和生产新钻杆约1600吨，且只适用于4500米以内的井，不能满足钻井生产对高品质钻杆需要；
因此目前中原油田使用的摩擦焊机焊接的钻杆无论在性能上，还是在品种、数量上，都不能满足中原油田内外部钻井市场发展的需要，急需建设新的钻杆摩擦焊生产线，生产和修复相应规格的高品质钻杆以解决上述矛盾。
5项目建设的可行性
5.1原材料供应完全满足钻杆制造要求
对焊钻杆的原材料主要有管体和接头。
综合近几年市场情况，中原油田钻杆生产原材料货源相对充足。
一是天钢、宝钢生产的钻杆平端管及加重钻杆管体货源充足，多年来与中原油田有着良好合作关系，可满足各种规格钻杆平端管的供应。
二是国内钻杆管体端部加厚技术成熟，具备年20万吨左右的产能。
中原油田与其中的四个厂家有良好的合作关系。
三是钻杆接头供应充足。
中原油田已与5个钻杆接头生产厂家有长期业务关系。
因此在原材料供应方面完全满足钻杆摩擦焊生产的需求。
5.2具备钻杆生产的基础条件
一是通过近几年不断的钻杆修复实践和工艺技术研究，锻炼和培养了一支经验丰富的钻杆摩擦焊技术和操作队伍；
二是具有一流的检测手段。
配套了相关的检测设备，拥有先进的钻具综合检测仪、超声波探伤仪、磁粉探伤仪等检测设备，价值达600余万元，不需重复投资；
三是建立了完善的质量体系。
通过了ISO9001质量体系认证，取得了API认证。
四是现有场地和供电设施具备了钻杆修复生产的条件。
该项目实施后，修复和生产成品钻杆可以用于国内外的钻井市场。
5.3经济效益显著
建成后的钻杆摩擦焊生产线，可形成年产9200吨钻杆的产能，满足中原油田需切换接头的钻杆的修复和生产急需的￠127S135钻杆、￠139.7钻杆以及各种规格的加重钻杆。
按照目前市场采购价格计算，钻杆管体采购价在每吨2万元左右，￠127钻杆对焊接头采购价每对在1800元左右，每年可为油田节约采购成本4000万元左右，具有良好的经济效益。
综上所述，建设钻杆摩擦焊生产线是十分必要和可行的。
改造后的钻杆摩擦焊生产线工艺流程（图2）
车待焊接端面
磨擦焊接
吸渣
检验
管体、接头进厂
车除外飞边
淬火
高温回火
同轴度检验
退火
入库
打包
喷漆喷标
称重测长
外观检验
硬度检测
磁粉探伤
超声波探伤
内圆手动修磨
外圆自动修磨
6方案设计
6.1设计规模
项目达产后，钻杆摩擦焊生产线具备制造修复钻杆9200吨/年（折合￠127钻杆27600根）的生产能力。
6.2工艺流程设计
为了生产出高品质的钻杆，并提高工作效率，参照国内外钻杆的生产工艺，制定新工艺流程见图2。
新的工艺流程包括焊前准备工序（管体接头进厂、检验、车待焊接端面、吸渣），其主要作用是车除待焊接端面的锈蚀部分、清除管内杂质，为焊接作好准备；
焊接工序（包括摩擦焊接、同轴度检验），其主要作用是使管体和接头焊接在一起，并保证管体和接头的偏离度在标准范围之内；
热处理工序（包括退火、车除外飞边、淬火、高温回火），其主要作用是消除焊接内应力后对焊区进行调质处理，提高焊区综合机械性能；
焊后工序（包括内圆手动修磨，外圆自动修磨、吸渣、磁粉探伤、超声波探伤、硬度检测、外观检验），其主要作用是使焊区内外表面符合要求、清除管内杂质、检查焊区缺陷；
标准化工序（包括喷漆喷标、称重测长、打包、入库），其作用是外观防腐、做焊接批次、长度、重量标识，实现规格化，便于运输。
6.3方案选择
本项目根据市场调研情况，选择三种方案：
方案一是进口160吨惯性摩擦焊机组；
方案二是购置国产125吨连续驱动摩擦焊机组；
方案三是购置国产160吨惯性摩擦焊机组。
三个方案中辅助设备均采用国产。
6.3.1方案一：
采用进口摩擦焊机生产线
主要工程量见表6.3.1-1
表6.3.1-1采用进口钻杆摩擦焊机生产线生产设施
§
设备名称及型号
预算金额（万元）
惯性摩擦焊机组160T
1754
1.1
摩擦焊主机
1.2
液压系统
1.3
电控系统
1.4
管体、接头自动上料架
1.5
墩粗机
160
正火（退火）装置
28
2.1
中频电源100KW
2.2
变压器
2.3
感应圈
2.4
内置水冷循环系统
2.5
红外测温装置
2.6
电器控制系统
淬火装置
2套
48
3.1
中频电源160KW
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
外置冷循环系统
30
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
3台
外圆自动修磨机
内圆自动修磨机
钻具综合检测仪EXW-P
20
12
便携拭硬度仪
辅助设施
吸渣装置
自动喷漆、喷标装置
485
自动称重、测长设备、电控
打包机
自动线液压系统
5套
自动线电控系统
平衡吊400Kg
变压器S11-M-1250KW
13
实验室设备
196
13．1
冲击试验机JBS-300
13．2
电动拉床VU-2D
13．3
硬度计HR-150B
13．4
万能试验机WEW-600B
13．5
金相分析仪
13．6
光谱分析仪
13．7
锯床
13．8
车床CA6150/1000
13．9
万能工具磨床
13．10
铣床
合计
6.3.2方案二：
采用国产连续驱动钻杆摩擦焊机生产线
主要工程量见表6.3.2-1
表6.3.2-1采用国产钻杆摩擦焊机生产线主要工程量
估价（万元）
360
1．1
连续驱动摩擦焊机主机125T
1．2
1．3
1．4
管体自动上料架
1．5
接头自动上料架
1．6
610
正火（退火）
18
2．1
2．2
2．3
2．4
2．5
2．6
40
3．1
3．2
3．3
3．4
3．5
3．6
3．7
外置水冷循环系统
回水装置
36
4．1
4．2
4．3
4．4
4．5
4．6
480
自动线液
升级会员 