石油钻杆热处理中的质量管理研究

刘聪

（渤海装备钻井装备公司科技质量中心，河北 沧州 062658）

石油钻杆应用于钻井行业，钻杆是钻井的主要工具，连接在方钻杆的下端，钻铤或加重钻杆的上方，起到传递动力、输送钻井液的作用。钻杆在钻井时承受着拉伸、压缩、扭转、弯曲以及冲击载荷等各种交变应力的作用，其内孔还受到高压钻井液的冲刷和腐蚀，在有H2S、CO2的油气田里，还要求能抗H2S、CO2腐蚀。API Spec 5DP-2009钻杆规范对钻杆的要求非常严格，分别从拉伸强度、断后延伸率、硬度和冲击韧性等几个方面进行了详细的规定，而且波动范围比较窄，这些都对钻杆材料的热处理工艺提出了很高要求。

热处理工艺过程中质量管理工作的重点和活动场所都在车间，因此热处理质量的好坏在很大程度上取决于车间技术能力及管理水平，本文就石油钻杆热处理中的质量管理工作进行讨论，石油钻杆热处理建立在了金属热处理相关标准规范、热处理手册、钻杆产品标准、热处理炉标准等标准规范基础上。建议厂家采用全国热处理标准化技术委员会正在会标的“热处理质量控制体系”标准进行相关质量控制体系建设。

热处理工艺过程中质量管理的主要任务是按照有关技术标准对影响质量的各个生产环节严加控制，保证热处理质量达到技术要求。因此要严格执行工艺规范，加强工艺纪律检查，抓好生产环节批次连接，不断提高生产质量。

1 待热处理的加厚管体检查

在管体进行热处理前，应进行待处理管体的检查，该检查主要有2个方面：

一是管体状态、加厚端尺寸、数量、材质、外观质量等产品质量检查。该条款主要是生产指令确认、生产工艺确认、生产管体确认、管体状态确认等方面，保证待热处理管体准确无误。石油钻杆的管体均是两端带加厚的无缝钢管，材质、状态外观无法辨识，加厚成型作业也不具备逐支编号的条件，热处理前的检查能够防止不合格品、不同材质等混料，造成热处理质量事故。

二是生产标识转移，主要是便于产品质量追溯。该条款主要是在API 5DP钻杆规范中可追溯性要求，热处理前的管体加厚成型工序对加厚端有标识，热处理前记录下来，热处理后外观检测时逐支管体编号，建立对应关系，形成可追溯性。

2 确定工序质量管理点，进行重点监控

工序管理的目的是对工艺过程中影响质量的因素进行控制，使工序始终处于稳定状态。开展工序控制的方法很多，建立工序质量管理点是常用的方法之一。

生产中针对工件的质量问题，把关键工序或存在问题的工序作为质量管理点，将它们的某些质量特性管起来，就可以达到质量管理的目的。在公司车间是按照工艺要素设置的工序质量管理点，主要工艺要素有：热处理炉加热温度、加热时间、淬火液温度、淬火前管体温度等。

作为工序质量管理点的关键质量特性、工艺要素、检测手段、检测位置、测量方法等，均在热处理作业指导书中进行了明确规定。

为做好工艺管理，工序质量管理点还应做好以下工作：

（1）热处理操作人员必须经过培训，培训包括工艺培训、质量培训、安全培训、设备管理培训，并经过考核合格才能上岗。

（2）操作人员应明确知道操作工序的质量要求和影响质量的关键因素。

（3）操作人员应熟知设备操作规程、工艺规程、作业指导书，生产过程中严格执行操作规程和工艺规程。

（4）熟练掌握工序所用数据记录表、检测设备，按照要求进行工艺巡检工作，做好相关记录，这也是API 5DP中要求的质量追溯性要求。

（5）生产过程中发现质量有异常波动，应及时分析原因，采用有效措施，稳定管体热处理质量，仍不能解决，应及时报告给车间生产调度。

（6）钻杆管体批量生产时，对于新材料、跨度比较大的规格等必须进行工艺确认，首批生产时也应有技术人员、质量检验员和操作员一起进行现场各工序点确认，以此来保证钻杆管体热处理后机械性能符合要求。

工序质量管理点，主要是以点带面，通过工序重点监测、质量管理来保证机械性能符合要求。产品完成后，按照API 5DP中的规定对管体进行检测，外观检测、尺寸测量在线完成，抽检机械性能，相关记录按照追溯性要求进行保存。

3 车间设备管理

车间设备是保证热处理质量稳定的关键，随着机械自动化程度的不断提高，热处理质量受设备影响更大，加强设备管理能够使钻杆管体质量更加稳定。

钻杆热处理设备主要有热处理炉（淬火炉、回火炉）2台，台架式淬火机1台、六辊管材矫直机1台。

热处理炉炉型：蓄热式步进梁箱式结构，处理钢管规格为φ63mm～φ177.8mm，最大长度12.5m，采用炉内水冷却悬臂辊端进，翻转式炉门侧出。

（1）热处理炉。行业内热处理炉多采用燃气式热处理炉，应该按照“GB/T 9452热处理炉有效加热区测定方法”进行加热区测量，也可以参考“JB/T 10175热处理质量控制要求”，正在会标的“燃气热处理炉炉温均匀性测试方法”和“热处理温度测量”也可以参考，进行热处理炉的分级管理和使用。

（2）淬火机。行业内多采用台架式淬火机（图1），它是把钢管放在淬火台架上压紧，在钢管旋转的同时，对钢管进行内表面轴流冷却、外表面层流冷却的水淬技术。

图1 台架式淬火机

该淬火技术，优势在于淬火后管体外形尺寸合格率高、组织性能比较均匀。

（3）设备的检查与维修。设备在使用过程中，发生磨损、腐蚀、氧化等现象，使用一段时间后，设备的精度、可靠性及性能都将下降，严重时影响热处理质量。车间必须建立设备的维护保养管理规定，制定热处理设备维修计划表，以便及时发现问题，更换零部件或者进行修理。

淬火机使用环境潮湿，其上的径向轮、压辊、电机等属于易损件，使用过程中磨损也快，应该及时调整、更换，避免其影响淬火后的管体直线度。

4 车间作业环境管理

热处理生产的作业环境包括厂房、环境温度、噪声等，这些环境条件直接或间接影响热处理质量，还关系到热处理生产安全和环境保护，热处理作业环境应符合“GB 15735金属热处理生产过程安全卫生要求”

（1）环境温度。热处理的加热和冷却对环境有要求，同时生产环境的温度也影响热处理工艺的正确实施。如果环境温度过高，对淬火液降温不利。连续生产时淬火液升温，使热处理质量稳定性变差，严重时出现管体拉伸性能不合格。车间温度可以采用JB/T 10175热处理质量控制要求中不低于10℃的要求。

（2）通风。作业场所应具备良好的通风条件。热处理设备均布置在车间内，管体回火后的降温过程也在车间内完成，热处理炉热量损失，淬火前管体降温等都会使车间温度升高，因此良好的通风条件是必要的。

5 热处理节能管理

钻杆管体热处理天然气、电能等消耗比较大，可以按照“GB/Z 18718热处理节能技术导则”进行节能措施实施。

（1）合理安排生产，将钻杆管体加厚成型后进行存料，集中过线，提高设备利用率。

（2）生产过程中，对热处理工艺进行试验，对加热温度、保温时间等进行调整，提高生产效率。

（3）对热处理生产能耗进行监控，可以参照“GB/T 24562燃料热处理炉节能监测”进行能耗指标监测，燃料消耗采用GB/T 19944、电耗采用GB/T 17358等标准进行计量。

6 结语

热处理在钻杆生产中属于特殊工序，特殊工序生产中无法直接测量，只能生产后对管体进行破坏性试验得出数据，因此对生产过程中质量控制要求比较高。

（1）热处理生产应建立工序质量管理点，通过重点监控，确保工艺参数符合要求。

（2）热处理炉设备的管理应进行分级管理，制定维修、检定计划表，及时处置。