中国石化胜利油田分公司地面工程建设监督中心 山东东营 257200
摘要：油田注水是原油生产过程中一个重要的工作流程，对保持油藏压力、提高采收率、实现油田稳产增产起着重要作用。注水系统管网的工作压力为25至45MPA，属于高压管道，为了避免安全事故发生和保证安全稳定运行，就必须确保其安装工程的施工质量。本文针对油田注水井、站施工过程中出现的主要质量问题进行了分析总结，找到了这些问题的关键影响因素并提出了解决问题的措施和办法。为采油厂注水井、站工程的施工质量提供了保证。
关键词：注水井；施工质量 ；管道焊接 ；管道变形 ；应对措施。
油田注水井、站安装工程主要分为管线组对、焊接、阀组预制、机泵安装等主要分项工程。在施工过程中，各个分项工程的质量标准、施工规范比较完备，如能严格遵守，大部分质量通病能够消除。但是，在油田的工程质量检查中，查出次数最多而且至今仍然难以消除质量问题：一是管道与法兰焊接部位焊缝出现裂纹，焊缝无损检测不合格；一是阀组汇管（大梁）弯曲变形超标，产生内应力不符合规范标准要求。
1 注水管道与法兰焊接部位焊缝出现裂纹
1.1裂纹的分布形式和产生原因
1.1.1管道同法兰的连接处为环形角焊缝，焊接完毕后靠近钢管的一侧常常出现裂纹，其形态表现为无分支而且有延迟开裂的特点。一般位于距融合线约0.1-0.2MM的近缝区中，裂纹走向与融合线平行。
1.1.2氢引起的裂纹：氢的主要来源是焊接材料中的水分和焊接区域中的油污、铁锈、水或有机物经焊接电弧的高温作用分解成氢原子而进入焊接熔池。
1.1.3残余应力引起的裂纹：由于焊接是局部加热的过程，在焊接过程中产生应力与应变循环，因此在焊接后便产生了残余应力而引起的裂纹。
1.1.4焊缝在焊后冷却过程中，热影响区容易产生脆化，形成淬火组织—马氏体。使
近缝区的硬度提高，塑性下降，结果导致焊后发生裂纹。
1.2应对措施
1.2.1焊接材料的选择：一般情况下我们在施工现场采用的管材为16Mn无缝钢管，
即Q345低碳合金钢管。由于Q345钢的冷裂纹倾向较大，应选用低氢型的焊接材料，同时考虑到焊接接头应与母材等强的原则，应选用E5015(J507)型焊条。焊条使用前应进行烘干，并储存在100-150℃的恒温箱中，见下表。
E5015焊条化学成分表
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1.2.2焊接破口的选择：焊接坡口选用单边V型坡口，对口间隙3mm。彻底清除坡口表面及坡口两侧20mm内的油污、水、铁锈及其它杂物。
1.2.3提前预热：因钢管冷裂倾向大及法兰较厚，所以需要提前预热。预热温度
70-100℃，可有效降低水汽、铁锈的影响。降低焊缝冷却速度，可使氢更易于从焊缝熔池中间向大气扩散。
1.2.4焊接后热处理：为了降低焊接残余应力，减小焊缝中的氢含量，改善焊缝焊缝的金属组织和性能，在焊后应对焊缝进行热处理。热处理温度为600-640℃，恒温时间为1小时。焊口完成后应在12小时内进行热处理。如不能及时进行应采取保温、缓冷措施。
1.2.5焊接顺序：焊接时焊条由钢管下部起弧，分别由两端向上走弧。每层焊道厚小于5㎜。盖面时，焊条摆动在法兰一侧多留一会。每层焊道的焊接接头错开15-20㎜。
1.2.6在现场施工中还可以采取一种简便的方法：向厂家定制带颈法兰，其法兰颈的材质与管道的材质相同，这样就可以直接组对焊接。
2 注水管阀组汇管（大梁）的弯曲变形
2.1汇管弯曲变形的原因分析
2.1.1汇管的凝缩变形：阀组预制时，在汇管上进行马鞍口的氧气乙炔切割及焊接，均是不均匀的加热和冷却过程。高位区域受热膨胀，受周边低温区域的刚性阻碍而不能自由伸长，从而产生热塑性变形。冷却时，高温区域因热塑性变形而收缩量大，低位区域收缩量小，这种不平衡的收缩导致汇管产生凝缩弯曲变形及立管产生凝缩角变形。
2.1.2焊接前后的组织变形：在焊接过程中，加热和冷却的速度较快，高温区域的金属组织发生了变化，其体积也会相应的发生变化，从而产生组织变形。
2.2应对措施
2.2.1刚性固定法：为了减小变形，在开孔前汇管两侧用内盲板焊死，同时两端用电焊固定在预制平台上，并在汇管中间开一个马鞍口（立管处），向汇管里加满水。目的是减小受热面积，汇管均匀受热，从而减小变形。
2.2.2采用合理的开孔顺序：采用合理的开孔顺序，能有效减小开孔时的温度场，从而减小变形。
2.2.3采用反变形法：组对完立管后，在汇管的下侧加垫板，两边薄中间厚，每隔200-300㎜加一组。汇管直径大垫板薄一些，直径小垫厚一些。具体厚度即可通过理论计算得出，也可根据施工经验获得。
2.2.4采用对称焊法和跳焊法的焊接顺序：每道马鞍口不能一次焊接完成，每次只焊1／4焊口。1个电焊工焊接时，先焊接1／4焊口再焊接对角1／4焊口;两个焊工焊接时，先同时焊接对角的1／4焊口，再同时焊接另外对角的1／4焊口。减小热输入的同时，防止立管产生角变形。
2.2.5焊后变形的矫正：如果采用上述防变形措施后，汇管仍发生弯曲变形，可用气焊火焰采用三角形加热法进行加热矫正。如果是立管发生变形可在立管根部加热，向左倾斜加热右侧，反之向右倾斜加热左侧。加热后可自然冷却，或在加热区域周围喷水冷却来限制火焰加热范围，以提高对加热点的挤压作用，从而达到良好的矫正效果。
3 结语
综上所述，在油田注水井、站安装工程施工中，如果能够严格按照各分项工程的现行标准、规范施工，并针对管道与法兰连接部位焊缝出现裂纹和汇管弯曲变形两个常见难点质量问题，严格按上述提出的应对措施执行，一定能够消除质量隐患、保证工程质量。
参考文献：
【1】《电焊工基本技术》 金盾出版社 作者：王亚忠
【2】《工程焊接实用手册》 中国计划出版社 作者：强健
作者简介：王建玮，女，1980年1月出生，工程师，从事油田地面工程监督工作。