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摘要：研究了海工钻井平台高压泥浆管制作、安装的过程，对施工过程中的焊接、热处理、压力试验等关键点、难点进行了重点分析。
关键词：高压泥浆管；焊接；热处理；压力试验
引言：
随着全球能源危机的愈演愈烈，陆地资源的日渐匮乏，人们将目光越来越重的向海洋看齐，由此，进入21世纪以来，钻井平台的建设进入一个高峰期。本文就以JU2000E钻井平台为例，研究一下海工钻井平台众多管系中很重要的一个系统----高压泥浆系统的高压泥浆管的预制、安装过程。
一、高压泥浆管的技术规格要求
高压泥浆管，通常指AISI4130管，俗称4130管。在自升式钻井平台上，高压泥浆管主要用于钻井系统，高压泥浆系统包括内径为127mm的高压卸放管线，该高压卸放管线从每一个高压泥浆泵的卸放端引出至分配管汇上。每一条管线在管汇处都安装有隔离阀。另有一条内径为127mm的卸压管线通到泥浆池，用于以后剪切装置。2根内径为127mm的管线被引至钻台上的立管管汇和3个桩腿处。所有高压泥浆管支架都需要用4螺栓的管卡或等同的设计。
高压泥浆系统应具有承受517巴的持续压力的能力，并应安装有690巴的阀体，517巴的阀内件。高压固井系统和压井&阻流系统能够承受1035巴的工作压力，并安装有1035巴的阀体和阀内件。高压泥浆系统的所有弯头或弯管的弯曲半径应为通径的2倍。用于立式鹅颈管的弯管最小弯曲半径为其通径的3倍。所有的 API 法兰式环形接头都应带有镶嵌不锈钢的环形槽。环形接头垫片应为不锈钢材料。
在自升式钻井平台中，高压泥浆管也需提供支路连接到三个桩腿的喷射系统，作为冲桩管线的高压水源头。
二、高压泥浆管制作、安装流程
高压泥浆管是海工钻井平台所有系统里面压力最高的系统之一，所以从原材料开始，就是船东、船检重点检验项目之一。作为船厂，更要保证高压泥浆管的制作、安装的质量。一般情况下，高压泥浆管的制作、安装流程主要分为以下几个步骤：技术文件、原材料到货检验、管线预制检验、管线安装检验。其中：原材料检验、试压包的压力试验、试压包冲洗排空、试压包复原属于重点检验项目（见图1中的A级共检点关键控制点。
三、高压泥浆管管材介绍
（一）规范性引用文件
ASTM A519 Standard Specification for Seamless Carbon and Alloy Steel Mechanical Tubing
ASME B36.10 Welded and Seamless Wrought Steel Pipe
ASTM A370 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products
ASTM E8 Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials
ASTM E18 Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials
ASTM E23 Standard test methods for Notched bar impact testing of metallic materials
ASTM E112 Standard Test Methods for Determining Average Grain Size
ASTM E213 Standard Practice for Ultrasonic Examination of Metal Pipe and Tubing
NACE MR0175 Metals for Sulfide Stress Cracking and Stress Corrosion Cracking Resistance in Sour Oilfield Environments
（二）钢管状态及符合的标准
无缝钢管的状态为：热轧- 淬火- 回火- 去应力- 去氧化皮
钢管应符合美国ASTM A519 《机械用无缝钢管-合金钢管的标准规范》。
（三）技術要求
1.化学成分
3.硬度要求
钢管表面洛氏硬度不超过22HRC， 符合NACE MR 01 75。
4.钢管的热处理
管材需要淬火+回火状态交货。
5.钢管的无损检测
钢管需要对内、外径进行探伤，以保证无有害的表面及内部缺陷。表面探伤使用Eddy（涡流）探伤方式，内径探伤使用超声波探伤方式。表面缺陷不超过壁厚的5%，内壁缺陷不超过壁厚的5%。
6.来货检验
管材到货之后，先完成内检工作：管材的外观检测、来货证书的检查（证书必须含有3.3技术要求各项指标的检验数据，并有相应船级社的确认）。内检合格后，及时联系船东、船检对原材料进行检验。船东、船检检验合格后，对管材进行标记。常用的办法是在检验合格的管线上涂上红色油漆，以此讲高压泥浆管和普通管线进行区分。做好标记后，原材料入库，进入下一步的管线预制环节。
四、高压泥浆管预制过程研究
高压泥浆管预制的过程的主要步骤有：下料、校管、焊前预热、焊接、焊后热处理、焊后硬度试验喊、焊后NDT、表面处理、入库。
（一）下料
按照设计图纸，根据所需管材的清单对原材料进行划线。划线时要确保尽可能的使用完毕整根管材。划线完成后必须经过复测才能进行切割，以免下料错误，造成浪费。 管子的坡口应按统一形式加工（见下图），当管子、管件和对焊阀门的坡口形式不同时，应按以下原则进行加工：
（1）管子与管件焊接时，以管件的坡口形式为准，加工管子坡口；
（2）管子与阀门焊接时，以阀门的坡口形式为准，加工管子坡口；
（3）管件与阀门焊接时，以阀门的坡口形式为准，加工管件坡口。所有坡口的表面不得有裂纹、缩孔、重皮等缺陷。
（二）校管
管段下料结束后，按照管子制作小票的内容，讲需要的管段和法兰、BLOCK等管件在水平工作台上进行校管工作。焊口间距必须在要求范圍3-5mm之内，不能过大，亦不能过小，否则影响焊接质量。
管段与管段、管件对接调整好之后，需要进行简单的焊前热处理，之后才能进行点焊。考虑的电加热需求时间过长，点焊的焊前预热可以简单的用割刀进行加热。
管子校管结束后，搬运到焊接区，进行焊前交验，获得船东、船检认可后开始焊接。
（三）管子焊前预热、焊接及焊后热处理
在管子焊接工作开始前，必须进行相应的焊接工艺评定（WPS），并取得船东、船检的认可。要求在焊接过程中，严格按照WPS的要求来施工。同时，电焊工的资质也必须取得船东、船检的认可。
管子预制的场所都在车间内，所以焊接条件较好，严格按照WPS要求进行焊接，做好焊前预热和焊后热处理工作。焊前预热的温度必须在150度以上。管子焊接结束后，要及时报验船东、船检验收，检查焊接质量。
焊缝检验合格后，必须保证在焊缝温度冷却之后才能开展焊后热处理工作，否则直接热处理的话，残余奥氏体当热处理冷却后，将转变为马氏体，形成裂纹。（见图2）
焊后热处理的加热温度范围为635-645度，加热时间为120分钟。焊后热处理结束后，关闭电加热设备电源，让焊缝处的温度自然冷却。重点注意事项：焊后热处理48小时之后，才能进行焊缝探伤工作。
（四）焊缝硬度试验
管子焊缝热处理之后，需先进行硬度试验。在每个焊口处的两侧，各取三个点，打磨平整后，拿硬度检测仪在每一点上试验3次，并记录数据。要求每个点的硬度值都要小于洛氏硬度（HRC）22。试验结束后，形成硬度报告。
（五）焊缝探伤NDT
焊缝硬度试验合格后，需要对焊缝进行100%探伤。目前常用的探伤方式是伽玛射线探伤，使用的胶片类型为D5。射线底片应当有合适的标识，能够显示所属的船号、管口号等信息。射线底片评定自检合格后，交由船东、船检评定，评定合格的，方可进行相应的表面处理。
探伤检验有缺陷的，需及时通知焊接班组进行翻修。翻修时，必须严格按照翻修WPS进行施工，原则上同一母材最多只可以翻修两次，两次翻修仍旧不合格的，需做报废处理。
（六）管子表面处理
管子探伤交验后，需进行冲砂、油漆处理。一般的，高压泥浆管内表面是无需涂装处理的，只需对外表面进行冲砂、油漆。油漆根据船厂和船东共同确认的油漆配套来施工。冲砂后、每一度油漆施工后，都需及时报验船东，获得船东认可后方可进行下一步。
为了便于后期管线试压时焊缝查漏，在管子表面处理时，要求所有的焊缝是不做涂装处理的。以免后期试压时打磨焊缝。
（七）管子入库
管子表面处理结束，报验合格后，标记上相应的管段号，即可入库。
五、高压泥浆管安装过程研究
高压泥浆管安装的步骤主要有：装配、焊前热处理、焊接、焊后热处理、硬度试验、NDT、管系系统试验。从装配到NDT，基本要求和内场预制高压泥浆管差不多，在这里就不在累赘。重点研究一下管线系统的压力试验。同时，由于在外场作业，受到天气、吊车资源、安装位置等因素影响较大，相对施工难度也大。有一些需要注意的事项，需要在施工过程中重点关注。
（一）高压泥浆管安装的注意事项
1.注意天气因素影响
高压泥浆管的安装，基本都是在外场完成，露天作业较多，所以在安装过程中，尤其是焊接时，需要重点注意天气影响。
（1）风速：手工焊小于 8 m/s ，氩弧焊小于 2 m/s ；
（2）相对湿度：相对湿度小于 90% ；
（3）当环境条件达不到上述要求时，必须采用挡风等有效防护措施。
原则上，露天施工，下雨天气时，需停止施工。
2.其它需要注意事项
（1）焊前预热、焊后热处理必须做好相应的保暖工作，必须保证温度达到热处理的要求。
（2）在管子装配过程中，由于安装位置复杂，高压泥浆管比较笨重，再加上设计误差等因素，部分管段在装配过程中可能会难于对中。严禁靠外界硬力对管子进行对中、装配。所以，在焊接之前，可以松开管子支架的抱箍，检查管子是否正确装配，以保证高压泥浆管是在自由状态下进行焊接。
（3）焊后热处理48小时后才能进行焊缝探伤，否则该探伤报告视为无效，需要重新探伤。
（二）管线系统压力试验
管线压力试验，是高压泥浆管安装的最后一步，也是重要的一步，是对之前所有工作的一个整体检验，也是船东、船检重点检验项目。管线压力试验，以试压包为单位进行压力试验。试压包的划分，原则上按照管线的试验压力来进行划分，相同的试验压力划分在一起，同时，也要考虑所用的工装要尽量简单、尽量少，保证能够最方便、最快捷的完成高压泥浆管系统内所有管线的压力试验。
在每个试压包开始试压前，应由船厂、船东、船检对以下资料进行审查确认：
（1）管段组成件、焊材的制造厂质量证明文件；
（2）管段组成件、焊材的校验性检查或试验记录；
（3）试压包图上标明焊缝编号、焊接位置、无损检测方法、返修
关键词：高压泥浆管；焊接；热处理；压力试验
引言：
随着全球能源危机的愈演愈烈，陆地资源的日渐匮乏，人们将目光越来越重的向海洋看齐，由此，进入21世纪以来，钻井平台的建设进入一个高峰期。本文就以JU2000E钻井平台为例，研究一下海工钻井平台众多管系中很重要的一个系统----高压泥浆系统的高压泥浆管的预制、安装过程。
一、高压泥浆管的技术规格要求
高压泥浆管，通常指AISI4130管，俗称4130管。在自升式钻井平台上，高压泥浆管主要用于钻井系统，高压泥浆系统包括内径为127mm的高压卸放管线，该高压卸放管线从每一个高压泥浆泵的卸放端引出至分配管汇上。每一条管线在管汇处都安装有隔离阀。另有一条内径为127mm的卸压管线通到泥浆池，用于以后剪切装置。2根内径为127mm的管线被引至钻台上的立管管汇和3个桩腿处。所有高压泥浆管支架都需要用4螺栓的管卡或等同的设计。
高压泥浆系统应具有承受517巴的持续压力的能力，并应安装有690巴的阀体，517巴的阀内件。高压固井系统和压井&阻流系统能够承受1035巴的工作压力，并安装有1035巴的阀体和阀内件。高压泥浆系统的所有弯头或弯管的弯曲半径应为通径的2倍。用于立式鹅颈管的弯管最小弯曲半径为其通径的3倍。所有的 API 法兰式环形接头都应带有镶嵌不锈钢的环形槽。环形接头垫片应为不锈钢材料。
在自升式钻井平台中，高压泥浆管也需提供支路连接到三个桩腿的喷射系统，作为冲桩管线的高压水源头。
二、高压泥浆管制作、安装流程
高压泥浆管是海工钻井平台所有系统里面压力最高的系统之一，所以从原材料开始，就是船东、船检重点检验项目之一。作为船厂，更要保证高压泥浆管的制作、安装的质量。一般情况下，高压泥浆管的制作、安装流程主要分为以下几个步骤：技术文件、原材料到货检验、管线预制检验、管线安装检验。其中：原材料检验、试压包的压力试验、试压包冲洗排空、试压包复原属于重点检验项目（见图1中的A级共检点关键控制点。
三、高压泥浆管管材介绍
（一）规范性引用文件
ASTM A519 Standard Specification for Seamless Carbon and Alloy Steel Mechanical Tubing
ASME B36.10 Welded and Seamless Wrought Steel Pipe
ASTM A370 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products
ASTM E8 Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials
ASTM E18 Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials
ASTM E23 Standard test methods for Notched bar impact testing of metallic materials
ASTM E112 Standard Test Methods for Determining Average Grain Size
ASTM E213 Standard Practice for Ultrasonic Examination of Metal Pipe and Tubing
NACE MR0175 Metals for Sulfide Stress Cracking and Stress Corrosion Cracking Resistance in Sour Oilfield Environments
（二）钢管状态及符合的标准
无缝钢管的状态为：热轧- 淬火- 回火- 去应力- 去氧化皮
钢管应符合美国ASTM A519 《机械用无缝钢管-合金钢管的标准规范》。
（三）技術要求
1.化学成分
3.硬度要求
钢管表面洛氏硬度不超过22HRC， 符合NACE MR 01 75。
4.钢管的热处理
管材需要淬火+回火状态交货。
5.钢管的无损检测
钢管需要对内、外径进行探伤，以保证无有害的表面及内部缺陷。表面探伤使用Eddy（涡流）探伤方式，内径探伤使用超声波探伤方式。表面缺陷不超过壁厚的5%，内壁缺陷不超过壁厚的5%。
6.来货检验
管材到货之后，先完成内检工作：管材的外观检测、来货证书的检查（证书必须含有3.3技术要求各项指标的检验数据，并有相应船级社的确认）。内检合格后，及时联系船东、船检对原材料进行检验。船东、船检检验合格后，对管材进行标记。常用的办法是在检验合格的管线上涂上红色油漆，以此讲高压泥浆管和普通管线进行区分。做好标记后，原材料入库，进入下一步的管线预制环节。
四、高压泥浆管预制过程研究
高压泥浆管预制的过程的主要步骤有：下料、校管、焊前预热、焊接、焊后热处理、焊后硬度试验喊、焊后NDT、表面处理、入库。
（一）下料
按照设计图纸，根据所需管材的清单对原材料进行划线。划线时要确保尽可能的使用完毕整根管材。划线完成后必须经过复测才能进行切割，以免下料错误，造成浪费。 管子的坡口应按统一形式加工（见下图），当管子、管件和对焊阀门的坡口形式不同时，应按以下原则进行加工：
（1）管子与管件焊接时，以管件的坡口形式为准，加工管子坡口；
（2）管子与阀门焊接时，以阀门的坡口形式为准，加工管子坡口；
（3）管件与阀门焊接时，以阀门的坡口形式为准，加工管件坡口。所有坡口的表面不得有裂纹、缩孔、重皮等缺陷。
（二）校管
管段下料结束后，按照管子制作小票的内容，讲需要的管段和法兰、BLOCK等管件在水平工作台上进行校管工作。焊口间距必须在要求范圍3-5mm之内，不能过大，亦不能过小，否则影响焊接质量。
管段与管段、管件对接调整好之后，需要进行简单的焊前热处理，之后才能进行点焊。考虑的电加热需求时间过长，点焊的焊前预热可以简单的用割刀进行加热。
管子校管结束后，搬运到焊接区，进行焊前交验，获得船东、船检认可后开始焊接。
（三）管子焊前预热、焊接及焊后热处理
在管子焊接工作开始前，必须进行相应的焊接工艺评定（WPS），并取得船东、船检的认可。要求在焊接过程中，严格按照WPS的要求来施工。同时，电焊工的资质也必须取得船东、船检的认可。
管子预制的场所都在车间内，所以焊接条件较好，严格按照WPS要求进行焊接，做好焊前预热和焊后热处理工作。焊前预热的温度必须在150度以上。管子焊接结束后，要及时报验船东、船检验收，检查焊接质量。
焊缝检验合格后，必须保证在焊缝温度冷却之后才能开展焊后热处理工作，否则直接热处理的话，残余奥氏体当热处理冷却后，将转变为马氏体，形成裂纹。（见图2）
焊后热处理的加热温度范围为635-645度，加热时间为120分钟。焊后热处理结束后，关闭电加热设备电源，让焊缝处的温度自然冷却。重点注意事项：焊后热处理48小时之后，才能进行焊缝探伤工作。
（四）焊缝硬度试验
管子焊缝热处理之后，需先进行硬度试验。在每个焊口处的两侧，各取三个点，打磨平整后，拿硬度检测仪在每一点上试验3次，并记录数据。要求每个点的硬度值都要小于洛氏硬度（HRC）22。试验结束后，形成硬度报告。
（五）焊缝探伤NDT
焊缝硬度试验合格后，需要对焊缝进行100%探伤。目前常用的探伤方式是伽玛射线探伤，使用的胶片类型为D5。射线底片应当有合适的标识，能够显示所属的船号、管口号等信息。射线底片评定自检合格后，交由船东、船检评定，评定合格的，方可进行相应的表面处理。
探伤检验有缺陷的，需及时通知焊接班组进行翻修。翻修时，必须严格按照翻修WPS进行施工，原则上同一母材最多只可以翻修两次，两次翻修仍旧不合格的，需做报废处理。
（六）管子表面处理
管子探伤交验后，需进行冲砂、油漆处理。一般的，高压泥浆管内表面是无需涂装处理的，只需对外表面进行冲砂、油漆。油漆根据船厂和船东共同确认的油漆配套来施工。冲砂后、每一度油漆施工后，都需及时报验船东，获得船东认可后方可进行下一步。
为了便于后期管线试压时焊缝查漏，在管子表面处理时，要求所有的焊缝是不做涂装处理的。以免后期试压时打磨焊缝。
（七）管子入库
管子表面处理结束，报验合格后，标记上相应的管段号，即可入库。
五、高压泥浆管安装过程研究
高压泥浆管安装的步骤主要有：装配、焊前热处理、焊接、焊后热处理、硬度试验、NDT、管系系统试验。从装配到NDT，基本要求和内场预制高压泥浆管差不多，在这里就不在累赘。重点研究一下管线系统的压力试验。同时，由于在外场作业，受到天气、吊车资源、安装位置等因素影响较大，相对施工难度也大。有一些需要注意的事项，需要在施工过程中重点关注。
（一）高压泥浆管安装的注意事项
1.注意天气因素影响
高压泥浆管的安装，基本都是在外场完成，露天作业较多，所以在安装过程中，尤其是焊接时，需要重点注意天气影响。
（1）风速：手工焊小于 8 m/s ，氩弧焊小于 2 m/s ；
（2）相对湿度：相对湿度小于 90% ；
（3）当环境条件达不到上述要求时，必须采用挡风等有效防护措施。
原则上，露天施工，下雨天气时，需停止施工。
2.其它需要注意事项
（1）焊前预热、焊后热处理必须做好相应的保暖工作，必须保证温度达到热处理的要求。
（2）在管子装配过程中，由于安装位置复杂，高压泥浆管比较笨重，再加上设计误差等因素，部分管段在装配过程中可能会难于对中。严禁靠外界硬力对管子进行对中、装配。所以，在焊接之前，可以松开管子支架的抱箍，检查管子是否正确装配，以保证高压泥浆管是在自由状态下进行焊接。
（3）焊后热处理48小时后才能进行焊缝探伤，否则该探伤报告视为无效，需要重新探伤。
（二）管线系统压力试验
管线压力试验，是高压泥浆管安装的最后一步，也是重要的一步，是对之前所有工作的一个整体检验，也是船东、船检重点检验项目。管线压力试验，以试压包为单位进行压力试验。试压包的划分，原则上按照管线的试验压力来进行划分，相同的试验压力划分在一起，同时，也要考虑所用的工装要尽量简单、尽量少，保证能够最方便、最快捷的完成高压泥浆管系统内所有管线的压力试验。
在每个试压包开始试压前，应由船厂、船东、船检对以下资料进行审查确认：
（1）管段组成件、焊材的制造厂质量证明文件；
（2）管段组成件、焊材的校验性检查或试验记录；
（3）试压包图上标明焊缝编号、焊接位置、无损检测方法、返修