10型和80型旋轉(zhuǎn)活接頭擊穿原因

中國(guó)石油鉆井工程技術(shù)研究院

10型和80型旋轉(zhuǎn)活接頭擊穿原因

杜珂 曹佳 張玉樹(shù)中國(guó)石油鉆井工程技術(shù)研究院

江蘇某公司生產(chǎn)的10型和80型旋轉(zhuǎn)接頭在使用中有少部分被擊穿。產(chǎn)生擊穿的主要原因是倒角太大，且倒角部位正好處在90°折彎處，此處流體流向急劇改變，倒角臺(tái)階對(duì)流體產(chǎn)生阻力，大顆粒石英砂在倒角臺(tái)階處進(jìn)行沖蝕產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象。找出擊穿的根本原因后，作如下改進(jìn)：將倒角臺(tái)階改成10°，并且在WN彎接頭進(jìn)口10mm處開(kāi)始倒角，盡量不放在90°彎頭處。改進(jìn)后，旋轉(zhuǎn)活接頭不再產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象。

旋轉(zhuǎn)活接頭；擊穿；倒角臺(tái)階；改進(jìn)

由江蘇某公司生產(chǎn)的10型和80型旋轉(zhuǎn)活接頭（活動(dòng)彎頭）是按APISpec 16C標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，有少部分產(chǎn)品在使用過(guò)程中被擊穿。綜合分析擊穿樣品后發(fā)現(xiàn)：①擊穿的部位基本相同，都在WN彎接頭外彈道處；②在第三彈道外弧處擊穿；③擊穿部位不是最薄弱環(huán)節(jié)，即不是最薄處。

1 擊穿樣品分析

1.1 原材料

旋轉(zhuǎn)活接頭使用的材料是30CrMo圓鋼，圓鋼經(jīng)軋制、穿孔、彎曲等工序制作而成。對(duì)擊穿樣品取樣分析，結(jié)果表明，化學(xué)成分在正常范圍內(nèi)，符合GB/T 3077的要求。

1.2 調(diào)質(zhì)組織檢查

旋轉(zhuǎn)活接頭30CrMo鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后正常組織是回火索氏體，回火索氏體加少量下貝氏體，屬正常組織。

1.3 機(jī)械性能

材料經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)處理后，其中3個(gè)沖擊試樣上的平均硬度分別為239、245、253 HB，其硬度、機(jī)械性能完全符合APISpec 16C中75K材料的要求。30CrMo鋼機(jī)械性能見(jiàn)表1。

表1 3 0 Cr Mo鋼機(jī)械性能

1.4 擊穿部位

長(zhǎng)慶油田地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，地下巖石比較堅(jiān)硬，管道內(nèi)流體含有堅(jiān)硬的石英砂，沖刷作用明顯。10型、80型旋轉(zhuǎn)活接頭擊穿部位都在循環(huán)液進(jìn)口第一道彎處的外弧部位，這表明石英砂的沖刷作用是產(chǎn)生擊穿的原因之一，但不是主要原因，因?yàn)椴皇撬械男D(zhuǎn)活接頭都有擊穿現(xiàn)象。

2 擊穿原因

旋轉(zhuǎn)活接頭擊穿不在壁薄處而在壁厚處。仔細(xì)分析裝配圖后發(fā)現(xiàn)，擊穿位于第三彈道外弧處。此處為流體進(jìn)口處，順著流體方向有一個(gè)30°倒角，這個(gè)倒角臺(tái)階對(duì)流體產(chǎn)生阻力。大顆粒石英砂到達(dá)倒角臺(tái)階時(shí)稍作停頓，然后順著倒角臺(tái)階沖刷形成一個(gè)蝕坑，蝕坑慢慢擴(kuò)大就產(chǎn)生擊穿。因此，產(chǎn)生擊穿的主要原因是倒角太大，且倒角部位正好處在90°折彎處，此處流體流向急劇改變，倒角臺(tái)階對(duì)流體產(chǎn)生阻力，大顆粒石英砂在倒角臺(tái)階處進(jìn)行沖蝕產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象。另外，此處內(nèi)孔在成型時(shí)呈不規(guī)則，加工后臺(tái)階有大有小，這就是旋轉(zhuǎn)活接頭有的被擊穿有的沒(méi)有被擊穿的原因。

3 改進(jìn)措施

找出擊穿的根本原因后，進(jìn)行了如下改進(jìn)：將倒角臺(tái)階改成10°，并且在WN彎接頭進(jìn)口10mm處開(kāi)始倒角，盡量不放在90°彎頭處。采取上述改進(jìn)措施后，旋轉(zhuǎn)活接頭不再產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象。

4 建議

（1）設(shè)計(jì)高壓流體控制元件時(shí)，盡量不要有倒角臺(tái)階。

（2）在油田日常施工過(guò)程中，高壓流體管道排布時(shí)，彎道越少越好。

（3）設(shè)計(jì)高壓流體控制元件時(shí)，若倒角臺(tái)階必須存在則盡量設(shè)計(jì)成小角度倒角臺(tái)階。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.079