10型和80型旋轉活接頭擊穿原因

中國石油鉆井工程技術研究院

10型和80型旋轉活接頭擊穿原因

杜珂 曹佳 張玉樹中國石油鉆井工程技術研究院

江蘇某公司生產的10型和80型旋轉接頭在使用中有少部分被擊穿。產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，倒角臺階對流體產生阻力，大顆粒石英砂在倒角臺階處進行沖蝕產生擊穿現象。找出擊穿的根本原因后，作如下改進：將倒角臺階改成10°，并且在WN彎接頭進口10mm處開始倒角，盡量不放在90°彎頭處。改進后，旋轉活接頭不再產生擊穿現象。

旋轉活接頭；擊穿；倒角臺階；改進

由江蘇某公司生產的10型和80型旋轉活接頭（活動彎頭）是按APISpec 16C標準生產的，有少部分產品在使用過程中被擊穿。綜合分析擊穿樣品后發現：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節，即不是最薄處。

1 擊穿樣品分析

1.1 原材料

旋轉活接頭使用的材料是30CrMo圓鋼，圓鋼經軋制、穿孔、彎曲等工序制作而成。對擊穿樣品取樣分析，結果表明，化學成分在正常范圍內，符合GB/T 3077的要求。

1.2 調質組織檢查

旋轉活接頭30CrMo鋼經調質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 機械性能

材料經熱處理調質處理后，其中3個沖擊試樣上的平均硬度分別為239、245、253 HB，其硬度、機械性能完全符合APISpec 16C中75K材料的要求。30CrMo鋼機械性能見表1。

表1 3 0 Cr Mo鋼機械性能

1.4 擊穿部位

長慶油田地質環境復雜，地下巖石比較堅硬，管道內流體含有堅硬的石英砂，沖刷作用明顯。10型、80型旋轉活接頭擊穿部位都在循環液進口第一道彎處的外弧部位，這表明石英砂的沖刷作用是產生擊穿的原因之一，但不是主要原因，因為不是所有的旋轉活接頭都有擊穿現象。

2 擊穿原因

旋轉活接頭擊穿不在壁薄處而在壁厚處。仔細分析裝配圖后發現，擊穿位于第三彈道外弧處。此處為流體進口處，順著流體方向有一個30°倒角，這個倒角臺階對流體產生阻力。大顆粒石英砂到達倒角臺階時稍作停頓，然后順著倒角臺階沖刷形成一個蝕坑，蝕坑慢慢擴大就產生擊穿。因此，產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，倒角臺階對流體產生阻力，大顆粒石英砂在倒角臺階處進行沖蝕產生擊穿現象。另外，此處內孔在成型時呈不規則，加工后臺階有大有小，這就是旋轉活接頭有的被擊穿有的沒有被擊穿的原因。

3 改進措施

找出擊穿的根本原因后，進行了如下改進：將倒角臺階改成10°，并且在WN彎接頭進口10mm處開始倒角，盡量不放在90°彎頭處。采取上述改進措施后，旋轉活接頭不再產生擊穿現象。

4 建議

（1）設計高壓流體控制元件時，盡量不要有倒角臺階。

（2）在油田日常施工過程中，高壓流體管道排布時，彎道越少越好。

（3）設計高壓流體控制元件時，若倒角臺階必須存在則盡量設計成小角度倒角臺階。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.079