孫玉豹，邱麗燦，趙建波

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452；2.山東省淄博榮豐機(jī)械有限公司，山東 淄博 255000）

高溫高壓快速連接接頭研制及試驗(yàn)

孫玉豹1，邱麗燦1，趙建波2

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452；2.山東省淄博榮豐機(jī)械有限公司，山東 淄博 255000）

我國有豐富的稠油資源，但在開采過程中一直存在很多需要解決的問題，比如高溫高壓熱蒸汽的傳輸，在蒸汽鍋爐出口至井口之間通過注汽活動(dòng)管線連接，需要多個(gè)耐高溫高壓的快速接頭出現(xiàn)，解決稠油開采中的接頭連接問題對稠油開采的發(fā)展具有重要的意義?；诖吮疚闹饕透邷馗邏嚎焖龠B接接頭研制及試驗(yàn)進(jìn)行了分析，希望通過本次研究對更好積累工作經(jīng)驗(yàn)有一定助益。

稠油開發(fā)；高溫高壓；快速連接接頭；研制試驗(yàn)

1 注汽管線快速連接接頭的技術(shù)研究方案

1.1 技術(shù)分析

（1）材質(zhì)方面：該連接裝置公頭和母頭采用15CrMo，15CrMo鋼系珠光體組織耐熱鋼，在高溫下具有較高的熱強(qiáng)性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氫腐蝕能力，符合耐高溫370℃、耐高壓21MP的要求，且15CrMo 鋼具有良好的焊接性能和加工工藝性能。

該連接裝置錘擊螺母采用的是35CrMo，35Cr Mo 鋼是一種中碳的低合金調(diào)質(zhì)鋼，常用于制造要求綜合力學(xué)性能和安全儲(chǔ)備均很高的軸類等結(jié)構(gòu)件。

（2）連接形式：密封技術(shù)是該連接裝置的關(guān)鍵技術(shù)之一，密封性能的優(yōu)劣直接影響并決定整個(gè)石油開采系統(tǒng)的安全性和可靠性，密封的基本要求是:工作壓力高、壽命長，耐腐蝕，性能可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，裝卸方便。通過對國內(nèi)外文獻(xiàn)閱讀和吸收，得到全金屬密封和壓入安裝方式具有承壓高、工作可靠、壽命長的優(yōu)點(diǎn)，且該裝置輸送蒸汽需要耐高溫耐高壓的性能，所以采用金屬密封。金屬密封取決于, 兩個(gè)金屬表面要有良好的接觸, 而在它們之間壓緊后, 使之漏徑最小，其漏徑的大小取決于接觸面的載面輪廓形狀，要想達(dá)到低漏氣率就必須加大于接觸表面上的壓緊力， 使漏徑截面減小來實(shí)現(xiàn)，即采用球面密封是最為合適的，且球面密封具有一定的方向性。

密封墊片，是一種用于機(jī)械、設(shè)備、管道只要是有流體的地方就是用的密封備件，使用內(nèi)外部，起密封作用的材料。密封墊片是以金屬或非金屬板狀材質(zhì)，經(jīng)切割，沖壓或裁剪等工藝制成，用于管道之間的密封連接，機(jī)器設(shè)備的機(jī)件與機(jī)件之間的密封連接。

1.2 高溫高壓快速連接接頭的結(jié)構(gòu)圖（圖1）

圖1 高溫高壓快速連接接頭的結(jié)構(gòu)圖

2 高溫高壓快速連接接頭冷熱態(tài)試驗(yàn)

2.1 高溫高壓快速連接接頭冷態(tài)試驗(yàn)

第一，試驗(yàn)條件：本試驗(yàn)時(shí)間為2016年1月28日至2016年1月30日，試驗(yàn)地點(diǎn)位于山東淄博榮豐機(jī)械有限公司廠房內(nèi)。

第二，試驗(yàn)設(shè)備：高溫高壓快速連接接頭，卡箍，補(bǔ)償器，打壓泵，壓力表。

第三，試驗(yàn)?zāi)康模河^測常溫下高溫高壓快速連接接頭反復(fù)升壓有無泄漏。

第四，連接方式：一端用卡箍將由壬與補(bǔ)償器進(jìn)行連接（擴(kuò)展容量），另一端與打壓泵連接。

第五，試驗(yàn)過程：常溫下，對組裝好的設(shè)備進(jìn)行壓力水密封性能試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力由低到高臺(tái)階式上升，每上升5MPa，穩(wěn)壓3分鐘，總結(jié)：本次試驗(yàn)共進(jìn)行了5次，每次試驗(yàn)均無滲漏，鋼體無變形(圖2)。

圖2

2.2 高溫高壓快速連接接頭熱態(tài)試驗(yàn)

首先，試驗(yàn)條件：本試驗(yàn)時(shí)間為2016年6月22日至2016年6月24日，試驗(yàn)地點(diǎn)位于山東淄博榮豐機(jī)械有限公司廠房內(nèi)；其次，試驗(yàn)設(shè)備：高溫高壓快速連接接頭，卡箍，補(bǔ)償器，打壓泵，壓力表，鎧裝加熱片，智能溫控箱；再次，試驗(yàn)?zāi)康模河^測高溫高壓快速連接接頭在工作狀態(tài)下（370℃）反復(fù)升降壓力，看有無泄漏；第四，連接方式：一端用卡箍將由壬與補(bǔ)償器進(jìn)行連接（擴(kuò)展容量），另一端與打壓泵連接由壬部分用鎧裝加熱片包覆并做保溫；最后，試驗(yàn)過程：對組裝好的設(shè)備進(jìn)行高溫高壓密封性能試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)溫度每升高20℃注水一次，讓設(shè)備內(nèi)的水隨著溫度升高，慢慢汽化成蒸汽，溫度升高的同時(shí)，壓力也逐漸上升，當(dāng)溫度升至370℃壓力升至21MPa時(shí)，穩(wěn)壓一段時(shí)間后，冷卻再泄壓，看各連接處有無滲漏，鋼體有無變形（數(shù)據(jù)參考試驗(yàn)記錄）。

總結(jié)：本次試驗(yàn)共進(jìn)行了2次，每次試驗(yàn)均無滲漏，鋼體無變形（圖3）。

圖3

2.3 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

冷態(tài)壓力試驗(yàn)中，在室外溫度為零攝氏度左右時(shí)，試驗(yàn)壓力是由低到高臺(tái)階式上升的，每上升5MPa，穩(wěn)壓3分鐘，直到壓力升至水密封最高試驗(yàn)壓力26 MPa時(shí)，持續(xù)穩(wěn)壓一段時(shí)間然后泄壓，進(jìn)行2次試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知每次試驗(yàn)各個(gè)壓力階段的連接處沒有泄漏且鋼體無變形，說明高溫高壓快速連接接頭輸送常溫介質(zhì)時(shí)，可以達(dá)到21MPa的工作壓力，安全可靠。

熱態(tài)壓力試驗(yàn)中，在室外溫度為20℃左右時(shí)，試驗(yàn)時(shí)溫度每升高20℃注水一次，讓設(shè)備內(nèi)的水隨著溫度升高，慢慢汽化成蒸汽，溫度升高的同時(shí)，壓力也逐漸上升，當(dāng)溫度升至370℃壓力升至21MPa時(shí)，穩(wěn)壓一段時(shí)間后，冷卻再泄壓，進(jìn)行2次試驗(yàn)。

由試驗(yàn)結(jié)果得知，每次試驗(yàn)，溫度升高及壓力上升的各個(gè)階段，高溫高壓快速連接接頭沒有泄漏且鋼體無變形，說明高溫高壓快速連接接頭輸送370攝氏度高溫介質(zhì)，且達(dá)到21MPa的工作壓力時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)熱變化而產(chǎn)生泄漏問題。通過以上實(shí)驗(yàn)得到，高溫高壓快速連接接頭可耐高溫370℃，耐高壓21MPa，且不會(huì)出現(xiàn)因冷熱變化而產(chǎn)生的泄漏問題。由于該裝置是球面密封且材質(zhì)是CrMo，所以本裝置的應(yīng)用還能提供輸汽管線的柔性變形，適用于不同工況下的注汽作業(yè)。

3 結(jié)語

高溫高壓快速連接接頭所需材料由高強(qiáng)度合金鋼鍛造而成，經(jīng)過嚴(yán)格的熱處理，保證接頭有均勻一致的金相組織和承壓能力。結(jié)構(gòu)密封可靠，裝卸快捷，互換性好，連接頭與管線部分連接方式為焊接結(jié)構(gòu)，焊口經(jīng)嚴(yán)格的無損檢測。產(chǎn)品可耐高溫370℃，耐高壓21MPa，且不會(huì)出現(xiàn)因冷熱變化而產(chǎn)生的泄漏問題。

本裝置的應(yīng)用還能提供輸汽管線的柔性變形，適用于不同工況下的注汽作業(yè)。該裝置完善了稠油油藏開采中的熱采技術(shù)，進(jìn)一步提高了稠油的采收率。

[1] 趙麗莎，吳小川，易晨曦，等.稠油開采技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].遼寧化工，2013.42(4):363～367.

[2] 朱磊，劉巨保.注蒸汽熱采井套管及螺紋熱應(yīng)力分析及強(qiáng)度評價(jià)[D].大慶：東北石油大學(xué)，2013.

[3] 孫偉，黃志強(qiáng).熱應(yīng)力補(bǔ)償器設(shè)計(jì)和研究[D].荊州：長江大學(xué)，2014.

TD522

A

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