淺談40MPA高壓活動彎頭密封的技術改進

陳 磊 熊學兵 何茂林 韓紅光

（中石化勝利油田分公司孤島采油廠，山東 東營 257231）

40Mpa高壓活動彎頭是油田油水井施工過程中高壓管匯連接的必須件。通過高壓活動彎頭，實現油水井高壓管線與水泥車高壓管線任意方向的連接。長期以來，高壓活動彎頭使用過程中，存在著在低壓時接口處密封不良，液體刺漏，污染施工井場；同時，因壓力液體泄漏，使得水泥車施工過程中壓力和排量達不到規定要求。因此，徹底解決高壓活動彎頭的低壓刺漏非常必要。為此，孤島采油廠特車大隊開展了40Mpa高壓活動彎頭防低壓刺漏的研究與應用，并取得了較好效果。

1 40Mpa高壓活動彎頭的刺漏情況

40Mpa高壓活動彎頭主要連接井口與水泥車的高壓管線。使用過程中，存在彎頭接口處刺漏液體現象。在低壓時刺漏尤為嚴重。刺漏液體后，注入井內的液體壓力和排量不能滿足施工工藝要求，井場污染不能滿足清潔生產要求。因此，高壓彎頭的刺漏成為影響水泥車井場施工的重要因素。下圖為高壓活動彎頭現場刺漏情況和報廢情況。

2 40Mpa高壓活動彎頭的結構分析

研究表明，40Mpa高壓活動彎頭主要由彎頭主體和與之相配合的彎頭接頭組成。彎頭接頭放置在彎頭主體的孔內，漲圈型橡膠密封圈放置在彎頭主體與彎頭接頭的結合處，彎頭接頭與彎頭主體之間具有球型滾珠軌道，通過放入滾珠到球型滾珠軌道內，實現高壓活動彎頭的彎頭主體與彎頭接頭的軸向定位。

3 40Mpa高壓活動彎頭低壓刺漏原因分析

根據該40Mpa高壓活動彎頭的結構進行分析，在彎頭組裝完畢后，橡膠密封圈處于彎頭接頭的端面與彎頭主體的內孔斷部平面之間。由于高壓活動彎頭必須能夠轉動，因此密封圈不能被壓緊，使得密封圈與兩平面之間處于間隙配合狀態。根據設計，高壓活動彎頭的密封為漲圈型密封。即依靠高壓液體的壓力漲開密封圈來實現密封。漲圈密封圈是中空橡膠件，在液體壓力的作用下，橡膠圈通膨脹，使得密封圈實現端面密封。然而，密封圈的膨脹變形是隨液體壓力的逐步升高而增大的。只有在密封圈變形到與相配合的端面發生擠壓狀態下，才能保證密封良好。如果是長期處于低壓狀態工作，密封圈將無法保證密封，出現液體刺漏。

4 40Mpa高壓活動彎頭密封的技術改進措施

根據分析，40Mpa高壓活動彎頭出現低壓時密封不良的關鍵原因在于其結構上存在缺陷。因此，無法保證其低壓狀態下的密封。為改進低壓時的密封效果，我們在高壓活動彎頭內增加了一個波紋彈性擋圈。依靠波紋彈性擋圈的彈性力實現密封圈在低壓狀態下的預緊，解決了低壓狀態下密封圈因預緊力不足造成的液體刺漏；同時，彈性擋圈的彈性可以有效緩沖施工過程的液力沖擊造成球形滾珠軌道及鋼球的磨損。彈性擋圈通過變形來調整軸向間隙及預緊力。

5 實施效果

高壓彎頭刺漏液體過程

2009年以來，在孤島采油廠特車大隊成功實施了40Mpa高壓活動彎頭密封的技術改進，累計修復廢棄的高壓活動彎頭52只，經過現場試驗，徹底解決了高壓活動彎頭在低壓狀態下的液體刺漏問題，實現了施工現場的安全環保和保證了施工過程壓力和排量的真實有效，年度實現創經濟效益6萬元，見到了很好的效果。

結論

40Mpa高壓活動彎頭密封的技術改進，利用彈性預緊原理，解決了原來高壓活動彎頭低壓密封存在的缺陷，實現了低壓和高壓下良好的密封。

現場應用表明，該技術改進簡單易行，成本低、效果好，具有良好的推廣價值。

[1]徐灝.機械設計手冊（第 4 卷）[M].石油工業出版社，1991，9.

[2]40Mpa高壓活動彎頭使用說明書[Z].

[3]王云.多筒冷卻機連接彎頭密封的改進[J].四川水泥，1999.04.15.