高溫高壓快速連接接頭研制及試驗

孫玉豹，邱麗燦，趙建波

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

高溫高壓快速連接接頭研制及試驗

孫玉豹1，邱麗燦1，趙建波2

（1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452；2.山東省淄博榮豐機械有限公司，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管線連接，需要多個耐高溫高壓的快速接頭出現，解決稠油開采中的接頭連接問題對稠油開采的發展具有重要的意義?；诖吮疚闹饕透邷馗邏嚎焖龠B接接頭研制及試驗進行了分析，希望通過本次研究對更好積累工作經驗有一定助益。

稠油開發；高溫高壓；快速連接接頭；研制試驗

1 注汽管線快速連接接頭的技術研究方案

1.1 技術分析

（1）材質方面：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質鋼，常用于制造要求綜合力學性能和安全儲備均很高的軸類等結構件。

（2）連接形式：密封技術是該連接裝置的關鍵技術之一，密封性能的優劣直接影響并決定整個石油開采系統的安全性和可靠性，密封的基本要求是:工作壓力高、壽命長，耐腐蝕，性能可靠，結構緊湊，裝卸方便。通過對國內外文獻閱讀和吸收，得到全金屬密封和壓入安裝方式具有承壓高、工作可靠、壽命長的優點，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現，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，是一種用于機械、設備、管道只要是有流體的地方就是用的密封備件，使用內外部，起密封作用的材料。密封墊片是以金屬或非金屬板狀材質，經切割，沖壓或裁剪等工藝制成，用于管道之間的密封連接，機器設備的機件與機件之間的密封連接。

1.2 高溫高壓快速連接接頭的結構圖（圖1）

圖1 高溫高壓快速連接接頭的結構圖

2 高溫高壓快速連接接頭冷熱態試驗

2.1 高溫高壓快速連接接頭冷態試驗

第一，試驗條件：本試驗時間為2016年1月28日至2016年1月30日，試驗地點位于山東淄博榮豐機械有限公司廠房內。

第二，試驗設備：高溫高壓快速連接接頭，卡箍，補償器，打壓泵，壓力表。

第三，試驗目的：觀測常溫下高溫高壓快速連接接頭反復升壓有無泄漏。

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

第五，試驗過程：常溫下，對組裝好的設備進行壓力水密封性能試驗，試驗壓力由低到高臺階式上升，每上升5MPa，穩壓3分鐘，總結：本次試驗共進行了5次，每次試驗均無滲漏，鋼體無變形(圖2)。

圖2

2.2 高溫高壓快速連接接頭熱態試驗

首先，試驗條件：本試驗時間為2016年6月22日至2016年6月24日，試驗地點位于山東淄博榮豐機械有限公司廠房內；其次，試驗設備：高溫高壓快速連接接頭，卡箍，補償器，打壓泵，壓力表，鎧裝加熱片，智能溫控箱；再次，試驗目的：觀測高溫高壓快速連接接頭在工作狀態下（370℃）反復升降壓力，看有無泄漏；第四，連接方式：一端用卡箍將由壬與補償器進行連接（擴展容量），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，試驗過程：對組裝好的設備進行高溫高壓密封性能試驗。試驗時溫度每升高20℃注水一次，讓設備內的水隨著溫度升高，慢慢汽化成蒸汽，溫度升高的同時，壓力也逐漸上升，當溫度升至370℃壓力升至21MPa時，穩壓一段時間后，冷卻再泄壓，看各連接處有無滲漏，鋼體有無變形（數據參考試驗記錄）。

總結：本次試驗共進行了2次，每次試驗均無滲漏，鋼體無變形（圖3）。

圖3

2.3 分析實驗結果

冷態壓力試驗中，在室外溫度為零攝氏度左右時，試驗壓力是由低到高臺階式上升的，每上升5MPa，穩壓3分鐘，直到壓力升至水密封最高試驗壓力26 MPa時，持續穩壓一段時間然后泄壓，進行2次試驗，實驗結果得知每次試驗各個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時，可以達到21MPa的工作壓力，安全可靠。

熱態壓力試驗中，在室外溫度為20℃左右時，試驗時溫度每升高20℃注水一次，讓設備內的水隨著溫度升高，慢慢汽化成蒸汽，溫度升高的同時，壓力也逐漸上升，當溫度升至370℃壓力升至21MPa時，穩壓一段時間后，冷卻再泄壓，進行2次試驗。

由試驗結果得知，每次試驗，溫度升高及壓力上升的各個階段，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，且達到21MPa的工作壓力時，不會出現熱變化而產生泄漏問題。通過以上實驗得到，高溫高壓快速連接接頭可耐高溫370℃，耐高壓21MPa，且不會出現因冷熱變化而產生的泄漏問題。由于該裝置是球面密封且材質是CrMo，所以本裝置的應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。

3 結語

高溫高壓快速連接接頭所需材料由高強度合金鋼鍛造而成，經過嚴格的熱處理，保證接頭有均勻一致的金相組織和承壓能力。結構密封可靠，裝卸快捷，互換性好，連接頭與管線部分連接方式為焊接結構，焊口經嚴格的無損檢測。產品可耐高溫370℃，耐高壓21MPa，且不會出現因冷熱變化而產生的泄漏問題。

本裝置的應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。該裝置完善了稠油油藏開采中的熱采技術，進一步提高了稠油的采收率。

[1] 趙麗莎，吳小川，易晨曦，等.稠油開采技術現狀及展望[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力分析及強度評價[D].大慶：東北石油大學，2013.

[3] 孫偉，黃志強.熱應力補償器設計和研究[D].荊州：長江大學，2014.

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1671-0711（2016）12（上）-0134-02