杜珂 曹佳 张玉树 中国石油钻井工程技术研究院

摘要：江苏某公司生产的10型和80型旋转接头在使用中有少部分被击穿。产生击穿的主要原因是倒角太大，且倒角部位正好处在90°折弯处，此处流体流向急剧改变，倒角台阶对流体产生阻力，大颗粒石英砂在倒角台阶处进行冲蚀产生击穿现象。找出击穿的根本原因后，作如下改进：将倒角台阶改成10°，并且在WN弯接头进口10 mm处开始倒角，尽量不放在90°弯头处。改进后，旋转活接头不再产生击穿现象。
关键词：旋转活接头；击穿；倒角台阶；改进
由江苏某公司生产的10型和80型旋转活接头（活动弯头）是按API Spec 16C标准生产的，有少部分产品在使用过程中被击穿。综合分析击穿样品后发现：①击穿的部位基本相同，都在WN弯接头外弹道处；②在第三弹道外弧处击穿；③击穿部位不是最薄弱环节，即不是最薄处。
1 击穿样品分析
1.1 原材料
旋转活接头使用的材料是30CrMo圆钢，圆钢经轧制、穿孔、弯曲等工序制作而成。对击穿样品取样分析，结果表明，化学成分在正常范围内，符合GB/T 3077的要求。
1.2 调质组织检查
旋转活接头30CrMo钢经调质后正常组织是回火索氏体，回火索氏体加少量下贝氏体，属正常组织。
1.3 机械性能
材料经热处理调质处理后，其中3个冲击试样上的平均硬度分别为 239、245、253 HB，其硬度、机械性能完全符合API Spec 16C中75 K材料的要求。30CrMo钢机械性能见表1。
表1 30CrMo钢机械性能

1.4 击穿部位
长庆油田地质环境复杂，地下岩石比较坚硬，管道内流体含有坚硬的石英砂，冲刷作用明显。10型、80型旋转活接头击穿部位都在循环液进口第一道弯处的外弧部位，这表明石英砂的冲刷作用是产生击穿的原因之一，但不是主要原因，因为不是所有的旋转活接头都有击穿现象。
2 击穿原因
旋转活接头击穿不在壁薄处而在壁厚处。仔细分析装配图后发现，击穿位于第三弹道外弧处。此处为流体进口处，顺着流体方向有一个30°倒角，这个倒角台阶对流体产生阻力。大颗粒石英砂到达倒角台阶时稍作停顿，然后顺着倒角台阶冲刷形成一个蚀坑，蚀坑慢慢扩大就产生击穿。因此，产生击穿的主要原因是倒角太大，且倒角部位正好处在 90°折弯处，此处流体流向急剧改变，倒角台阶对流体产生阻力，大颗粒石英砂在倒角台阶处进行冲蚀产生击穿现象。另外，此处内孔在成型时呈不规则，加工后台阶有大有小，这就是旋转活接头有的被击穿有的没有被击穿的原因。
3 改进措施
找出击穿的根本原因后，进行了如下改进：将倒角台阶改成10°，并且在WN弯接头进口10 mm处开始倒角，尽量不放在90°弯头处。采取上述改进措施后，旋转活接头不再产生击穿现象。
4 建议
（1）设计高压流体控制元件时，尽量不要有倒角台阶。
（2）在油田日常施工过程中，高压流体管道排布时，弯道越少越好。
（3）设计高压流体控制元件时，若倒角台阶必须存在则尽量设计成小角度倒角台阶。