高温高压快速连接接头研制及试验

孙玉豹，邱丽灿，赵建波

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2.山东省淄博荣丰机械有限公司，山东 淄博 255000）

高温高压快速连接接头研制及试验

孙玉豹1，邱丽灿1，赵建波2

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2.山东省淄博荣丰机械有限公司，山东 淄博 255000）

我国有丰富的稠油资源，但在开采过程中一直存在很多需要解决的问题，比如高温高压热蒸汽的传输，在蒸汽锅炉出口至井口之间通过注汽活动管线连接，需要多个耐高温高压的快速接头出现，解决稠油开采中的接头连接问题对稠油开采的发展具有重要的意义。基于此本文主要就高温高压快速连接接头研制及试验进行了分析，希望通过本次研究对更好积累工作经验有一定助益。

稠油开发；高温高压；快速连接接头；研制试验

1 注汽管线快速连接接头的技术研究方案

1.1 技术分析

（1）材质方面：该连接装置公头和母头采用15CrMo，15CrMo钢系珠光体组织耐热钢，在高温下具有较高的热强性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氢腐蚀能力，符合耐高温370℃、耐高压21MP的要求，且15CrMo 钢具有良好的焊接性能和加工工艺性能。

该连接装置锤击螺母采用的是35CrMo，35Cr Mo 钢是一种中碳的低合金调质钢，常用于制造要求综合力学性能和安全储备均很高的轴类等结构件。

（2）连接形式：密封技术是该连接装置的关键技术之一，密封性能的优劣直接影响并决定整个石油开采系统的安全性和可靠性，密封的基本要求是:工作压力高、寿命长，耐腐蚀，性能可靠，结构紧凑，装卸方便。通过对国内外文献阅读和吸收，得到全金属密封和压入安装方式具有承压高、工作可靠、寿命长的优点，且该装置输送蒸汽需要耐高温耐高压的性能，所以采用金属密封。金属密封取决于, 两个金属表面要有良好的接触, 而在它们之间压紧后, 使之漏径最小，其漏径的大小取决于接触面的载面轮廓形状，要想达到低漏气率就必须加大于接触表面上的压紧力， 使漏径截面减小来实现，即采用球面密封是最为合适的，且球面密封具有一定的方向性。

密封垫片，是一种用于机械、设备、管道只要是有流体的地方就是用的密封备件，使用内外部，起密封作用的材料。密封垫片是以金属或非金属板状材质，经切割，冲压或裁剪等工艺制成，用于管道之间的密封连接，机器设备的机件与机件之间的密封连接。

1.2 高温高压快速连接接头的结构图（图1）

图1 高温高压快速连接接头的结构图

2 高温高压快速连接接头冷热态试验

2.1 高温高压快速连接接头冷态试验

第一，试验条件：本试验时间为2016年1月28日至2016年1月30日，试验地点位于山东淄博荣丰机械有限公司厂房内。

第二，试验设备：高温高压快速连接接头，卡箍，补偿器，打压泵，压力表。

第三，试验目的：观测常温下高温高压快速连接接头反复升压有无泄漏。

第四，连接方式：一端用卡箍将由壬与补偿器进行连接（扩展容量），另一端与打压泵连接。

第五，试验过程：常温下，对组装好的设备进行压力水密封性能试验，试验压力由低到高台阶式上升，每上升5MPa，稳压3分钟，总结：本次试验共进行了5次，每次试验均无渗漏，钢体无变形(图2)。

图2

2.2 高温高压快速连接接头热态试验

首先，试验条件：本试验时间为2016年6月22日至2016年6月24日，试验地点位于山东淄博荣丰机械有限公司厂房内；其次，试验设备：高温高压快速连接接头，卡箍，补偿器，打压泵，压力表，铠装加热片，智能温控箱；再次，试验目的：观测高温高压快速连接接头在工作状态下（370℃）反复升降压力，看有无泄漏；第四，连接方式：一端用卡箍将由壬与补偿器进行连接（扩展容量），另一端与打压泵连接由壬部分用铠装加热片包覆并做保温；最后，试验过程：对组装好的设备进行高温高压密封性能试验。试验时温度每升高20℃注水一次，让设备内的水随着温度升高，慢慢汽化成蒸汽，温度升高的同时，压力也逐渐上升，当温度升至370℃压力升至21MPa时，稳压一段时间后，冷却再泄压，看各连接处有无渗漏，钢体有无变形（数据参考试验记录）。

总结：本次试验共进行了2次，每次试验均无渗漏，钢体无变形（图3）。

图3

2.3 分析实验结果

冷态压力试验中，在室外温度为零摄氏度左右时，试验压力是由低到高台阶式上升的，每上升5MPa，稳压3分钟，直到压力升至水密封最高试验压力26 MPa时，持续稳压一段时间然后泄压，进行2次试验，实验结果得知每次试验各个压力阶段的连接处没有泄漏且钢体无变形，说明高温高压快速连接接头输送常温介质时，可以达到21MPa的工作压力，安全可靠。

热态压力试验中，在室外温度为20℃左右时，试验时温度每升高20℃注水一次，让设备内的水随着温度升高，慢慢汽化成蒸汽，温度升高的同时，压力也逐渐上升，当温度升至370℃压力升至21MPa时，稳压一段时间后，冷却再泄压，进行2次试验。

由试验结果得知，每次试验，温度升高及压力上升的各个阶段，高温高压快速连接接头没有泄漏且钢体无变形，说明高温高压快速连接接头输送370摄氏度高温介质，且达到21MPa的工作压力时，不会出现热变化而产生泄漏问题。通过以上实验得到，高温高压快速连接接头可耐高温370℃，耐高压21MPa，且不会出现因冷热变化而产生的泄漏问题。由于该装置是球面密封且材质是CrMo，所以本装置的应用还能提供输汽管线的柔性变形，适用于不同工况下的注汽作业。

3 结语

高温高压快速连接接头所需材料由高强度合金钢锻造而成，经过严格的热处理，保证接头有均匀一致的金相组织和承压能力。结构密封可靠，装卸快捷，互换性好，连接头与管线部分连接方式为焊接结构，焊口经严格的无损检测。产品可耐高温370℃，耐高压21MPa，且不会出现因冷热变化而产生的泄漏问题。

本装置的应用还能提供输汽管线的柔性变形，适用于不同工况下的注汽作业。该装置完善了稠油油藏开采中的热采技术，进一步提高了稠油的采收率。

[1] 赵丽莎，吴小川，易晨曦，等.稠油开采技术现状及展望[J].辽宁化工，2013.42(4):363～367.

[2] 朱磊，刘巨保.注蒸汽热采井套管及螺纹热应力分析及强度评价[D].大庆：东北石油大学，2013.

[3] 孙伟，黄志强.热应力补偿器设计和研究[D].荆州：长江大学，2014.

TD522

A

1671-0711（2016）12（上）-0134-02