浅谈40MPA高压活动弯头密封技术的改进

      针对油田水泥车施工中40Mpa高压活动弯头液体刺漏，无法保证施工压力和排量，污染井场，活动弯头寿命短问题。分析刺漏的原因在于其密封原理存在缺陷。密封依靠橡胶的膨胀实现，橡胶膨胀依靠液体的压力来实现，因此，在橡胶没有膨胀到位以前，其膨胀量不足，造成低压密封不严而刺漏。对密封圈增加弹性预紧件，增加预紧力，彻底消除了高压活动弯头刺漏液体的现象。确保水泥车施工压力和排量，保证了清洁生产。该改进技术成功应用于某采油厂17台水泥车上，彻底杜绝了高压活动弯头的低压刺漏，具有较好的推广应用价值。

    40Mpa高压活动弯头是油田油水井施工过程中高压管汇连接的必须件。通过高压活动弯头，实现油水井高压管线与水泥车高压管线任意方向的连接。长期以来，高压活动弯头使用过程中，存在着在低压时接口处密封不良，液体刺漏，污染施工井场；同时，因压力液体泄漏，使得水泥车施工过程中压力和排量达不到规定要求。因此，彻底解决高压活动弯头的低压刺漏非常必要。为此，采油厂特车大队开展了40Mpa高压活动弯头防低压刺漏的研究与应用，并取得了较好效果。
1.40Mpa高压活动弯头的刺漏情况
    40Mpa高压活动弯头主要连接井口与水泥车的高压管线。使用过程中，存在弯头接口处刺漏液体现象。在低压时刺漏尤为严重。刺漏液体后，注入井内的液体压力和排量不能满足施工工艺要求，井场污染不能满足清洁生产要求。因此，高压弯头的刺漏成为影响水泥车井场施工的重要因素。下图为高压活动弯头现场刺漏情况和报废情况。
    
                 活动弯头刺漏                                            活动弯头报废
2.40Mpa高压活动弯头的结构分析
    研究表明，40Mpa高压活动弯头主要由弯头主体和与之相配合的弯头接头及锤击由壬组成。弯头接头放置在弯头主体的孔内，涨圈型橡胶密封圈放置在弯头主体与弯头接头的结合处，弯头接头与弯头主体之间具有球型滚珠轨道，通过放入滚珠到球型滚珠轨道内，实现高压活动弯头的弯头主体与弯头接头的轴向定位。

       弯头主体        膨胀密封圈      钢球    弯头接头
3 40Mpa高压活动弯头低压刺漏原因分析
    根据该40Mpa高压活动弯头的结构进行分析，在弯头组装完毕后，橡胶密封圈处于弯头接头的端而与弯头主体的内孔断部平而之间。由于高压活动弯头必须能够转动，因此密封圈不能被压紧，使得密封圈与两平面之间处于间隙配合状态。根据设计，高压活动弯头的密封为涨圈型密封。即依靠高压液体的压力涨开密封圈来实现密封。涨圈密封圈是中空橡胶件，在液体压力的作用下，橡胶圈通膨胀，使得密封圈实现端面密封。然而，密封圈的膨胀变形是随液体压力的逐步升高而增大的。只有在密封圈变形到与相配合的端面发生挤压状态下，才能保证密封良好。如果是长期处于低压状态工作，密封圈将无法保证密封，出现液体刺漏。

               高压弯头刺漏液体过程
4.40Mpa高压活动弯头密封的技术改进措施
    根据分析，40Mpa高压活动弯头出现低压时密封不良的关键原因在于其结构上存在缺陷。因此，无法保证其低压状态下的密封。为改进低压时的密封效果，我们在高压活动弯头内增加了一个波纹弹性挡圈。依靠波纹弹性挡圈的弹性力实现密封圈在低压状态下的预紧，解决了低压状态下密封圈因预紧力不足造成的液体刺漏：同时，弹性挡圈的弹性可以有效缓冲施工过程的液力冲击造成球形滚珠轨道及钢球的磨损。弹性挡圈通过变形来调整轴向间隙及预紧力。
5.实施效果
    2009年以来，在采油厂特车大队成功实施了40Mpa高压活动弯头密封的技术改进，累计修复废弃的高压活动弯头52只，经过现场试验，彻底解决了高压活动弯头在低压状态下的液体刺漏问题，实现了施工现场的安全环保和保证了施工过程压力和排量的真实有效，年度实现创经济效益6万元，见到了很好的效果。
结论
    40Mpa高压活动弯头密封的技术改进，利用弹性预紧原理，解决了原来高压活动弯头低压密封存在的缺陷，实现了低压和高压下良好的密封。
    现场应用表明，该技术改进简单易行，成本低、效果好，具有良好的推广价值。