Du Ke, Cao Jia, Zhang Yushu, Instituto de Investigación en Tecnología de Ingeniería de Perforación CNPC
Resumen: Durante el servicio se penetraron un pequeño número de uniones rotativas Style 10 y Style 80 producidas por una empresa de Jiangsu. La causa principal fue un chaflón sobredimensionado situado exactamente en una curva de 90 grados. En este punto, la dirección del flujo cambia bruscamente, el escalón biflado crea resistencia al flujo y grandes partículas de cuarzo y arena erosionan el área del escalón hasta que ocurre la penetración por lavado. Tras identificar la causa raíz, el escalón del chaflado se cambió a 10 grados y el chaflado comenzó a 10 mm de la entrada del codo WN, evitando colocarlo en la curva de 90 grados tanto como fuera posible. Tras la mejora, la penetración por lavado dejó de producirse en las uniones giratorias.
Palabras clave: sindicato rotatorio; Unión giratoria; penetración de lavado; chanflar; Mejora
Los Uniones giratorias rotativos Style 10 y Style 80, también llamados codos móviles, se fabricaron según la API Spec 16C. Durante su uso, una pequeña parte de los productos experimentó penetración. Un análisis combinado de las muestras penetradas mostró tres características: las ubicaciones de penetración eran básicamente las mismas y todas estaban en el conducto curvado exterior del codo WN; la penetración ocurrió en el arco exterior del tercer circuito; y la zona penetrada no era la sección más débil ni la más delgada.
1. Análisis de muestras penetradas
1.1 Materia prima
La Unión giratoria rotatorio estaba fabricado con acero redondo de 30CrMo. El acero redondo se producía mediante laminación, perforación, flexión y procesos relacionados. El análisis de muestreo de la parte penetrada mostró que la composición química estaba dentro del rango normal y cumplía con los requisitos de GB/T 3077.
1.2 Microestructura templada y templada
Tras el temple y el temple, la microestructura normal del acero 30CrMo utilizada para el Unión giratoria es un sorbite templado con una pequeña cantidad de bainita inferior. Esta es una microestructura normal para el material.
1.3 Propiedades mecánicas
Tras el tratamiento térmico, los valores medios de dureza medidos en tres muestras de impacto fueron de 239, 245 y 253 HB. La dureza y las propiedades mecánicas cumplían completamente los requisitos para material de 75 K en la especificación API 16C. Las propiedades mecánicas del acero 30CrMo se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Propiedades mecánicas del acero 30CrMo
| Resistencia a la tracción / MPa | Resistencia al límite elástico / MPa | Elongación / % | Reducción de área / % | Tenacidad al impacto, longitudinal / J (API Spec 16C: -29 C) |
|---|---|---|---|---|
| 855 | 717 | 19 | 45 | 45, 51, 39 (media 45) |
1.4 Ubicación de penetración
El entorno geológico del yacimiento petrolífero de Changqing es complejo, con roca subterránea dura. El fluido dentro de la línea contiene arena de cuarzo dura, por lo que el efecto de raspado es evidente. Las ubicaciones de penetración de las Uniones giratorias Style 10 y Style 80 estaban todas en el arco exterior de la primera curva en la entrada del fluido circulante. Esto muestra que la erosión de cuarzo y arena fue una de las causas de la penetración, pero no la principal, ya que no todas las Unión giratoria experimentaron penetración.
2. Causas de la penetración
La Unión giratoria se atravesó en una sección de pared más gruesa en lugar de en una sección más fina. Un análisis cuidadoso del dibujo del ensamblaje mostró que la penetración se produjo en el arco exterior de la tercera pista. Este punto está en la entrada de fluido. A lo largo de la dirección del flujo había un chaflaje de 30 grados, y este escalón de bisellán creaba resistencia al fluido. Cuando grandes partículas de cuarzo y arena llegaban al escalón biselado, se detenían brevemente y luego recorrían el escalón, formando un pozo de erosión. A medida que el pozo se fue agrandando gradualmente, se produjo penetración.
Por lo tanto, la causa principal de la penetración era que el chaflón era demasiado grande y estaba situado exactamente en la curva de 90 grados. En esta posición, la dirección del flujo cambia bruscamente, el escalón biflado resiste el flujo y las grandes partículas de cuarzo y arena erosionan el área del escalón biselado. Además, el diámetro interior en este lugar era irregular tras el conformado, y el paso mecanizado variaba en tamaño. Esto explica por qué algunos Uniones giratorias fueron penetrados y otros no.
3. Medidas de mejora
Tras encontrar la causa raíz, el escalón de bisell se cambió a 10 grados. El biselón se iniciaba a 10 mm de la entrada del codo WN y se mantenía alejado de la curva de 90 grados tanto como era posible. Tras la adopción de estas medidas, el Uniones giratorias rotatorio dejó de mostrar penetración de lavado.
4. Recomendaciones
1. Al diseñar componentes de control de fluidos a alta presión, evitar los pasos de biselón siempre que sea posible.
2. Durante las operaciones rutinarias de los campos petrolíferos, las líneas de fluido a alta presión deben colocarse con el menor número posible de curvas.
3. Si se debe usar un escalón de chaflaje en un componente de control de fluido a alta presión, debe diseñarse con un ángulo de chaflaje pequeño.
