Du Ke, Cao Jia, Zhang Yushu, Instituto de Pesquisa em Tecnologia de Engenharia de Perfuração CNPC
Resumo: Um pequeno número de uniões rotativas Estilo 10 e Estilo 80 produzidas por uma empresa em Jiangsu foi penetrado durante o serviço. A principal causa foi um chanfro superdimensionado localizado exatamente em uma curva de 90 graus. Neste ponto, a direção do fluxo muda bruscamente, o degrau chanfrado cria resistência ao fluxo, e grandes partículas de quartzo-areia corroem a área do degrau até que ocorra a penetração por lavagem. Após a causa raiz ser identificada, o passo do chanfrado foi alterado para 10 graus e o chanfrado iniciado a 10 mm da entrada do cotovelo WN, evitando ao máximo a colocação na curva de 90 graus. Após a melhoria, a penetração por lavagens deixou de ocorrer nas uniões giratórias.
Palavras-chave: sindicato rotativo; Junta giratória; penetração de lavagem; degrau chanfrado; Melhoria
Os Juntas giratórias rotativos Style 10 e Style 80, também chamados de cotovelos móveis, foram fabricados de acordo com a API Spec 16C. Durante o uso, uma pequena parte dos produtos sofreu penetração. Uma análise combinada das amostras penetradas mostrou três características: as localizações de penetração eram basicamente as mesmas e todas na passagem curva externa do cotovelo WN; a penetração ocorreu no arco externo do terceiro hipódromo; e o local penetrado não era a seção mais fraca ou fina.
1. Análise de Amostras Penetradas
1.1 Matéria-prima
O Junta giratória rotativo era feito de aço redondo de 30CrMo. O aço redondo era produzido por meio de laminação, perfuração, flexão e processos relacionados. A análise por amostragem da parte penetrada mostrou que a composição química estava dentro da faixa normal e atendia aos requisitos do GB/T 3077.
1.2 Microestrutura Temperada e Temperada
Após a têmpera e o temperamento, a microestrutura normal do aço 30CrMo usada para o Junta giratória é temperada com sorbita temperada com uma pequena quantidade de bainita inferior. Esta é uma microestrutura normal para o material.
1.3 Propriedades Mecânicas
Após o tratamento térmico, os valores médios de dureza medidos em três amostras de impacto foram 239, 245 e 253 HB. A dureza e as propriedades mecânicas atenderam totalmente aos requisitos para material de 75 K na API Spec 16C. As propriedades mecânicas do aço 30CrMo são apresentadas na Tabela 1.
Tabela 1. Propriedades mecânicas do aço 30CrMo
| Resistência à tração / MPa | Limite de escoamento / MPa | Elongação / % | Redução de área / % | Tenacidade ao impacto, longitudinal / J (Especificação API 16C: -29 C) |
|---|---|---|---|---|
| 855 | 717 | 19 | 45 | 45, 51, 39 (média 45) |
1.4 Local de Penetração
O ambiente geológico do Campo Petrolífero Changqing é complexo, com rochas duras subterrâneas. O fluido dentro da linha contém areia dura de quartzo, então o efeito de escursão é óbvio. Os locais de penetração dos Juntas giratórias Style 10 e Style 80 ficavam todos no arco externo da primeira curva na entrada do fluido circulante. Isso mostra que a erosão de quartzo-areia foi uma das causas da penetração, mas não a principal causa, pois nem todos os Junta giratória passaram por penetração.
2. Causas da Penetração
A Junta giratória foi penetrada em uma seção de parede mais espessa, em vez de uma seção mais fina. Uma análise cuidadosa do desenho da montagem mostrou que a penetração ocorreu no arco externo da terceira pista. Esse ponto fica na entrada do fluido. Ao longo da direção do fluxo havia um chanfro de 30 graus, e esse degrau de chanfrado criava resistência ao fluido. Quando grandes partículas de quartzo-areia chegavam ao degrau chanfrado, elas paravam brevemente e depois avançavam ao longo do degrau, formando um poço de erosão. À medida que a cova foi aumentando gradualmente, ocorreu penetração.
Portanto, a principal causa da penetração era que o chanfrado era grande demais e estava localizado exatamente na curva de 90 graus. Nessa posição, a direção do fluxo muda abruptamente, o passo chanfrado resiste ao fluxo, e grandes partículas de quartzo-areia corroem a área do passo chanfrado. Além disso, o tubo interno nesse local era irregular após a conformação, e o passo usinado variava em tamanho. Isso explica por que alguns Juntas giratórias foram penetrados enquanto outros não.
3. Medidas de Melhoria
Após a causa raiz encontrada, o passo chanfrado foi alterado para 10 graus. O chanframento foi iniciado a 10 mm da entrada do cotovelo WN e mantido longe da curva de 90 graus o máximo possível. Após a adoção dessas medidas, a Juntas giratórias rotativa não apresentou mais penetração por lavagem.
4. Recomendações
1. Ao projetar componentes de controle de fluido de alta pressão, evite etapas chanfradas sempre que possível.
2. Durante operações rotineiras de campos petrolíferos, linhas de fluido de alta pressão devem ser dispostas com o mínimo de curvas possível.
3. Se um degrau chanfrado deve ser usado em um componente de controle de fluido de alta pressão, ele deve ser projetado com um ângulo chanfrado pequeno.
