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采油井口裝置是采油機(jī)械中的關(guān)鍵設(shè)備之一。由于它既要承受高壓，又要具有防止硫化物應(yīng)力腐蝕的性能，因此，對(duì)這些部件的強(qiáng)度分析設(shè)計(jì)和制造工藝都具有很高的要求。但目前很少見到有資料對(duì)這種裝置的強(qiáng)度和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析和介紹。下面通過(guò)對(duì)該裝置的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，求得合理的設(shè)計(jì)方法。
所試驗(yàn)產(chǎn)品為KY250采油井口裝置的部件一閥體、小四通和大四通。產(chǎn)品設(shè)計(jì)壓力P=250公斤力/厘米，材料為ZG45。這些部件在水壓試驗(yàn)中的應(yīng)力一應(yīng)變測(cè)定結(jié)果如下：(1)在設(shè)計(jì)壓力下，閥體、小四通和大四通外壁的主要應(yīng)力分布。 (2)閥體、小四通和大四通上最大應(yīng)力點(diǎn)的壓力一應(yīng)變曲線，閥體的爆破壓力為1.560公斤力/厘米，小四通的爆破壓力大于1650公斤力/厘米，大四通的爆破壓力大于1700公斤力/厘米。
由于有些油井含硫量比較高，因此，采油井口裝置還必須考慮防止硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋的問題。目前國(guó)際上防止SSCC的重要措施是控制設(shè)備的材料硬度。下面討論采油井口裝置防止SSCC的硬度控制。假設(shè)設(shè)備的殘余應(yīng)力為Qr，設(shè)備在外載荷下的一次膜應(yīng)力為a，彎曲應(yīng)力和二次應(yīng)力的總和(不包括殘余應(yīng)力)為a1。推薦設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中不發(fā)生SSCC的條件是：已知設(shè)備的應(yīng)力水平，由公式即可算出Sm，再利用圖查出對(duì)應(yīng)的硬度值。只要把設(shè)備的材料硬度值控制在該值以下，設(shè)備在濕硫化氯環(huán)境中不會(huì)發(fā)生SSCCo閥體、小四通和大四通(鑄件)都必須進(jìn)行退火處理。由于它們的體積小，因此，經(jīng)退火處理后，殘余應(yīng)力基本上可以消除。
在內(nèi)壓作用下，閥體的最大應(yīng)力是上部圓筒的環(huán)向應(yīng)力，它屬于一次膜應(yīng)力。彎曲應(yīng)力和二次應(yīng)力的總和a2。取一次膜應(yīng)力am=0.5as，由于井口裝置選用as<50公斤力/毫米的材料，因此將代入公式的第一式求出Sm=42.75公斤力/毫米。從圖查到對(duì)應(yīng)的硬度值為HB270，這就是說(shuō)，閥體的硬度應(yīng)控制在HB270以下。在內(nèi)壓作用下，小四通的最大應(yīng)力在兩管相貫的十字交叉點(diǎn)，可看成是一個(gè)管子的環(huán)向應(yīng)力和另一管子的縱向應(yīng)力疊加。
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