水下采油樹油管懸掛裝置安裝於水下采油樹本體中,是懸掛井下油管,並連接油管和水下采油樹出油管線的重要通道。下面是小編蒐集整理的相關內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要：該文根據水下采油樹的應用環境和要求，對水下采油樹油管掛環空金屬密封件的設計結構及原理、性能要求、製造工藝等進行了技術分析，並闡述了製造工藝過程中的技術難點及解決措施。在此基礎上，進行了油管掛金屬密封的研製，並將其應用於採油樹製造項目，產品的各項試驗結果表明，其質量及性能滿足設計要求。
關鍵詞：水下采油樹;金屬密封;鎳基合金;壓力自緊密封;金屬彈性性能;表面鍍銀
引言
水下采油樹作爲海洋油氣開採過程中的關鍵油氣生產控制設備，是位於海底井口頂端開口處的一個系統組件，它提供了一系列用於原油生產、控制、測試及維修的通道和各種用來測量和維修的閥門。水下采油樹油管掛環空金屬密封是位於油管掛與樹本體的環形空間內的一道關鍵密封，其密封介質是從海底地層開採出的具有高溫、高壓及高腐蝕性的原油(氣)，惡劣的工況條件對密封件的性能提出了很高的要求，其核心製造技術長期被國外壟斷，我國一直依賴進口。因此，作爲水下采油樹關鍵密封件，有必要對其進行研發製造。
1油管掛環空金屬密封設計原理及結構
水下采油樹在油管掛與樹本體之間存在環形間隙空間(環空)，當生產油氣介質水平生產出口時，必須防止流體從環形間隙空間泄漏出去，因而在水平生產出口的兩側分別設計了一道雙U型金屬彈性密封件作爲主密封，如圖1所示。油管掛雙U型彈性金屬密封原理如圖2所示，其密封原理是利用金屬彈性在介質壓力作用下產生彈性形變，使之與密封配合面達到緊密貼合，從而實現壓力自緊密封。
2油管掛環空雙U型金屬密封的設計要求
設計上油管掛雙U型金屬密封爲油管掛與樹本體之間的環空主密封，其密封技術參數及要求如下：工作壓力爲10000psi;試驗壓力爲15000psi;產品API規範等級爲PSL3/3G;性能測試爲PR
2。要實現以上設計性能，對密封件材料的熔鍊組織和熱處理工藝、密封件的成形加工工藝、表面處理工藝等提出了以下要求：
(1)油管掛環空金屬密封材料須有良好的彈性及疲勞強度;
(2)油管掛環空金屬密封材料既能耐高低溫又能耐原油介質腐蝕，同時能實現高壓可靠密封。
3油管掛環空雙U型金屬密封的製造技術方案
3.1油管掛環空雙U型金屬密封的材料選擇
(1)考慮到油管掛雙U型金屬密封的耐腐性，成形加工性能及金屬彈性要求，設計採用鎳基合金IN-CONEL718作爲密封件的材質。
(2)INCONEL718合金是含鈮、鉬的沉澱硬化型鎳鉻鐵合金，在700℃時具有高強度、良好的韌性以及在高低溫環境均具有耐腐蝕性，供貨狀態通常是固溶處理後沉澱硬化態。
(3)INCONEL718合金具有良好的耐腐蝕性，易成形加工性能，經過有效的冶煉工藝及熱處理工藝，INCONEL718合金可獲得良好的細晶粒組織及彈性性能。
3.2油管掛環空雙U型金屬密封製造工藝流程油管掛環空雙U型金屬密封的工藝流程如圖3所示：
3.3油管掛環空雙U型金屬密封製造關鍵工藝
(1)毛胚材料的熔鍊、鍛造及熱處理工藝。
(2)雙U形密封件的成形加工工藝。
(3)密封件的表面鍍銀處理工藝。
4油管掛環空雙U型金屬密封的製造工藝措施
4.1毛胚材料的熔鍊、鍛造及熱處理
(1)從設計原理上考慮，油管掛雙U型金屬密封屬於金屬彈性密封，因此要求密封件的材料具有細密的晶粒組織，良好的綜合機械性能及彈性性能。
(2)在冶煉工藝方面，爲獲得更純淨化的鋼水，減低氣體含量與有害元素含量，通常採用真空感應爐熔鍊，甚至用真空感應冶煉加真空自耗爐或電渣爐重熔方式進行生產。鍛造、軋製工藝是爲了優化微觀組織;熱處理工藝包括固溶處理、中間處理和時效處理，是爲了獲得所要求的組織狀態和良好的綜合機械性能。
(3)通常INCONEL718會使用以下兩種熱處理：
1)加熱到926℃～1010℃，水中快速冷卻至室溫，然後升溫至718℃保持8h，爐內冷致函至621℃，在621℃保持18h作爲時效處理，隨後在空氣中冷卻至室溫;
2)加熱到1037℃～1065℃，水中快速冷卻至室溫，然後升溫至760℃保持10h，爐內冷至648℃，在649℃保持20h作爲時效處理，隨後在空氣中冷卻至室溫。
4.2油管掛環空雙U型金屬密封件的機械加工
4.2.1油管掛環空雙U型金屬密封件的機械加工技術難點油管掛環空雙U型金屬密封件，其加工難點在於：
(1)材質INCONEL718的機加工易引起刀具的嚴重磨損。
(2)油管掛環空雙U型金屬密封零件的整體剛性小，不僅在用工裝夾持時容易產生夾持變形，切削加工時切削力也會引起工件彈性變形，影響尺寸精度。
4.2.2油管掛環空雙U型金屬密封件的機械加工措施
(1)改善刀具磨損的工藝措施
1)爲解決鎳基合金機加工的刀具磨損問題，可採用最新發展的氣相沉積技術，對傳統的硬質刀具進行塗層改性。研究表明，通過對硬質刀具進行(Al/Ti)N-PVD複合塗層以及PVD納米塗層改性，使刀具具有更好的耐磨性能、抗氧化性、化學穩定性及熱穩定性，從而顯著提高了刀具的使用壽命及工件的加工質量。
2)新型的PVD複合塗層及納米塗層改性技術的優勢在於：
(a)新型的氣相沉積複合塗層及納米塗層與刀具有很強的結合強度;
(b)新型的氣相沉積複合塗層及納米塗層改善了刀具的熱傳導性能;
(c)新型的氣相沉積複合塗層及納米塗層不僅提高了刀具切削刃的硬度，增強了抗氧化性，同時還降低了其與被切削金屬的親和力，從而改善了刀具的抗粘着磨損。
(2)防止加工變形的工藝措施
1)工藝分析雙U形油管掛金屬密封件外形(如圖4所示)呈現一大直徑薄壁圓環結構，整體剛度弱，加工時的切削力往往造成被加工件的彈性變形，產生振刀，從而影響加工的尺寸精度。爲此，在不同的加工階段，必須採用相應的工裝夾具來裝卡被加工的密封件，以增大其剛度，從而確保其加工的尺寸穩定性。
2)加工步驟
第一步：用機牀卡盤、壓板及拉桿卡住工件毛胚，加工出一端端面及圓環內周型面，並以此作爲基準面，如圖5所示。
第二步：以已加工面爲基準，用內撐式自定心卡盤、壓板及拉桿螺栓將工件裝卡固定於機牀花盤或與機牀旋盤連接，分別加工出兩頭端面外形及U形槽，如圖6所示。
第三步：將自制專用撐環撐住U形槽的內圓面，並利用壓板、拉桿螺栓和自定心卡盤等工裝將工件固定於花盤或旋盤，加工出外形面，如圖7所示。
3)加工工裝爲防止由於夾具的夾持力過大而引起的夾持變形，加工薄壁零件往往採用多點軟爪夾持、擺動夾持、彈性夾持或真空夾持的裝夾措施，使夾持力更加均勻，從而減小夾持變形引起的加工尺寸誤差。
4.3油管掛雙U型金屬密封的表面處理
(1)油管掛雙U型金屬密封是在介質的'壓力下依靠金屬的彈性實現金屬間的緊密貼合，從而實現密封。爲了達成金屬之間良好的緊密貼合效果，往往還在金屬密封面上鍍一層較軟的金屬。
(2)對油管掛雙U型金屬密封的密封面，其表面處理措施採取表面鍍銀工藝。其技術優點有：
1)密封件表面鍍銀，使用時能增強密封性能，還能防粘着，抗咬合。
2)鍍銀層有良好的抗腐蝕性。
3)鍍銀層良好的導電性保證了陰極保護的連續性。
(3)鍍銀工藝路線鍍銀工藝流程如圖8所示：
(4)鍍銀工藝質量的主要影響因素
1)鍍銀工序前的預處理工序質量決定影響鍍銀層的結合強度。
2)鍍銀工序後的鈍化及防變色保護膜處理工序質量對鍍銀層的抗變色及抗氧化性能影響顯著。
3)電鍍液的成分配製及雜質含量，電流密度，電鍍液的溫度等工藝參數直接影響鍍層性能。
5結語
(1)油管掛環空雙U型金屬密封製造技術關鍵在於毛胚材料的熔鍊、鍛造及熱處理，密封件機械加工以及表面處理。
(2)INCONEL718合金具有良好的耐腐蝕性，易成形加工性能，經過有效的冶煉工藝及熱處理工藝，可獲得良好的細晶粒組織及彈性性能。
(3)採用最新發展起來的氣相沉積技術，對傳統的硬質刀具進行塗層改性，可解決鎳基合金機加工的刀具磨損問題。
(4)密封件表面鍍銀，能增強密封性能，還能防粘着，抗咬合。
(5)採用特殊工裝夾具來加工薄壁的金屬彈性密封件，以增大其剛度，可確保加工尺寸穩定性。
參考文獻
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