高压力、大排量、大通径、多通道压裂头钻镗孔加工工艺

2018-06-21中石化石油工程机械有限公司第四机械厂湖北荆州434024

金属加工(冷加工) 2018年6期

■ 中石化石油工程机械有限公司第四机械厂（湖北荆州 434024）官强

在油气井压裂施工作业中，为保证施工顺利及设备、人员的安全，一定要使用压裂头，如图1所示，以汇集压裂液进入井下（如井口压裂头）。千万不要使用三通或四通接头汇集压裂液，否则会产生节流现象，破坏三通或四通接头，造成施工作业中断。

而页岩气压裂施工时压裂液流量更大，以重庆涪陵、四川威远为代表的页岩气“井工厂”压裂施工流量达到16～18m3/min。为使页岩气“井工厂”压裂施工的顺利进行，需要用到主要由压裂头组成的压裂高压分流管汇（见图1）。分流管汇中的压裂头首先汇集地面高压管汇撬中多路排出管路的高压压裂液，然后再通过闸板阀的开启与关闭、再次经过压裂头分配高压压裂液。

图1 压裂施工

外径尺寸达到1 074mm、毛坯质量达到5t、形位公差、尺寸公差要求严格的高压力、大排量、大通径、多通道的八通压裂头加工非常困难。目前，还没有此种压裂头的国产产品。

本文重点研究了高压力、大排量、大通径、多通道压裂头的钻镗孔加工工艺，以提高加工效率，适应重庆涪陵、四川威远为代表的页岩气“井工厂”压裂施工。

1. 实施方案

图2 压裂头剖视图

如图2所示，高压力、大排量、大通径、多通道压裂头由于外径尺寸达到1 074mm、毛坯质量达到5t、形位公差、尺寸公差要求严格，加工非常困难。特别是加工6个斜面上的6个φ78mm孔相当困难。

考虑到压裂头的实际工况为输送高压携砂液，压力达到几十甚至上百MPa，而大流量的高压携砂液对压裂头的流通通道内壁冲蚀磨损影响大，特别是在管汇转折处的拉压应力作用，在反复的动态应力的作用下，诱发疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹，引发压裂头的刺穿和破裂，对现场工作人员和设备构成严重威胁。有鉴于此，压裂头材料为特殊合金钢锻造；6个斜面上的6个φ78mm孔形位公差要求高，即需要保证对称度，以便压裂施工时六路排出主管路的高压压裂液能够平稳的汇集于压裂头，而且能够抵消各排出主管路各水平方向的力，保证压裂头受力均匀，延长使用寿命。

综合考虑上述因素，我们设计了如图3所示的工装。

图3 工装及使用图

如图3所示，钻镗6个斜面上的6个φ78mm孔时，首先利用工装装夹压裂头。装夹方式为：将工装的定位销轴放入压裂头法兰孔φ130mm中定位压裂头；再将工装的4个螺杆穿入压裂头法兰孔φ54mm并拧紧螺母以固定压裂头。最后用工装的压块压紧压裂头法兰，更加牢固的固定压裂头。镗孔时，将工装的底座直接放在镗床的工作台上，此时，镗刀杆与压裂头斜面垂直，可以直接进行镗孔6个φ78mm操作。