節流閥在塔里木油田應用中的幾個(gè)問(wèn)題

　　本文從節流閥流量特性、節流閥的結構、執行機構的動(dòng)作、節流閥籠套材料四個(gè)方面論述了國外知名公司節流閥在塔里木油田的使用狀況。在四種表現中，節流閥流量特性不匹配對閥的使用性能影響最為突出，應特別注意額定流量系數的選擇，重視閥的流量特性與氣井流量特性的匹配。

　　節流閥(俗稱(chēng)油嘴)是用于高壓、大流量氣田開(kāi)采節流的特殊專(zhuān)用裝置，為適應塔里木油田高壓高產(chǎn)氣田的惡劣工況，均使用國外知名公司的產(chǎn)品，進(jìn)口的節流閥平均價(jià)格在5萬(wàn)美元以上。但在實(shí)際使用中，這些閥無(wú)一例外出現了不同程度的沖蝕磨損、沖蝕失效，存在著(zhù)穩定性差、失效周期不確定等缺陷。塔里木油田使用的節流閥主要類(lèi)型有兩種，一是外套—籠套式;二是籠套—柱塞式，兩種節流閥都以水壓能量消耗原理為基礎，利用外套在籠套上滑動(dòng)(或柱塞在籠套內滑動(dòng))產(chǎn)生不同的過(guò)流面積來(lái)控制流量與壓力。

　　為保證高壓高產(chǎn)氣田源源不斷地為“西氣東輸”管道輸送天然氣，對節流閥在塔里木油田使用中出現的問(wèn)題應進(jìn)行認真的研討。

1、節流閥流量特性不匹配

　　節流閥流量特性不匹配主要有兩方面，一是流量系數Cv與氣井的產(chǎn)量不匹配;二是節流閥的流量特性曲線(xiàn)與氣井的流量特性不匹配。

1.1、節流閥流量系數Cv與氣井的產(chǎn)量不匹配

　　最典型的實(shí)例為3口井用的A公司節流閥，其特征是：長(cháng)期在小開(kāi)度下運行且產(chǎn)量波動(dòng)大。三口井的基本狀況見(jiàn)表1。

表1 A-3、A-8、-14井基本狀況

　　從表1可看出，A-3和A-8井節流閥長(cháng)期在小開(kāi)度下工作，若按該態(tài)勢發(fā)展，有可能出現節流閥開(kāi)度為零，而產(chǎn)量不為零的現象。節流閥長(cháng)期在小開(kāi)度下運行是使用的最大禁忌，這將大大降低節流閥的壽命。正確的方法是讓節流閥一開(kāi)始就盡量在最大開(kāi)度上工作，如90%。這樣沖蝕等破壞發(fā)生在閥籠套前部。隨著(zhù)籠套孔逐步被破壞，流量增加，閥再關(guān)小一點(diǎn)，不斷破壞，逐步關(guān)閉，使整個(gè)籠套全部得到利用。有資料指出，大開(kāi)度工作時(shí)過(guò)流面積大，沖蝕減弱，可比一開(kāi)始讓閥在中開(kāi)度和小開(kāi)度上工作提高壽命1～5倍以上。如某化工廠(chǎng)采用此法，閥的使用壽命提高了2倍。

　　對于A(yíng)-3、A-8井，小開(kāi)度下工作和產(chǎn)量波動(dòng)的主要原因是，額定流量系數Cv值與井的實(shí)際流量不匹配，即閥的Cv280選大了，也即閥的口徑選大了。流量系數又稱(chēng)流通能力，是節流閥選型的主要參數之一。在節流閥計算時(shí)，可用兩種流量系數，一為公制，另一為英制。兩種定義分別如下：AV定義(公制)：為節流閥全開(kāi)時(shí)，閥兩端壓差為0.1MPa，流體密度1g/cm3，每小時(shí)流經(jīng)節流閥的流量數，以t/h表示單位;Cv定義(英制)：當節流閥全開(kāi)時(shí)，閥兩端壓差為1磅/英寸2，介質(zhì)為60°F清水時(shí)，每分鐘流經(jīng)節流閥的流量數，以加侖/分計。

1.2、閥的流量特性曲線(xiàn)與氣井的流量特性不匹配

　　對于A(yíng)-14井，進(jìn)口壓力較高(50～52Mpa)、日產(chǎn)量較低(通常為55萬(wàn)方)，閥的額定流量系數Cv值=70是較恰當的(見(jiàn)表1)。但節流閥仍然在小開(kāi)度下運行，產(chǎn)量照樣波動(dòng)，顯然，不僅是閥的口徑選擇不當，而是閥的流量特性與氣井的流量特性不匹配的問(wèn)題。

　　閥的流量特性是指介質(zhì)流經(jīng)節流閥時(shí)相對流量與相對位移(即開(kāi)度)間的關(guān)系，具體體現在籠套中孔的大小、數量及分布規律。當孔的大小、數量和分布規律發(fā)生變化時(shí)，閥的流量特性亦隨之而改變。節流閥理想的流量特性曲線(xiàn)如圖1(a)所示，有快開(kāi)型、直線(xiàn)型(線(xiàn)性)、拋物線(xiàn)型、等百分比型、雙曲線(xiàn)型和修正拋物線(xiàn)型。用得最多的是直線(xiàn)型和等百分比型，有許多種調節閥的流量特性居于直線(xiàn)型與等百分比型之間。

　　圖2為A公司節流閥籠套的失效照片并標出了1、2、3、4、5排孔，1、2、3排孔損壞嚴重，尤以1排孔最甚。這是長(cháng)期小開(kāi)度運行造成的，意味著(zhù)第3排孔對應的開(kāi)度已滿(mǎn)足實(shí)際流量要求，而第4排孔所對應的流量將超過(guò)實(shí)際流量，顯然，第4排孔以后的開(kāi)度范圍均起不到調節作用，如果把籠套上的孔改小一些，或把孔的數量減少一些，則實(shí)際流量要求的開(kāi)度范圍會(huì )加大，閥的壽命由此而延長(cháng)。

圖1 理想流量曲線(xiàn)及三種閥的開(kāi)度與過(guò)流面積曲線(xiàn)

圖2 A公司節流閥籠套失效狀況

2、節流閥結構各不相同

　　塔里木油田使用了兩種結構形式的節流閥，一種是外套—籠套式節流閥，以A公司和C公司的產(chǎn)品為代表;另一種是籠套—柱塞式節流閥，以B公司產(chǎn)品為代表。由于結構形式不統一，由此引起使用性能不同，失效特征亦不同。

2.1、外套—籠套式節流閥使用特性

　　該種節流閥，籠套與外套均為懸臂安裝，對中要求較高，外套與籠套間的間隙較大，形成較大的環(huán)隙流動(dòng)，外套移動(dòng)后，在籠套上形成了凹陷的外徑表面，改變了介質(zhì)流體力學(xué)特性，易形成擾流，引起沖蝕磨損。外套—籠套式節流閥的沖蝕磨損主要在籠套外表面，損傷較嚴重。

2.2、籠套—柱塞式節流閥使用特性

　　該種節流閥，由于籠套嵌裝在閥體中，剛度好，且有徑向密封，能在一定程度上減少環(huán)隙流動(dòng);籠套外徑無(wú)凹陷或凸部，能有效減少擾流的產(chǎn)生;籠套與柱塞間的間隙較小，對中性較好�；\套—柱塞式節流閥的沖蝕磨損主要在籠套內表面。從總體損傷程度看，籠套—柱塞式節流閥要比外套—籠套式節流閥損傷要輕一些。

3、執行機構動(dòng)作不確定

　　執行機構動(dòng)作的不確定是指：(1)執行機構結構不同對節流閥正常工作造成波動(dòng);(2)輸入信號可能受到干擾;(3)執行機構沒(méi)有很好標定;(4)執行機構位移后沒(méi)有鎖定;(5)節流閥的流量系數Cv值不匹配，Cv值過(guò)大時(shí)波動(dòng)越突出;(6)系統內部可能存在滲漏等。

　　節流閥由閥體和執行機構兩部分組成。執行機構可以是手動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)，氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)執行機構可根據自動(dòng)化系統中的控制信號，自動(dòng)調節閥門(mén)的開(kāi)度，實(shí)現對流量、壓力、溫度和液位的調節。塔里木油田主要使用的執行機構有手動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)，其表現為：

3.1 手動(dòng)執行機構節流閥開(kāi)度平穩

　　手動(dòng)執行機構節流閥投用以來(lái)，開(kāi)度一直平穩。因每次節流閥開(kāi)度調節后，需要上緊鎖緊螺母，閥的開(kāi)度處于保位狀態(tài)，手動(dòng)執行機構能夠把開(kāi)度鎖定。但是，開(kāi)度讀取不夠準確，因為節流閥手輪上的刻度套不便于讀取，且容易轉動(dòng)，零刻度不易校對。

3.2 電動(dòng)執行機構節流閥開(kāi)度波動(dòng)不明顯

　　電動(dòng)執行機構節流閥投用以來(lái)，讀取的開(kāi)度一直較平穩。電動(dòng)執行機構節流閥開(kāi)度變化小的原因與位移的傳動(dòng)機構有關(guān)，如果傳動(dòng)副為螺旋—螺桿的話(huà)，由于螺桿的自鎖作用，能夠較好地避免因振動(dòng)而引起開(kāi)度增大的現象。

3.3、液動(dòng)執行機構節流閥開(kāi)度影響明顯

　　現場(chǎng)使用報告指出：液壓節流閥開(kāi)度無(wú)保位功能。在生產(chǎn)過(guò)程中，節流閥開(kāi)度每天都呈現波動(dòng)變化，變化范圍在每天1～2%，導致產(chǎn)量不穩定，頻繁波動(dòng)。液壓執行機構節流閥造成產(chǎn)量波動(dòng)的主要原因，一是執行機構沒(méi)有鎖定;二是溫度對液壓油產(chǎn)生影響。

4、節流閥籠套材料存在差異

　　塔里木油田使用的三種進(jìn)口節流閥籠套均為硬質(zhì)合金，材料性能分析及現場(chǎng)使用情況表明，三種進(jìn)口閥的籠套材料性質(zhì)存在明顯差異，性能最優(yōu)者為B公司節流閥，其次為A公司節流閥，最后是C公司節流閥，后兩者實(shí)際上相差不大。

　　上述節流閥的四種特性表現中，節流閥流量特性不匹配對閥的使用性能的影響最為突出。使用者應當注意額定流量系數的選擇，重視閥的流量特性與氣井流量特性的調整和匹配。