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石油、天然氣鉆采行業(yè)用節(jié)流閥

更新時(shí)間:2013-10-23      瀏覽次數(shù):6577

節(jié)流閥是石油、天然氣行業(yè)井控裝置用于節(jié)流管匯中的核心部件,其功能是在實(shí)施油氣井壓力控制技術(shù)時(shí),借助它的開(kāi)啟和關(guān)閉維持一定的套壓,將井底壓力變化穩(wěn)定在一定窄小的范圍內(nèi)。節(jié)流閥的節(jié)流元件,大多數(shù)采用針形閥結(jié)構(gòu);也有的是筒形橡膠,由氣液驅(qū)動(dòng)橡膠筒外壁來(lái)改變其內(nèi)孔大小;還有的是利用兩塊重疊金屬板,靠其相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變孔口大小。盡管節(jié)流閥結(jié)構(gòu)各異,但原理都是通過(guò)改變流體通道大小,使鉆井液流過(guò)節(jié)流元件的阻力大小不同,造成的井口回壓也不同,通孔越小阻力越大,回壓也越大;通孔越大阻力越小,回壓也越小,從而達(dá)到節(jié)流的目的。

節(jié)流管匯中的節(jié)流閥主要分為兩大類,固定式節(jié)流器和可調(diào)式節(jié)流閥??烧{(diào)式節(jié)流閥按照閥瓣的結(jié)構(gòu)可分為針形節(jié)流閥、筒形節(jié)流閥、籠套式節(jié)流閥和孔板式節(jié)流閥等。其操作方式有手動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)。

 

節(jié)流閥是石油、天然氣行業(yè)井控裝置用于節(jié)流管匯中的核心部件,其功能是在實(shí)施油氣井壓力控制技術(shù)時(shí),借助它的開(kāi)啟和關(guān)閉維持一定的套壓,將井底壓力變化穩(wěn)定在一定窄小的范圍內(nèi)。節(jié)流閥的節(jié)流元件,大多數(shù)采用針形閥結(jié)構(gòu);也有的是筒形橡膠,由氣液驅(qū)動(dòng)橡膠筒外壁來(lái)改變其內(nèi)孔大?。贿€有的是利用兩塊重疊金屬板,靠其相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變孔口大小。盡管節(jié)流閥固定式節(jié)流器的流量是固定不變的,可根據(jù)需要更換不同尺寸的節(jié)流嘴而得到不同的排量,固定式節(jié)流器與可調(diào)節(jié)流閥配合使用,通常先使用可調(diào)節(jié)流閥,當(dāng)井涌量大時(shí)才用固定式節(jié)流器配合。

固定式節(jié)流器不是一個(gè)閥,而是一個(gè)整體裝置,里 面有一短接或一節(jié)管子。它的尺寸在APISpec6A中有描述。這種提供節(jié)流嘴的短節(jié)是可以更換的,通過(guò)改變其尺寸大小可得到所希望的流量。流量的變化是靠更換具有另一孔徑的節(jié)流嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)的。固定式節(jié)流器適用于壓力固定的情況,例如采油樹(shù)。

固定式節(jié)流器用于油井(采油樹(shù))上,有加熱式和非加熱式兩種。加熱式節(jié)流器由節(jié)流閥體、加熱套和油嘴構(gòu)成,如圖11-4所示。

 

 

 

 

 

 

 

(1) 針形節(jié)流閥

針形節(jié)流閥用于節(jié)流管匯、髙壓油氣井口裝置等。 針形節(jié)流閥有手動(dòng)和液動(dòng)兩類。此處僅簡(jiǎn)介手動(dòng)針形節(jié)流閥。

針形節(jié)流閥主要由法蘭、閥體、〇形密封圈、盤(pán)根盒、壓蓋、閥桿、手輪、閥座、軸承、壓帽、閥針、螺母、鍵等組成。一對(duì)隱入式節(jié)流頭和閥座,減少禽速流體造成的損害,一個(gè)頂蓋大螺母,方便維護(hù)保養(yǎng),測(cè)試口便于安裝壓力檢測(cè)儀表,如圖11-5所示。針形節(jié)流閥廣泛用于井口系統(tǒng)、管匯、測(cè)試等目的。

(2) 筒形節(jié)流閥

筒形節(jié)流閥其閥芯為筒形,為整體硬質(zhì)合金;閥座內(nèi)圈鑲硬質(zhì)合金;閥蓋與介質(zhì)接觸端堆焊有硬質(zhì)合金, 使之具有良好的耐磨性和耐蝕性。在閥的出口通道上嵌有尼龍的耐磨襯套,以保護(hù)閥體不受磨損。

筒形節(jié)流閥靠液壓的推動(dòng)(圖11-6)或手輪的轉(zhuǎn)動(dòng) (圖11-7)來(lái)調(diào)節(jié)閥瓣的開(kāi)關(guān),具有流體流動(dòng)性能好、 振動(dòng)小的特點(diǎn)。筒形閥瓣由前后止動(dòng)帽、帶槽圓螺母等固定在閥桿上,隨閥桿的上下移動(dòng)調(diào)節(jié)流量,閥瓣和閥座內(nèi)套均采用YG8制成,具有耐腐蝕、耐沖刷的性能。 閥體與閥蓋、閥體與液缸間用0形密封圈、唇形圈密封。用螺栓連接,且連接部位凸出,遠(yuǎn)離內(nèi)腔,消除

了腐蝕介質(zhì)對(duì)螺栓和螺孔的侵蝕,并減小了螺栓載荷。手動(dòng)節(jié)流閥由手輪直接與閥桿連接驅(qū)動(dòng)閥芯工作,為減輕操作力矩,也可以在手輪和閥桿之間增加一個(gè)帶有傘齒輪結(jié)構(gòu)的省力機(jī)構(gòu)(圖11-8)。

液動(dòng)筒形節(jié)流閥的閥蓋尾部是液缸及活塞,靠液壓油推動(dòng)活塞帶動(dòng)閥桿,再帶動(dòng)閥芯前后推進(jìn),使閥芯與閥座之間的流道面積改變達(dá)到節(jié)流目的。為使操作控制臺(tái)的人員能知道節(jié)流閥的開(kāi)度,故在閥蓋的液缸外端裝有閥位變送器。

液動(dòng)筒形節(jié)流閥具有如下特點(diǎn):

①它具有較好的耐蝕性,耐沖刷性能;

②筒形閥芯和閥座內(nèi)圈為硬質(zhì)合金,且能顛倒使用,增長(zhǎng)了使用壽命;

③較大的閥體腔和筒形閥體結(jié)構(gòu),較之通常的針形節(jié)流閥,它具有較大的流量,采用側(cè)進(jìn)正出的流向,其筒形閥板周圍的導(dǎo)筒減少了節(jié)流時(shí)的振動(dòng),減少了噪聲;

④閥位變送器能借助氣壓信號(hào),將節(jié)流閥閥芯的實(shí)際開(kāi)關(guān)位置輸送到控制臺(tái)上顯示出來(lái);

 

⑤操作者通過(guò)控制臺(tái)能遠(yuǎn)程控制節(jié)流閥的開(kāi)關(guān)。 操作手動(dòng)筒形節(jié)流閥時(shí),順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪,開(kāi)啟度變小并趨于關(guān)閉;逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪,開(kāi)啟度變大,節(jié)流

 

閥的開(kāi)啟可以從護(hù)罩上的刻度顯示出來(lái)。在旋轉(zhuǎn)手輪快到行程終點(diǎn)時(shí),不可太快,以免損傷閥桿和限位帽。

節(jié)流閥只能控制壓力和流量用,絕不能作截止用,即閥芯與閥座之間不能起密封作用。

(3)籠套式節(jié)流閥

籠套式節(jié)流閥利用帶孔的籠套結(jié)構(gòu)來(lái)改變流體方向,并利用流體力學(xué)原理使流體沿籠套的中心線運(yùn)動(dòng),避免對(duì)節(jié)流元件的沖損和腐蝕,減少運(yùn)行噪聲。 籠套式節(jié)流閥可以提供一個(gè)可變的流量,且節(jié)流通徑有較大的調(diào)節(jié)范圍,但是如果要求流量不變時(shí),該節(jié)流閥也能夠在某一位置,提供固定的流量,這樣可以滿足用戶的不同的流量需求。

籠套式節(jié)流閥閥芯組合的內(nèi)部和節(jié)流閥閥桿頭部都采用碳化鎢材料,耐蝕、耐沖損,具有很長(zhǎng)的使用壽命。閥體上設(shè)有泄壓閥,以方便操作者在打開(kāi)閥蓋前安全地釋放腔內(nèi)的壓力。閥蓋的密封采用了特殊的結(jié)構(gòu)形式和密封材質(zhì),耐高壓、密封可靠、壽命長(zhǎng)。 籠套式節(jié)流閥的節(jié)流元件采用碳化鎢材料,上下多點(diǎn)固定,節(jié)流范圍廣,噪聲低,耐高沖損,環(huán)形空間有助于減少閥本體腐蝕。

籠套式節(jié)流閥多孔多向消除能量,可消除紊流沖損現(xiàn)象,大大延長(zhǎng)了安全使用壽命,降低了停產(chǎn)維修率?;\套式節(jié)流閥維護(hù)方便,而針式節(jié)流閥由于結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)使其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的特點(diǎn),同時(shí)節(jié)流閥針頭易損壞,壽命短,針頭破損的碎塊沖入管道中存在著潛在的危險(xiǎn)。這些情況增加了油氣井開(kāi)采后期的作業(yè)成本,而且還造成由于更換節(jié)流閥而停井的間接油氣產(chǎn)量的損失。

籠套式節(jié)流閥分為活塞籠套式和套筒籠套式。

①活塞籠套式如圖11-9所示,利用活塞在籠套位置不同實(shí)現(xiàn)節(jié)流目的,主要用于高流速、中壓降的工況。主要應(yīng)用于海洋及陸地的井口、管匯、分離器、氣舉、注氣。

 

泥漿循環(huán)和地面高壓注采氣等管匯設(shè)備。

孔板式節(jié)流閥(圖11-11)分為手動(dòng)孔板式節(jié)流閥和液動(dòng)孔板式節(jié)流閥。

孔板式節(jié)流閥具有以下特點(diǎn):

①閥桿與閥體之間采用螺栓相連,具有連接安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

②手動(dòng)孔板式節(jié)流閥采用省力結(jié)構(gòu),靠手輪的傳動(dòng)來(lái)改變節(jié)流口徑,孔板式節(jié)流閥采用四缸連動(dòng)的液動(dòng)驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng),具有開(kāi)關(guān)靈活,操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

③流動(dòng)孔板式節(jié)流閥在驅(qū)動(dòng)器上安裝有角位變送器,可在液控箱中能瞬間觀察到節(jié)流孔的面積。

④閥桿密封采用0形圈及其四氟圈的雙重密封, 在保證密封性能的情況下,降低了閥門(mén)開(kāi)關(guān)力矩。

⑤閥板是以軸線為旋轉(zhuǎn)軸的關(guān)閉件,既起調(diào)節(jié)流體節(jié)流面積的作用,又起關(guān)閉流體的作用。

⑥手輪以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)為幵,順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)為關(guān)。

⑦孔板式節(jié)流閥同其他各種節(jié)流閥相比,具有zui長(zhǎng)的使用壽命,抗沖損及磨損的能力。

⑧孔板式節(jié)流閥適用于鉆井、壓裂、泥漿循環(huán)和地面高壓注氣采氣等設(shè)備。該閥zui顯著的特點(diǎn)是在于當(dāng)被關(guān)閉時(shí),進(jìn)、出口之間的壓力差,能使兩塊孔板緊緊地壓在一起,實(shí)現(xiàn)密封切斷的功能。尤其是在遇到壓力突然升高或因泄漏造成的壓力突然降低等緊 急突發(fā)事件的情況下,可通過(guò)預(yù)先設(shè)置的高、低壓傳感器壓力信號(hào)值,使其自動(dòng)關(guān)閉和切斷,因此可避免重大危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

節(jié)流閥用于調(diào)節(jié)介質(zhì)流量和壓力。截止型節(jié)流閥夠在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié),也能進(jìn)行調(diào)節(jié),但口徑較小,適用于中、小口徑,蝶式節(jié)流閥適用于大口徑。節(jié)流閥不宜作為截?cái)嚅y用,節(jié)流閥若是長(zhǎng)期用于節(jié)流,其密封面必然會(huì)被沖蝕,而不能保證密封性。

國(guó)產(chǎn)節(jié)流閥多采用截止型,其公稱尺寸DiV3?200,公稱壓力小于或等于PN320,工作溫度^<450°C 。

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