多功能阀式气体节流装置的研制

多功能阀式气体节流装置的研制

张红岩 宋洪伟王越

（胜利油田分公司孤东采油厂）

【摘要】为了保证气田的科学高效开发，需对现气体节流装置进行改造设计，研发一种多功能阀式气体节流装置，实现在不影响气井正常生产的前提下，即能检查更换气嘴，又可以进行正反扫线操作，消除上述安全隐患的发生，从而提高该气藏的最终采收率，获得较好的开采效益。对于提升开发管理水平、促进效益开发、消除环境污染也有着重大意义。

【关键词】气体节流 气嘴 增效 高压 密封

一、研制多功能阀式气体节流装置的背景概况

井口加热节流地面集输模式，在油气田开采开发中普遍使用。气嘴是气井地面流程的重要部件，用于调节控制气井的天然气产量。气嘴是气井地面流程的重要部件，在生产运行过程中，检查、更换气嘴是气井生产中不可或缺的操作步骤。因原来使用的气嘴装置存在不同程度的设计制造缺陷，不能满足一线工艺流程的采集生产、长距离输送的实际技术需求。因故，设计制作多功能阀式气体节流装置。此阀式气体节流装置采用多通道技术设计，在生产状态下，可快速切换节流件供气和便捷检查安装气嘴。具有设计科学合理、易于加工制作、运行安全高效、检查更换便捷等优点；一次性投入、长期使用的功效。如能在全国油气田范围内普及推广，将产生巨大的经济效益与社会效益。

二、存在的问题及研发目的意义

（一）在冬季生产中，由于环境因素的影响，造成气嘴座、高压管线弯头部位易生成水合物堵塞，或因阀门内漏和关闭不严引发憋压现象，而进行检查更换气嘴操作时，由于余气不易排放干净，有时造成气体及水化物突然喷出伤人。

（二）正反扫线时，不能回收污水污物；由于受风向的影响，造成人员存在不安全因素，容易中毒。

（三）操作过程繁琐，检查气嘴操作一次需用2人，这样极大的浪费人力、物力且存在不安全因素；在取放气嘴过程中，气嘴连同气嘴座容易滑落到气嘴套下方的单井管线里，直接影响了气井的正常生产。

为了保证气田的科学高效开发，需对现气体节流装置进行改造设计，研发一种多功能阀式气体节流装置，实现在不影响气井正常生产的前提下，即能检查更换气嘴，又可以进行正反扫线操作，消除上述安全隐患的发生，从而提高该气藏的最终采收率，获得较好的开采效益。对于提升开发管理水平、促进效益开发、消除环境污染也有着重大意义。

三、多功能阀式气体节流装置的设计

（一）基本构造：这种多功能阀式气体节流装置共有11个部分组成

图1 多功能阀式气体节流装置结构图

如图1所示，本装置由1、螺孔；2、旁通通孔；3、旁通阀；4、阀体；5、法兰； 6、主通气孔； 7、上游控制阀； 8、气嘴阀连杆； 9、气嘴组件；10、放空阀；11、下游控制阀组成。

（二）工作原理：

利用多通道的原理，制作的一种节流装置。操作过程是：在不停井状态下，打开旁通阀门3，关闭上流控制阀7与下流控制阀11，开启放空阀10气体沿出气孔泄压至零，开启气嘴阀连杆8提出气嘴组件9；将气嘴组件9取出进行检查更换操作；操作完毕依次回装气嘴组件9、气嘴阀连杆8；打开上、下流控制阀，关闭旁通阀3，使气井正常工作。

（三）、研发装置的技术条件及要求

1、多功能阀式气体节流装置的技术关键：

（1）、在气井正常生产的同时能够检查更换气嘴；

（2）、适用于所有地面控制气井的特点；

（3）、现场要求阀门本体承压达到30MPa以上；

（4）、上下游控制阀及旁通阀要严密不漏达到现场要求；

（5）、能够满足现场气井正反扫线排除杂质与污物。

2、主要技术经济指标（含HSE指标要求）

（1）、安全系数：100%

（2）、承受压力：≥30MPa

（3）、控制阀及旁通阀严密性：达到100%

（四）、制作工艺与技术指标

多功能阀式气体节流装置安装于水套加热炉出口处，设计进多功能阀式气体节流装置高压管线处安装一个DN50高压放空阀，以便进行高压管段吹扫；在气体节流装置下端与回压阀之间设计一个DN50的中压阀一个以便对集气支线进行反吹扫，防止集气支线内积液过多冻堵管线影响生产。能在不关井的情况下，成功解决气井检查更换气嘴的问题，既环保又节约成本。

四、研发装置的具体实施

（一）多功能阀式气体节流装置的研制

1、研制气体节流装置本体结构

设计气体节流装置本体，采用一个长方形用45#钢材加工一个阀门本体，均匀钻多条气流通孔，在主通道上钻4个孔，分别安装上下游控制阀、放空阀、气嘴组件；在副气流通道上钻一个梯形孔安装旁通阀。通过试验阀式气体节流装置阀体抗压能力符合要求，在更换检查气嘴时，完全满足我们的要求。

2、研制气嘴节流主通道泄压装置

设计气嘴主通道泄压装置，通过试验泄压装置抗压能力符合要求，在更换检查气嘴时，泄压装置起泄压作用，完全满足我们的要求。

图2气嘴主通道泄压装置结构图

3、研制气嘴节流组件装置

将气体节流装置设计为纵向结构，气体节流装置上设计气流通孔及O型圈安装处，设计定位槽、提拉气嘴孔，上部用丝堵固定。通过对气嘴组件、压帽丝堵装置的设计加工和实施，研制出来的装置完全满足我们的要求。

4、研制气体节流装置控制阀

将气体节流装置控制阀设计为梯形锥体结构，在梯形锥体上钻一个通孔，梯形锥体上端设计有安装O型胶圈的槽，以便起到密封作用，再用固定套帽加以固定，能够实现对气流通道的开关作用。通过对控制阀与旁通阀及压紧套帽装置的设计加工和实施，研制出来的装置完全满足我们的要求。

5、确定气体节流装置的连接形式

通过以上部件的研究实施，确定了两种连接形式：

1、法兰连接：法兰连接的气体节流装置，用在压力不高的低压井进行应用。

2、卡箍连接：卡箍连接的气体节流装置，用在压力高的高压井进行应用。

（二）、成品检验与组装鉴定

1、气体节流装置各部件严密性实验

2020年8月15号将气体节流装置安装于KDHL52-Q3井（该井油压8.3MPa），采气树油管阀门处进行严密性实验，该装置选用耐高压的橡胶密封垫圈。采用这种柔韧性、延展性更好的橡胶垫圈进行密封，经过试验，一次就取得成功。

2、多功能气体节流装置应用在井口实验

2020年9月05号将气嘴阀装置安装于GO9-1-Q24井（该井油压9.2MPa，套压9.2MPa），水套加热炉出口处对气嘴阀装置行现场生产实验，在该装置前端安装一个DN50的高压放空阀，在装置下端与回压阀之间安装DN50中压放空阀，这样可对井口高压管线及集气支线进行正反扫线；气嘴阀模具经过现场生产试验，一次就取得成功。气嘴阀模具各个部件均符合现场要求，利用研制出的气嘴阀装置安装于GO9-1-Q24井整体试验成功。

五、现场检验与改进方针

（一）、现场检验

1、录取技术数据；（新旧装置拆卸、安装的用时、人员、工具的比对；精确度分析；密闭性检验；每次存档、用于分析改进）

2、不足之处的列举、以便改进完善；

该装置存在加工体积有点大，且方向性差，多通道设计也可改为远程自动控制设计这样能更加完善。

（二）、改进方针

目前我们正根据现场应用中收集的不足数据，设计了自动控制多功能阀式气体节流装置与可调式气体节流装置；准备今后更广泛的应用到气井中去。

六、研发装置的经济社会效益预期展望

（一）、经济效益预期展望

通过实施多功能阀式气体节流装置，气井在正常生产的同时，便可顺利进行检查更换气嘴操作。仅此一项，每年一口井可减少天然气损失5万m3，预计可提高产气量50000m3。按照安装十口井、每立方米天然气2元计算，每年可创造经济效益约100万元。

（二）、社会效益预期展望

多功能阀式气体节流装置，不仅具有一次性投入、长期使用的功效；实际操作中能够达到省时省力、方便快捷的工作成效。而且，此装置的多通道设计还可以一物多用，从而极大减轻了职工的劳动强度，提高了操作者的工作效率，确保了气井的安全生产。该装置已申报实用新型专利，在各油田采气系统中推广使用，产生可观的经济效益，具有广阔的应用前景。

【参考文献】

[1]廖锐全.曾庆恒.杨玲 采气工程.石油工业出版社.2013.7

[2]张仕强.采气工.中国石化出版社.2013.10

—1—