摘要：柴達木盆地澀北氣田儲層巖性為泥質粉砂巖，成巖性差，質地疏松，生產過程中易出砂，常刺壞節流降壓設備；同時，由于排污時高速流體帶砂，排污閥門被刺壞的幾率也呈直線上升趨勢。為此，研發了適合澀北氣田使用的節流及排污裝置——“高效直角節流器”和“節流、抗沖蝕高壓排污閥”，并詳細介紹了新設備的原理、結構，并對其性能及經濟性進行了分析。生產使用情況表明：“高效直角節流器”和“節流、抗沖蝕高壓排污閥”能有效降低工人勞動強度、節約生產成本、保證安全生產。

關鍵詞：澀北氣田；出砂；專利；刺壞；安全；節約；成本；無人值守

    在高壓天然氣的生產中，節流裝置是十分關鍵的設備，具有節流降壓、控制生產的作用^[1]。澀北氣田曾采用過角式針形閥、針形角閥內鑲氣嘴、法蘭加持式氣嘴等一級節流裝置，因氣田出砂，此3種節流裝置在不同程度上都存在著容易被刺漏、拆裝煩瑣和工作效率低的弊病，導致生產成本高，安全生產隱患突出。

    另外，原集氣站分離器的排污是由集氣站操作工按時巡查，手動進行排污。隨著氣田產量的增加，氣井出水量也日益增加，分離器的排污次數增加，集氣站操作工的勞動強度也日益增加，特別是出水量大的生產井在單井計量時，排污次數更加頻繁。因此，在實際生產中出現了兩個急需解決的問題：①由于出砂，分離器排污閥的更換次數日漸頻繁，生產運行成本急劇增加；②由于出水過多，分離器出現冒頂現象的次數也有所增加，分離器內污水隨著天然氣進入集氣干線和脫水總站，造成集氣干線運行效率降低，脫水總站分離器及三甘醇脫水裝置負荷增加，安全生產中的隱患突出。

    為此，研發了適合澀北氣田使用的節流及排污裝置“高效直角節流器”和“節流、抗沖蝕高壓排污閥”，較好地解決了上述問題。

    2002年開始著手試驗研制適合澀北氣田的節流裝置及排污裝置。2002年高效直角節流器試驗成功，2003年高效直角節流器獲得國家專利(專利號為：CN03209363.2)，2004年節流、抗沖蝕雙作用排污閥試驗成功(也已獲得國家專利)。

1.1.1 設備結構

    由堵絲、氣嘴、花欄、頂絲、密封圈和直角外殼結構組成。其結構示意圖見圖1。

 

1.1.2 工作原理

    以天然氣經過閥內氣嘴達到節流降壓的目的。

1.1.3 設備性能

    1) 結構簡單，生產成本低，能滿足立裝及平裝的要求。

    2) 節流氣嘴及內部受沖刷部位采用高強度超耐磨材料制作，防沖刷能力強，整體使用壽命長。

    3) 安全性能可靠。設備上設置安全泄壓孔，降低了誤操作致使殘余氣體將堵絲打飛的可能性。

    4) 操作簡單，維護及拆卸方便。設備維護簡單，一般只需定期檢查氣嘴、密封圈，安裝時做好清潔并潤滑絲扣及密封部位。

    5) 閥芯內部可拆卸，在閥芯被刺壞而閥體沒有損壞的情況下，僅需要更換閥芯就可繼續投入生產使用，節約了生產成本。

6) 閥座泄露密封完全達到API 6D標準要求。

1.2.1 設備結構

    由閥桿、推力軸承、花欄、閥芯、密封圈和直角外殼組成。

1.2.2 工作原理

    閥芯回轉180°，完成排污動作。

1.2.3 設備性能

    1) 結構簡單，生產成本低，能滿足立裝及平裝的要求。

    2) 閥芯內部受沖刷部位采用高強度超耐磨材料制作，防沖刷能力強，整體使用壽命長。經試驗，該閥門在含砂介質情況下開關次數可達5000次(相當于日常使用8個月)。

    3) 可通過外加電動執行機構與微機和分離器液位控制器實現連鎖，完成自動排污^[2]。

    4) 安全可靠。設備上設計有安全泄壓孔，能有效防止檢修時殘余氣體刺出^[3]。

    5) 閥芯內部可拆卸，在閥芯被刺壞而閥體沒有損壞的情況下，僅需要更換閥芯就可繼續投入生產使用，節約了生產成本。

    6) 閥座泄露密封完全達到API 6D標準要求^[4]。

    7) 設備強度可保證5a的使用。

    8) 絲扣法蘭式安裝、直角型結構的設計，安裝更換方便^[5]。

2.1 高效直角節流器與原有節流方法在技術上的對比分析(見表1)

通過對比分析，不難發現：在滿足工作要求的前提下，高效直角節流器在拆裝、檢修、維護、降低工人勞動強度、防刺等方面與其他3種節流裝置相比有著獨特的優越性。

2.2 節流、抗沖蝕雙作用排污閥與其他排污方式的對比分析(見表2)

    2003～2004年，為了驗證研發的節流、抗沖蝕雙作用排污閥的效果，澀北氣田試驗了3套排污方案：

    方案一：外加儲液罐式排污方案(在新2號集氣站試驗)。

    方案二：電動截止閥排污方案(在新1號、5號、6號、10號集氣站試驗)。

    方案三：電動角式排污閥(節流、抗沖蝕雙作用排污閥)方案(在新4、新3號集氣站試驗)。

3套方案的試驗結果對比表明：應用自主研發的電動角式排污閥抗沖蝕排污方案是既經濟又有效的方法，適合在澀北氣田推廣應用。

    高效直角節流器的發明，極大地減輕了工人的勞動強度，天然氣節流氣嘴檢查用時從2 h降到了8min，原來需要由2、3位員工完成的設備檢查工作，現在只需1個女工就可以完成，崗位人員得到緩解，工作效率得以提高，安全生產得以保障；原來1個月需要更換1個閥門，現在半年才需要更換1次，僅此項就為公司每年創造了500多萬元的經濟效益。

2008年8～9月，對原有排污閥和節流、抗沖蝕雙作用排污閥的應用效果進行了對比分析，詳見表3。

注：節流、抗沖蝕雙作用排污閥只需要更換閥芯，單項費用只有800元。

如果在全氣田8個集氣站都推廣應用“節流、抗沖蝕雙作用排污閥”，按以上計算可知：

    1) 每年可以節約生產成本526.8萬元。

    2) 每年可節約工時9929d。

    3) 每年節約天然氣(泄壓排污時每次要排放天然氣約20×10⁴m³)約116.8×10⁴m³，折合58萬元，因此每年總合計經濟效益為1401.3萬元。

    推廣使用“高效直角節流器”和“節流、抗沖蝕雙作用排污閥”，可減輕采氣崗位員工的勞動強度，使更多的人力和物力得到相應的解放。在澀北氣田推廣應用以上兩種新技術，經粗略計算，其綜合經濟效益每年至少可達2000萬元。

    根據試驗，使用“高效直角節流器”和“節流、抗沖蝕雙作用排污閥”，可以滿足出砂氣田生產的需要，就目前的使用情況來看，澀北氣田的所有生產井(360多口)都已安裝了高效直角節流器，15個集氣站安裝的“節流、抗沖蝕雙作用排污閥”已實現了鼠標點擊就可自動開關排污，澀北二號采氣作業區已經實現了液位的聯動控制，真正達到了自動排污。已投入使用的閥門使用次數大多已達3000次，預計使用壽命在4000次以上。“高效直角節流器”和“節流、抗沖蝕雙作用高壓排污閥”的應用，極大地提高了生產的安全系數，為氣田開發帶來了可觀的經濟效益，同時減輕了工人的勞動強度，提高了員工工作效率，為實現“無人值守場站”奠定了堅實的基礎，具有很好的應用前景。

[1] 丁圻堮，王笑京，王軍，等.安全生產技術[M].北京：煤炭工業出版社，2004.

[2] 周元興.電工與電子技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3] 宋德琦，蘇建華，任啟瑞，等.天然氣輸送與儲存工程[M].北京：石油工業出版社，2004.

[4] 張承翼，李春英.化工工程制圖[M].北京：化學工業出版社，1994.

[5] 葛志祺，蔡春源，鄂中凱，等.機械零件設計手冊(上)[M].北京：冶金工業出版社，1986.

 

(本文作者：成艷春¹ 許正祥² 景連雨² 楊喜彥² 1.中國石油青海油田公司油氣開發處；2.中國石油青海油田公司天然氣開發公司)