石油、天然氣鉆采行業(yè)用節(jié)流閥

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，其功能是在實施油氣井壓力控制技術(shù)時，借助它的開啟和關(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)動橡膠筒外壁來改變其內(nèi)孔大??；還有的是利用兩塊重疊金屬板，靠其相對轉(zhuǎn)動來改變孔口大小。盡管節(jié)流閥結(jié)構(gòu)各異，但原理都是通過改變流體通道大小，使鉆井液流過節(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、氣動、電動和液動。

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，其功能是在實施油氣井壓力控制技術(shù)時，借助它的開啟和關(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)動橡膠筒外壁來改變其內(nèi)孔大小；還有的是利用兩塊重疊金屬板，靠其相對轉(zhuǎn)動來改變孔口大小。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，當井涌量大時才用固定式節(jié)流器配合。

固定式節(jié)流器不是一個閥，而是一個整體裝置，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)流嘴來實現(xiàn)的。固定式節(jié)流器適用于壓力固定的情況，例如采油樹。

固定式節(jié)流器用于油井（采油樹）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)流閥有手動和液動兩類。此處僅簡介手動針形節(jié)流閥。

針形節(jié)流閥主要由法蘭、閥體、〇形密封圈、盤根盒、壓蓋、閥桿、手輪、閥座、軸承、壓帽、閥針、螺母、鍵等組成。一對隱入式節(jié)流頭和閥座，減少禽速流體造成的損害，一個頂蓋大螺母，方便維護保養(yǎng)，測試口便于安裝壓力檢測儀表，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，以保護閥體不受磨損。

筒形節(jié)流閥靠液壓的推動（圖11-6）或手輪的轉(zhuǎn)動 （圖11-7）來調(diào)節(jié)閥瓣的開關(guān)，具有流體流動性能好、 振動小的特點。筒形閥瓣由前后止動帽、帶槽圓螺母等固定在閥桿上，隨閥桿的上下移動調(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，遠離內(nèi)腔，消除

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

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

液動筒形節(jié)流閥具有如下特點：

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)進正出的流向，其筒形閥板周圍的導(dǎo)筒減少了節(jié)流時的振動，減少了噪聲；

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

⑤操作者通過控制臺能遠程控制節(jié)流閥的開關(guān)。 操作手動筒形節(jié)流閥時，順時針旋轉(zhuǎn)手輪，開啟度變小并趨于關(guān)閉；逆時針旋轉(zhuǎn)手輪，開啟度變大，節(jié)流

閥的開啟可以從護罩上的刻度顯示出來。在旋轉(zhuǎn)手輪快到行程終點時，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)來改變流體方向，并利用流體力學原理使流體沿籠套的中心線運動，避免對節(jié)流元件的沖損和腐蝕，減少運行噪聲。 籠套式節(jié)流閥可以提供一個可變的流量，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，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，具有很長的使用壽命。閥體上設(shè)有泄壓閥，以方便操作者在打開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。 籠套式節(jié)流閥的節(jié)流元件采用碳化鎢材料，上下多點固定，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，大大延長了安全使用壽命，降低了停產(chǎn)維修率?；\套式節(jié)流閥維護方便，而針式節(jié)流閥由于結(jié)構(gòu)本身的特點使其具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的特點，同時節(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。這些情況增加了油氣井開采后期的作業(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）分為手動孔板式節(jié)流閥和液動孔板式節(jié)流閥。

孔板式節(jié)流閥具有以下特點：

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。

②手動孔板式節(jié)流閥采用省力結(jié)構(gòu)，靠手輪的傳動來改變節(jié)流口徑，孔板式節(jié)流閥采用四缸連動的液動驅(qū)動器來驅(qū)動，具有開關(guān)靈活，操作方便等優(yōu)點。

③流動孔板式節(jié)流閥在驅(qū)動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，降低了閥門開關(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手輪以逆時針方向旋轉(zhuǎn)為幵，順時針方向旋轉(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顯著的特點是在于當被關(guān)閉時，進、出口之間的壓力差，能使兩塊孔板緊緊地壓在一起，實現(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，可通過預(yù)先設(shè)置的高、低壓傳感器壓力信號值，使其自動關(guān)閉和切斷，因此可避免重大危險事故的發(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)流閥不宜作為截斷閥用，節(jié)流閥若是長期用于節(jié)流，其密封面必然會被沖蝕，而不能保證密封性。

國產(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 。

參考文獻

[1] 王孝天等.不銹鋼閥門的設(shè)計與制造.北京： 原子能出版社，1987.

[2] 王華主編.井控裝置實用手冊.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

[3] [美]派珀（Piper C.F.）著.閥門.趙凱民 譯.北京：石油工業(yè)出版社，1989.

[4] 衛(wèi)曉亭.石油礦場水力機械.北京：石油工業(yè)出版社，1989.

[5] 中國石油天然氣總公司勞資局組織編寫.井控 技術(shù).北京：石油工業(yè)出版社，1996.

[6] 周全興主編.鉆采工具手冊：下冊.北京：科學出版社，2002.

[7] 劉成林主編.天然氣集輸系統(tǒng)常用閥門實用手冊.北京：石油工業(yè)出版社，2005.

[8] GB/T 21465—2008.閥門術(shù)語.

[9] API SPEC 6A~2010. Specification for Well¬head and Christmas Tree Equipment

[10] API SPEC 17D~2011. Design and Operation of Subsea Production Systems-Subsea Wellhead and Tree Equipment

來源：上海自動化儀表銷售網(wǎng)（www.40017.net）

來源：http://www.40017.net/info/jishu_17f0a50e1aba3711.html