摘要：柴达木盆地涩北气田储层岩性为泥质粉砂岩，成岩性差，质地疏松，生产过程中易出砂，常刺坏节流降压设备；同时，由于排污时高速流体带砂，排污阀门被刺坏的几率也呈直线上升趋势。为此，研发了适合涩北气田使用的节流及排污装置——“高效直角节流器”和“节流、抗冲蚀高压排污阀”，并详细介绍了新设备的原理、结构，并对其性能及经济性进行了分析。生产使用情况表明：“高效直角节流器”和“节流、抗冲蚀高压排污阀”能有效降低工人劳动强度、节约生产成本、保证安全生产。

关键词：涩北气田；出砂；专利；刺坏；安全；节约；成本；无人值守

    在高压天然气的生产中，节流装置是十分关键的设备，具有节流降压、控制生产的作用^[1]。涩北气田曾采用过角式针形阀、针形角阀内镶气嘴、法兰加持式气嘴等一级节流装置，因气田出砂，此3种节流装置在不同程度上都存在着容易被刺漏、拆装烦琐和工作效率低的弊病，导致生产成本高，安全生产隐患突出。

    另外，原集气站分离器的排污是由集气站操作工按时巡查，手动进行排污。随着气田产量的增加，气井出水量也日益增加，分离器的排污次数增加，集气站操作工的劳动强度也日益增加，特别是出水量大的生产井在单井计量时，排污次数更加频繁。因此，在实际生产中出现了两个急需解决的问题：①由于出砂，分离器排污阀的更换次数日渐频繁，生产运行成本急剧增加；②由于出水过多，分离器出现冒顶现象的次数也有所增加，分离器内污水随着天然气进入集气干线和脱水总站，造成集气干线运行效率降低，脱水总站分离器及三甘醇脱水装置负荷增加，安全生产中的隐患突出。

    为此，研发了适合涩北气田使用的节流及排污装置“高效直角节流器”和“节流、抗冲蚀高压排污阀”，较好地解决了上述问题。

    2002年开始着手试验研制适合涩北气田的节流装置及排污装置。2002年高效直角节流器试验成功，2003年高效直角节流器获得国家专利(专利号为：CN03209363.2)，2004年节流、抗冲蚀双作用排污阀试验成功(也已获得国家专利)。

1.1.1 设备结构

    由堵丝、气嘴、花栏、顶丝、密封圈和直角外壳结构组成。其结构示意图见图1。

 

1.1.2 工作原理

    以天然气经过阀内气嘴达到节流降压的目的。

1.1.3 设备性能

    1) 结构简单，生产成本低，能满足立装及平装的要求。

    2) 节流气嘴及内部受冲刷部位采用高强度超耐磨材料制作，防冲刷能力强，整体使用寿命长。

    3) 安全性能可靠。设备上设置安全泄压孔，降低了误操作致使残余气体将堵丝打飞的可能性。

    4) 操作简单，维护及拆卸方便。设备维护简单，一般只需定期检查气嘴、密封圈，安装时做好清洁并润滑丝扣及密封部位。

    5) 阀芯内部可拆卸，在阀芯被刺坏而阀体没有损坏的情况下，仅需要更换阀芯就可继续投入生产使用，节约了生产成本。

6) 阀座泄露密封完全达到API 6D标准要求。

1.2.1 设备结构

    由阀杆、推力轴承、花栏、阀芯、密封圈和直角外壳组成。

1.2.2 工作原理

    阀芯回转180°，完成排污动作。

1.2.3 设备性能

    1) 结构简单，生产成本低，能满足立装及平装的要求。

    2) 阀芯内部受冲刷部位采用高强度超耐磨材料制作，防冲刷能力强，整体使用寿命长。经试验，该阀门在含砂介质情况下开关次数可达5000次(相当于日常使用8个月)。

    3) 可通过外加电动执行机构与微机和分离器液位控制器实现连锁，完成自动排污^[2]。

    4) 安全可靠。设备上设计有安全泄压孔，能有效防止检修时残余气体刺出^[3]。

    5) 阀芯内部可拆卸，在阀芯被刺坏而阀体没有损坏的情况下，仅需要更换阀芯就可继续投入生产使用，节约了生产成本。

    6) 阀座泄露密封完全达到API 6D标准要求^[4]。

    7) 设备强度可保证5a的使用。

    8) 丝扣法兰式安装、直角型结构的设计，安装更换方便^[5]。

2.1 高效直角节流器与原有节流方法在技术上的对比分析(见表1)

通过对比分析，不难发现：在满足工作要求的前提下，高效直角节流器在拆装、检修、维护、降低工人劳动强度、防刺等方面与其他3种节流装置相比有着独特的优越性。

2.2 节流、抗冲蚀双作用排污阀与其他排污方式的对比分析(见表2)

    2003～2004年，为了验证研发的节流、抗冲蚀双作用排污阀的效果，涩北气田试验了3套排污方案：

    方案一：外加储液罐式排污方案(在新2号集气站试验)。

    方案二：电动截止阀排污方案(在新1号、5号、6号、10号集气站试验)。

    方案三：电动角式排污阀(节流、抗冲蚀双作用排污阀)方案(在新4、新3号集气站试验)。

3套方案的试验结果对比表明：应用自主研发的电动角式排污阀抗冲蚀排污方案是既经济又有效的方法，适合在涩北气田推广应用。

    高效直角节流器的发明，极大地减轻了工人的劳动强度，天然气节流气嘴检查用时从2 h降到了8min，原来需要由2、3位员工完成的设备检查工作，现在只需1个女工就可以完成，岗位人员得到缓解，工作效率得以提高，安全生产得以保障；原来1个月需要更换1个阀门，现在半年才需要更换1次，仅此项就为公司每年创造了500多万元的经济效益。

2008年8～9月，对原有排污阀和节流、抗冲蚀双作用排污阀的应用效果进行了对比分析，详见表3。

注：节流、抗冲蚀双作用排污阀只需要更换阀芯，单项费用只有800元。

如果在全气田8个集气站都推广应用“节流、抗冲蚀双作用排污阀”，按以上计算可知：

    1) 每年可以节约生产成本526.8万元。

    2) 每年可节约工时9929d。

    3) 每年节约天然气(泄压排污时每次要排放天然气约20×10⁴m³)约116.8×10⁴m³，折合58万元，因此每年总合计经济效益为1401.3万元。

    推广使用“高效直角节流器”和“节流、抗冲蚀双作用排污阀”，可减轻采气岗位员工的劳动强度，使更多的人力和物力得到相应的解放。在涩北气田推广应用以上两种新技术，经粗略计算，其综合经济效益每年至少可达2000万元。

    根据试验，使用“高效直角节流器”和“节流、抗冲蚀双作用排污阀”，可以满足出砂气田生产的需要，就目前的使用情况来看，涩北气田的所有生产井(360多口)都已安装了高效直角节流器，15个集气站安装的“节流、抗冲蚀双作用排污阀”已实现了鼠标点击就可自动开关排污，涩北二号采气作业区已经实现了液位的联动控制，真正达到了自动排污。已投入使用的阀门使用次数大多已达3000次，预计使用寿命在4000次以上。“高效直角节流器”和“节流、抗冲蚀双作用高压排污阀”的应用，极大地提高了生产的安全系数，为气田开发带来了可观的经济效益，同时减轻了工人的劳动强度，提高了员工工作效率，为实现“无人值守场站”奠定了坚实的基础，具有很好的应用前景。

[1] 丁圻堮，王笑京，王军，等.安全生产技术[M].北京：煤炭工业出版社，2004.

[2] 周元兴.电工与电子技术基础[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3] 宋德琦，苏建华，任启瑞，等.天然气输送与储存工程[M].北京：石油工业出版社，2004.

[4] 张承翼，李春英.化工工程制图[M].北京：化学工业出版社，1994.

[5] 葛志祺，蔡春源，鄂中凯，等.机械零件设计手册(上)[M].北京：冶金工业出版社，1986.

 

(本文作者：成艳春¹ 许正祥² 景连雨² 杨喜彦² 1.中国石油青海油田公司油气开发处；2.中国石油青海油田公司天然气开发公司)