樊黑欽 馬成才

中石化中原石油工程設(shè)計有限公司

背景

2022年12月，中石化某儲氣庫采氣管道井口節(jié)流閥節(jié)流出現(xiàn)凍堵，帶來了生產(chǎn)與安全隱患，不得不停產(chǎn)進(jìn)行處理（圖 1）。該氣田地層深度為2630 m～3305 m，井口具有超高壓、大壓降的特點(diǎn)，采氣過程中天然氣帶出較多水分、鉆井液、固體物（包括砂、凝結(jié)物）等雜質(zhì)，因地面系統(tǒng)流通口徑變化，介質(zhì)溫度進(jìn)一步下降導(dǎo)致管道內(nèi)水分結(jié)冰，天然氣水合物生成而造成冰堵，使采氣流通流量變小，原設(shè)計的角式節(jié)流截止閥籠套開孔在小開度范圍內(nèi)極易發(fā)生堵塞、操作機(jī)構(gòu)卡頓等現(xiàn)象。

圖 1 采氣管道凍堵且介質(zhì)復(fù)雜

原因分析

（1）儲氣庫采出氣前期含凝析油及水較多，增大了天然氣流通阻力和輸送壓差，含有的微量沙、固體顆粒增加了井流體多相流動的復(fù)雜性，原設(shè)計的集輸系統(tǒng)不適應(yīng)氣流的攜沙能力，造成沙沉積。

（2）儲氣庫壓力超高52 MPa，采氣壓力低于15 MPa，壓降高達(dá)37 MPa，因此節(jié)流溫降大（溫降約24℃左右）。如此高壓力大溫降造成凍堵幾率大大增加，影響集輸系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

（3）節(jié)流截止閥是大壓降的主要發(fā)生區(qū)域，是發(fā)生凍堵的災(zāi)害部位。運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，原角式節(jié)流截止閥籠套開孔在50%以下，垂直方向最小間隙只有0.8 mm。采氣井采出氣體成分中帶有大量液體水分和雜質(zhì)，調(diào)壓過程中快速降溫，導(dǎo)致氣體中水分結(jié)冰，造成閥芯龍?zhí)渍{(diào)節(jié)孔冰堵塞，影響閥門調(diào)節(jié)功能（圖 2）。

圖 2 角式節(jié)流截止閥及籠套開孔

技術(shù)改造

（1）角式節(jié)流截止閥結(jié)構(gòu)設(shè)計。籠套全部采用圓形孔，閥芯籠套長度105 mm，開圓孔直徑90 mm，開孔中心距底部尺寸60 mm。與其他開孔形式相比，圓孔面積大，圓孔邊圓齊整可以更好的過濾凝結(jié)物。圓孔的流阻系數(shù)小，可以避免油水等凝結(jié)物的流掛。在籠套50%以下開度位置增加圓形孔（圖 3），可以更好的避免油水等凝結(jié)物的堵塞。

圖 3 節(jié)流截止閥改造后的籠套開孔

更換閥芯籠套備件，優(yōu)化籠套開孔設(shè)計。即在滿足流量和壓力調(diào)節(jié)的情況下進(jìn)行籠套開孔改造，保持手動節(jié)流截止閥原有調(diào)節(jié)行程不變，減少冰堵發(fā)生。

（2）增加溫度顯示。在采氣井角式節(jié)流截止閥工藝管道的前后端增加溫度顯示，使操作人員在現(xiàn)場巡查時可以及時查看實(shí)際溫度，防止溫度過低的情況出現(xiàn)。

（3）自動控制。將原設(shè)計手動操作角式節(jié)流截止閥改增溫度遠(yuǎn)傳自動控制功能，實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時操控，減少了凍堵發(fā)生幾率。

改造效果

儲氣庫地面工程采氣井角式節(jié)流截止閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了正常生產(chǎn)，提升了設(shè)計水平。行程開度0～100%（表 1），調(diào)節(jié)氣量CV靈活（Circulation Volume縮寫，指閥門等的流通能力），減少了因操作人員的經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致的凍堵。自改造以來，一直未發(fā)生閥門冰堵、操作卡頓等問題。

表 1 白九手動節(jié)流閥Cv—籠套優(yōu)化

啟示

原角式節(jié)流截止閥開孔設(shè)計不適合介質(zhì)比較復(fù)雜、雜物比較多的工況。對于超高壓、大壓降、含水砂復(fù)雜介質(zhì)，井口節(jié)流截止閥圓形開孔節(jié)流可以更好地避免油水等凝結(jié)物流掛，減少凍堵發(fā)生。

作者簡介：樊黑欽，1971年生，工學(xué)學(xué)士，油氣儲運(yùn)工程師，主要從事長輸管道工程、油田工程等工作，具有多年工程設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，參與設(shè)計多個陸上油氣田開發(fā)工程及長輸管道工程。聯(lián)系方式：13333935754，fanhq.osec@sinopec.com。