摘要：柴達木盆地澀北氣田儲層巖性為泥質(zhì)粉砂巖，成巖性差，質(zhì)地疏松，生產(chǎn)過程中易出砂，常刺壞節(jié)流降壓設(shè)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(fā)了適合澀北氣田使用的節(jié)流及排污裝置——“高效直角節(jié)流器”和“節(jié)流、抗沖蝕高壓排污閥”，并詳細介紹了新設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)，并對其性能及經(jīng)濟性進行了分析。生產(chǎn)使用情況表明：“高效直角節(jié)流器”和“節(jié)流、抗沖蝕高壓排污閥”能有效降低工人勞動強度、節(jié)約生產(chǎn)成本、保證安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：澀北氣田；出砂；專利；刺壞；安全；節(jié)約；成本；無人值守

    在高壓天然氣的生產(chǎn)中，節(jié)流裝置是十分關(guān)鍵的設(shè)備，具有節(jié)流降壓、控制生產(chǎn)的作用^[1]。澀北氣田曾采用過角式針形閥、針形角閥內(nèi)鑲氣嘴、法蘭加持式氣嘴等一級節(jié)流裝置，因氣田出砂，此3種節(jié)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(dǎo)致生產(chǎn)成本高，安全生產(chǎn)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(chǎn)量的增加，氣井出水量也日益增加，分離器的排污次數(shù)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(chǎn)井在單井計量時，排污次數(shù)更加頻繁。因此，在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)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(shù)日漸頻繁，生產(chǎn)運行成本急劇增加；②由于出水過多，分離器出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象的次數(shù)也有所增加，分離器內(nèi)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(chǎn)中的隱患突出。

    為此，研發(fā)了適合澀北氣田使用的節(jié)流及排污裝置“高效直角節(jié)流器”和“節(jié)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(jié)流裝置及排污裝置。2002年高效直角節(jié)流器試驗成功，2003年高效直角節(jié)流器獲得國家專利(專利號為：CN03209363.2)，2004年節(jié)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(shè)備結(jié)構(gòu)

    由堵絲、氣嘴、花欄、頂絲、密封圈和直角外殼結(jié)構(gòu)組成。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

 

1.1.2 工作原理

    以天然氣經(jīng)過閥內(nèi)氣嘴達到節(jié)流降壓的目的。

1.1.3 設(shè)備性能

    1) 結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，能滿足立裝及平裝的要求。

    2) 節(jié)流氣嘴及內(nèi)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(shè)備上設(shè)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(shè)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(nèi)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(xù)投入生產(chǎn)使用，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

6) 閥座泄露密封完全達到API 6D標準要求。

1.2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

    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(zhuǎn)180°，完成排污動作。

1.2.3 設(shè)備性能

    1) 結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，能滿足立裝及平裝的要求。

    2) 閥芯內(nèi)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(jīng)試驗，該閥門在含砂介質(zhì)情況下開關(guān)次數(shù)可達5000次(相當于日常使用8個月)。

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

    4) 安全可靠。設(shè)備上設(shè)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(nèi)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(xù)投入生產(chǎn)使用，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

    6) 閥座泄露密封完全達到API 6D標準要求^[4]。

    7) 設(shè)備強度可保證5a的使用。

    8) 絲扣法蘭式安裝、直角型結(jié)構(gòu)的設(shè)計，安裝更換方便^[5]。

2.1 高效直角節(jié)流器與原有節(jié)流方法在技術(shù)上的對比分析(見表1)

通過對比分析，不難發(fā)現(xiàn)：在滿足工作要求的前提下，高效直角節(jié)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(jié)流裝置相比有著獨特的優(yōu)越性。

2.2 節(jié)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(fā)的節(jié)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(jié)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(jié)果對比表明：應(yīng)用自主研發(fā)的電動角式排污閥抗沖蝕排污方案是既經(jīng)濟又有效的方法，適合在澀北氣田推廣應(yīng)用。

    高效直角節(jié)流器的發(fā)明，極大地減輕了工人的勞動強度，天然氣節(jié)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(shè)備檢查工作，現(xiàn)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(chǎn)得以保障；原來1個月需要更換1個閥門，現(xiàn)在半年才需要更換1次，僅此項就為公司每年創(chuàng)造了500多萬元的經(jīng)濟效益。

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

注：節(jié)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(yīng)用“節(jié)流、抗沖蝕雙作用排污閥”，按以上計算可知：

    1) 每年可以節(jié)約生產(chǎn)成本526.8萬元。

    2) 每年可節(jié)約工時9929d。

    3) 每年節(jié)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(jīng)濟效益為1401.3萬元。

    推廣使用“高效直角節(jié)流器”和“節(jié)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(yīng)的解放。在澀北氣田推廣應(yīng)用以上兩種新技術(shù)，經(jīng)粗略計算，其綜合經(jīng)濟效益每年至少可達2000萬元。

    根據(jù)試驗，使用“高效直角節(jié)流器”和“節(jié)流、抗沖蝕雙作用排污閥”，可以滿足出砂氣田生產(chǎn)的需要，就目前的使用情況來看，澀北氣田的所有生產(chǎn)井(360多口)都已安裝了高效直角節(jié)流器，15個集氣站安裝的“節(jié)流、抗沖蝕雙作用排污閥”已實現(xiàn)了鼠標點擊就可自動開關(guān)排污，澀北二號采氣作業(yè)區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)了液位的聯(lián)動控制，真正達到了自動排污。已投入使用的閥門使用次數(shù)大多已達3000次，預(yù)計使用壽命在4000次以上。“高效直角節(jié)流器”和“節(jié)流、抗沖蝕雙作用高壓排污閥”的應(yīng)用，極大地提高了生產(chǎn)的安全系數(shù)，為氣田開發(fā)帶來了可觀的經(jīng)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(xiàn)“無人值守場站”奠定了堅實的基礎(chǔ)，具有很好的應(yīng)用前景。

[1] 丁圻堮，王笑京，王軍，等.安全生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.

[2] 周元興.電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)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(yè)出版社，2004.

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

[5] 葛志祺，蔡春源，鄂中凱，等.機械零件設(shè)計手冊(上)[M].北京：冶金工業(yè)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(fā)處；2.中國石油青海油田公司天然氣開發(fā)公司)