樊黑钦 马成才

中石化中原石油工程设计有限公司

背景

2022年12月，中石化某储气库采气管道井口节流阀节流出现冻堵，带来了生产与安全隐患，不得不停产进行处理（图 1）。该气田地层深度为2630 m～3305 m，井口具有超高压、大压降的特点，采气过程中天然气带出较多水分、钻井液、固体物（包括砂、凝结物）等杂质，因地面系统流通口径变化，介质温度进一步下降导致管道内水分结冰，天然气水合物生成而造成冰堵，使采气流通流量变小，原设计的角式节流截止阀笼套开孔在小开度范围内极易发生堵塞、操作机构卡顿等现象。

图 1 采气管道冻堵且介质复杂

原因分析

（1）储气库采出气前期含凝析油及水较多，增大了天然气流通阻力和输送压差，含有的微量沙、固体颗粒增加了井流体多相流动的复杂性，原设计的集输系统不适应气流的携沙能力，造成沙沉积。

（2）储气库压力超高52 MPa，采气压力低于15 MPa，压降高达37 MPa，因此节流温降大（温降约24℃左右）。如此高压力大温降造成冻堵几率大大增加，影响集输系统的运行效率。

（3）节流截止阀是大压降的主要发生区域，是发生冻堵的灾害部位。运行过程中发现，原角式节流截止阀笼套开孔在50%以下，垂直方向最小间隙只有0.8 mm。采气井采出气体成分中带有大量液体水分和杂质，调压过程中快速降温，导致气体中水分结冰，造成阀芯龙套调节孔冰堵塞，影响阀门调节功能（图 2）。

图 2 角式节流截止阀及笼套开孔

技术改造

（1）角式节流截止阀结构设计。笼套全部采用圆形孔，阀芯笼套长度105 mm，开圆孔直径90 mm，开孔中心距底部尺寸60 mm。与其他开孔形式相比，圆孔面积大，圆孔边圆齐整可以更好的过滤凝结物。圆孔的流阻系数小，可以避免油水等凝结物的流挂。在笼套50%以下开度位置增加圆形孔（图 3），可以更好的避免油水等凝结物的堵塞。

图 3 节流截止阀改造后的笼套开孔

更换阀芯笼套备件，优化笼套开孔设计。即在满足流量和压力调节的情况下进行笼套开孔改造，保持手动节流截止阀原有调节行程不变，减少冰堵发生。

（2）增加温度显示。在采气井角式节流截止阀工艺管道的前后端增加温度显示，使操作人员在现场巡查时可以及时查看实际温度，防止温度过低的情况出现。

（3）自动控制。将原设计手动操作角式节流截止阀改增温度远传自动控制功能，实现对温度的实时操控，减少了冻堵发生几率。

改造效果

储气库地面工程采气井角式节流截止阀内部结构得到了改进，实现了正常生产，提升了设计水平。行程开度0～100%（表 1），调节气量CV灵活（Circulation Volume缩写，指阀门等的流通能力），减少了因操作人员的经验不足导致的冻堵。自改造以来，一直未发生阀门冰堵、操作卡顿等问题。

表 1 白九手动节流阀Cv—笼套优化

启示

原角式节流截止阀开孔设计不适合介质比较复杂、杂物比较多的工况。对于超高压、大压降、含水砂复杂介质，井口节流截止阀圆形开孔节流可以更好地避免油水等凝结物流挂，减少冻堵发生。

作者简介：樊黑钦，1971年生，工学学士，油气储运工程师，主要从事长输管道工程、油田工程等工作，具有多年工程设计经验，参与设计多个陆上油气田开发工程及长输管道工程。联系方式：13333935754，fanhq.osec@sinopec.com。