樊黑欽 馬成才

中石化中原石油工程設計有限公司

背景

2022年12月，中石化某儲氣庫采氣管道井口節流閥節流出現凍堵，帶來了生產與安全隱患，不得不停產進行處理（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，采氣過程中天然氣帶出較多水分、鉆井液、固體物（包括砂、凝結物）等雜質，因地面系統流通口徑變化，介質溫度進一步下降導致管道內水分結冰，天然氣水合物生成而造成冰堵，使采氣流通流量變小，原設計的角式節流截止閥籠套開孔在小開度范圍內極易發生堵塞、操作機構卡頓等現象。

圖 1 采氣管道凍堵且介質復雜

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雜性，原設計的集輸系統不適應氣流的攜沙能力，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37 MPa，因此節流溫降大（溫降約24℃左右）。如此高壓力大溫降造成凍堵幾率大大增加，影響集輸系統的運行效率。

（3）節流截止閥是大壓降的主要發生區域，是發生凍堵的災害部位。運行過程中發現，原角式節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，調壓過程中快速降溫，導致氣體中水分結冰，造成閥芯龍套調節孔冰堵塞，影響閥門調節功能（圖 2）。

圖 2 角式節流截止閥及籠套開孔

技術改造

（1）角式節流截止閥結構設計。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物。圓孔的流阻系數小，可以避免油水等凝結物的流掛。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物的堵塞。

圖 3 節流截止閥改造后的籠套開孔

更換閥芯籠套備件，優化籠套開孔設計。即在滿足流量和壓力調節的情況下進行籠套開孔改造，保持手動節流截止閥原有調節行程不變，減少冰堵發生。

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

（3）自動控制。將原設計手動操作角式節流截止閥改增溫度遠傳自動控制功能，實現對溫度的實時操控，減少了凍堵發生幾率。

改造效果

儲氣庫地面工程采氣井角式節流截止閥內部結構得到了改進，實現了正常生產，提升了設計水平。行程開度0～100%（表 1），調節氣量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驗不足導致的凍堵。自改造以來，一直未發生閥門冰堵、操作卡頓等問題。

表 1 白九手動節流閥Cv—籠套優化

啟示

原角式節流截止閥開孔設計不適合介質比較復雜、雜物比較多的工況。對于超高壓、大壓降、含水砂復雜介質，井口節流截止閥圓形開孔節流可以更好地避免油水等凝結物流掛，減少凍堵發生。

作者簡介：樊黑欽，1971年生，工學學士，油氣儲運工程師，主要從事長輸管道工程、油田工程等工作，具有多年工程設計經驗，參與設計多個陸上油氣田開發工程及長輸管道工程。聯系方式：13333935754，fanhq.osec@sinopec.com。