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石油、天然气钻采行业用节流阀

检测人王大锤

2023/07/07

石油化工检测

节流阀是石油、天然气行业井控装置用于节流管汇中的核心部件，其功能是在实施油气井压力控制技术时，借助它的开启和关闭维持一定的套压，将井底压力变化稳定在一定窄小的范围内。节流阀的节流元件，大多数采用针形阀结构；也有的是筒形橡胶，由气液驱动橡胶筒外壁来改变其内孔大小；还有的是利用两块重叠金属板，靠其相对转动来改变孔口大小。尽管节流阀结构各异，但原理都是通过改变流体通道大小，使钻井液流过节流元件的阻力大小不同，造成的井口回压也不同，通孔越小阻力越大，回压也越大；通孔越大阻力越小，回压也越小，从而达到节流的目的。

节流管汇中的节流阀主要分为两大类，固定式节流器和可调式节流阀。可调式节流阀按照阀瓣的结构可分为针形节流阀、筒形节流阀、笼套式节流阀和孔板式节流阀等。其操作方式有手动、气动、电动和液动。

节流阀是石油、天然气行业井控装置用于节流管汇中的核心部件，其功能是在实施油气井压力控制技术时，借助它的开启和关闭维持一定的套压，将井底压力变化稳定在一定窄小的范围内。节流阀的节流元件，大多数采用针形阀结构；也有的是筒形橡胶，由气液驱动橡胶筒外壁来改变其内孔大小；还有的是利用两块重叠金属板，靠其相对转动来改变孔口大小。尽管节流阀固定式节流器的流量是固定不变的，可根据需要更换不同尺寸的节流嘴而得到不同的排量，固定式节流器与可调节流阀配合使用，通常先使用可调节流阀，当井涌量大时才用固定式节流器配合。

固定式节流器不是一个阀，而是一个整体装置，里面有一短接或一节管子。它的尺寸在APISpec6A中有描述。这种提供节流嘴的短节是可以更换的，通过改变其尺寸大小可得到所希望的流量。流量的变化是靠更换具有另一孔径的节流嘴来实现的。固定式节流器适用于压力固定的情况，例如采油树。

固定式节流器用于油井（采油树）上，有加热式和非加热式两种。加热式节流器由节流阀体、加热套和油嘴构成，如图11-4所示。

（1）针形节流阀

针形节流阀用于节流管汇、髙压油气井口装置等。针形节流阀有手动和液动两类。此处仅简介手动针形节流阀。

针形节流阀主要由法兰、阀体、〇形密封圈、盘根盒、压盖、阀杆、手轮、阀座、轴承、压帽、阀针、螺母、键等组成。一对隐入式节流头和阀座，减少禽速流体造成的损害，一个顶盖大螺母，方便维护保养，测试口便于安装压力检测仪表，如图11-5所示。针形节流阀广泛用于井口系统、管汇、测试等目的。

（2）筒形节流阀

筒形节流阀其阀芯为筒形，为整体硬质合金；阀座内圈镶硬质合金；阀盖与介质接触端堆焊有硬质合金，使之具有良好的耐磨性和耐蚀性。在阀的出口通道上嵌有尼龙的耐磨衬套，以保护阀体不受磨损。

筒形节流阀靠液压的推动（图11-6）或手轮的转动（图11-7）来调节阀瓣的开关，具有流体流动性能好、振动小的特点。筒形阀瓣由前后止动帽、带槽圆螺母等固定在阀杆上，随阀杆的上下移动调节流量，阀瓣和阀座内套均采用YG8制成，具有耐腐蚀、耐冲刷的性能。阀体与阀盖、阀体与液缸间用0形密封圈、唇形圈密封。用螺栓连接，且连接部位凸出，远离内腔，消除

了腐蚀介质对螺栓和螺孔的侵蚀，并减小了螺栓载荷。手动节流阀由手轮直接与阀杆连接驱动阀芯工作，为减轻操作力矩，也可以在手轮和阀杆之间增加一个带有伞齿轮结构的省力机构（图11-8）。

液动筒形节流阀的阀盖尾部是液缸及活塞，靠液压油推动活塞带动阀杆，再带动阀芯前后推进，使阀芯与阀座之间的流道面积改变达到节流目的。为使操作控制台的人员能知道节流阀的开度，故在阀盖的液缸外端装有阀位变送器。

液动筒形节流阀具有如下特点：

①它具有较好的耐蚀性，耐冲刷性能；

②筒形阀芯和阀座内圈为硬质合金，且能颠倒使用，增长了使用寿命；

③较大的阀体腔和筒形阀体结构，较之通常的针形节流阀，它具有较大的流量，采用侧进正出的流向，其筒形阀板周围的导筒减少了节流时的振动，减少了噪声；

④阀位变送器能借助气压信号，将节流阀阀芯的实际开关位置输送到控制台上显示出来；

⑤操作者通过控制台能远程控制节流阀的开关。操作手动筒形节流阀时，顺时针旋转手轮，开启度变小并趋于关闭；逆时针旋转手轮，开启度变大，节流

阀的开启可以从护罩上的刻度显示出来。在旋转手轮快到行程终点时，不可太快，以免损伤阀杆和限位帽。

节流阀只能控制压力和流量用，绝不能作截止用，即阀芯与阀座之间不能起密封作用。

（3）笼套式节流阀

笼套式节流阀利用带孔的笼套结构来改变流体方向，并利用流体力学原理使流体沿笼套的中心线运动，避免对节流元件的冲损和腐蚀，减少运行噪声。笼套式节流阀可以提供一个可变的流量，且节流通径有较大的调节范围，但是如果要求流量不变时，该节流阀也能够在某一位置，提供固定的流量，这样可以满足用户的不同的流量需求。

笼套式节流阀阀芯组合的内部和节流阀阀杆头部都采用碳化钨材料，耐蚀、耐冲损，具有很长的使用寿命。阀体上设有泄压阀，以方便操作者在打开阀盖前安全地释放腔内的压力。阀盖的密封采用了特殊的结构形式和密封材质，耐高压、密封可靠、寿命长。笼套式节流阀的节流元件采用碳化钨材料，上下多点固定，节流范围广，噪声低，耐高冲损，环形空间有助于减少阀本体腐蚀。

笼套式节流阀多孔多向消除能量，可消除紊流冲损现象，大大延长了安全使用寿命，降低了停产维修率。笼套式节流阀维护方便，而针式节流阀由于结构本身的特点使其具有结构简单、价格低廉的特点，同时节流阀针头易损坏，寿命短，针头破损的碎块冲入管道中存在着潜在的危险。这些情况增加了油气井开采后期的作业成本，而且还造成由于更换节流阀而停井的间接油气产量的损失。

笼套式节流阀分为活塞笼套式和套筒笼套式。

①活塞笼套式如图11-9所示，利用活塞在笼套位置不同实现节流目的，主要用于高流速、中压降的工况。主要应用于海洋及陆地的井口、管汇、分离器、气举、注气。

泥浆循环和地面高压注采气等管汇设备。

孔板式节流阀（图11-11）分为手动孔板式节流阀和液动孔板式节流阀。

孔板式节流阀具有以下特点：

①阀杆与阀体之间采用螺栓相连，具有连接安全可靠等优点。

②手动孔板式节流阀采用省力结构，靠手轮的传动来改变节流口径，孔板式节流阀采用四缸连动的液动驱动器来驱动，具有开关灵活，操作方便等优点。

③流动孔板式节流阀在驱动器上安装有角位变送器，可在液控箱中能瞬间观察到节流孔的面积。

④阀杆密封采用0形圈及其四氟圈的双重密封，在保证密封性能的情况下，降低了阀门开关力矩。

⑤阀板是以轴线为旋转轴的关闭件，既起调节流体节流面积的作用，又起关闭流体的作用。

⑥手轮以逆时针方向旋转为幵，顺时针方向旋转为关。

⑦孔板式节流阀同其他各种节流阀相比，具有zui长的使用寿命，zui具抗冲损及磨损的能力。

⑧孔板式节流阀适用于钻井、压裂、泥浆循环和地面高压注气采气等设备。该阀zui显著的特点是在于当被关闭时，进、出口之间的压力差，能使两块孔板紧紧地压在一起，实现密封切断的功能。尤其是在遇到压力突然升高或因泄漏造成的压力突然降低等紧急突发事件的情况下，可通过预先设置的高、低压传感器压力信号值，使其自动关闭和切断，因此可避免重大危险事故的发生。

节流阀用于调节介质流量和压力。截止型节流阀够在较大范围内调节，也能进行调节，但口径较小，适用于中、小口径，蝶式节流阀适用于大口径。节流阀不宜作为截断阀用，节流阀若是长期用于节流，其密封面必然会被冲蚀，而不能保证密封性。

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