淺析智能節(jié)流閥在海洋石油平臺上的應(yīng)用研究

史宜濤等

【摘 要】一直以來，在國內(nèi)海洋石油的常規(guī)項(xiàng)目中，常用的節(jié)流閥是手動機(jī)械控制節(jié)流閥，該種節(jié)流閥的應(yīng)用在國內(nèi)海洋石油工程領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。近年來，隨之無人采油平臺越來越多，尤其中國承接越來越多的國際項(xiàng)目，我們開始了解智能型節(jié)流閥在國際項(xiàng)目中的應(yīng)用情況。本文對智能節(jié)流閥進(jìn)行了簡單介紹，從技術(shù)和成本角度簡單分析了智能節(jié)流閥和手動節(jié)流閥，為今后國內(nèi)深入研究智能節(jié)流閥的應(yīng)用價(jià)值起到拋磚引玉的目的。

【關(guān)鍵詞】節(jié)流閥；智能；海洋平臺；應(yīng)用

引言

節(jié)流閥是通過改變節(jié)流截面或節(jié)流長度以控制流體流量的閥門，由于其強(qiáng)大的功能作用，節(jié)流閥在很多工業(yè)行業(yè)得到了充分應(yīng)用，而且多內(nèi)外很多學(xué)者以及工程技術(shù)人員對其進(jìn)行了研究：有人通過對層板式節(jié)流閥的節(jié)流原理進(jìn)行分析，在節(jié)流原理基礎(chǔ)之上，重新對其進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模[1]。2014年，有人通過利用超磁致伸縮材料制作的精密節(jié)流閥來解決節(jié)流閥調(diào)節(jié)精度不高等問題，提出了一種創(chuàng)新型節(jié)流閥的設(shè)計(jì)[2]。而在海洋采油平臺上，它主要在采油樹和管匯之間使用，以控制原油流量過大對后面管匯的影響，生產(chǎn)和測試管匯需要在穩(wěn)定的流體流量和壓力下才能正常工作，所以有效控制原油進(jìn)入管匯前的原油流量和壓力對采油平臺的正常工作有著舉足輕重的作用。然而，目前國內(nèi)常規(guī)項(xiàng)目所使用的節(jié)流閥全部是較簡單的手動式節(jié)流閥，雖然價(jià)格低，但其調(diào)解精度不高，所以在如何提高海上采油系統(tǒng)節(jié)流閥精度問題上需要做更加系統(tǒng)的研究分析。

1手動節(jié)流閥的控制原理及優(yōu)缺點(diǎn)

手動節(jié)流閥即用人工直接控制閥門的開關(guān)，如下圖所示，該節(jié)流閥的操作是通過閥體上面的手輪旋轉(zhuǎn)完成。

手動節(jié)流閥的使用需要與該閥出入口管線的壓力變送器或流量計(jì)配合使用，但現(xiàn)場的變送器或流量計(jì)檢測出入口的壓力或流速異常增大時，其測量信號將通過中控系統(tǒng)報(bào)警，中控室值班人員接到報(bào)警信號后，去出事地點(diǎn)檢測，必要時人工操作節(jié)流閥，確保節(jié)流閥下游的設(shè)備正常工作以及不被損壞。

節(jié)流閥按通道方式可分為直通式和角式兩種；按啟閉件的形狀分，有針形、溝形和窗形三種。在海洋采油平臺上，大多使用角式節(jié)流閥。手動節(jié)流閥的最大優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單，便于維修，采購成本低。

2智能節(jié)流閥的控制原理及優(yōu)缺點(diǎn)

所謂智能節(jié)流閥是指將原來的手動變?yōu)樽詣涌刂?，增加?zhí)行機(jī)構(gòu)，閥體不變，如下圖所示：

根據(jù)上圖所示，其在手輪位置上使用了通過電磁閥控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有一定調(diào)節(jié)作用，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)井噴等極端異常情況時，中控系統(tǒng)將自動通過電磁閥控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)而調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，自動保證節(jié)流閥下游的流速和壓力穩(wěn)定。

智能節(jié)流閥與人工節(jié)流閥相比，在無人平臺上發(fā)揮著巨大的優(yōu)勢。

1）當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)異常情況，操作人員不到現(xiàn)場大大降低了人員傷害的風(fēng)險(xiǎn)。

2）現(xiàn)場出現(xiàn)異常情況時，需要及時操作節(jié)流閥來解決問題，如果此時無人在中控間值班，及時有人值班發(fā)現(xiàn)報(bào)警信號，再安排相關(guān)人員去維修操作，這很有可能錯過了最佳問題解決時間，也有可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。

3）智能節(jié)流閥比人工節(jié)流閥的操作過程精準(zhǔn)，人工節(jié)流閥需要不停地調(diào)整試驗(yàn)才能達(dá)到理想狀態(tài)，而智能節(jié)流閥能夠根據(jù)參數(shù)值設(shè)定，快速準(zhǔn)確的調(diào)整節(jié)流閥達(dá)到理想狀態(tài)。雖然智能節(jié)流閥比人工節(jié)流閥有這很多優(yōu)勢，但它也有很多不足之處。

1）成本較高。由于采油過程發(fā)生井噴的極端情況很少見，如果以高成本為代價(jià)換回的確實(shí)不常用到的高級設(shè)備，很多投資方則認(rèn)為這是得不償失的選擇。

2）由于節(jié)流閥的每次操作對于閥的損害較大，如果頻繁調(diào)節(jié)，必然導(dǎo)致節(jié)流閥出現(xiàn)故障的幾率增大。

3選型分析

根據(jù)上述對智能節(jié)流閥和人工節(jié)流閥優(yōu)缺點(diǎn)的分析，在兩者之間選擇時，需根據(jù)情況選擇不同的類型。

1）根據(jù)油質(zhì)特點(diǎn)不同地理位置的油田其油質(zhì)各不相同，可根據(jù)其粘稠度以及含氣量大小等參數(shù)進(jìn)行選型，對于粘稠度小且不易發(fā)生井噴，同時含氣量小等情況，或者完全是氣井則可以選擇智能節(jié)流閥。相反，對于含氣量較大的油井或年度較大且易發(fā)生井噴的井口則選擇人工節(jié)流閥。

2）根據(jù)油田開發(fā)成本由于智能節(jié)流閥和人工節(jié)流閥價(jià)格相差懸殊，對于部分小油田，其開發(fā)成本低，投入少，則需要選擇價(jià)格低廉的人工節(jié)流閥。

3）根據(jù)油藏情況根據(jù)油藏情況，油藏含量大的較大油田一般開發(fā)投入大，采油平臺設(shè)備設(shè)施完善，對設(shè)備要求高，此時可以選擇智能節(jié)流閥。

結(jié)論

根據(jù)以上對智能和人工節(jié)流閥的對比分析，可知智能節(jié)流閥最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠降低操作風(fēng)險(xiǎn)，而且操作精準(zhǔn)，最大的確定是成本高，維護(hù)不便；人工節(jié)流閥最大的優(yōu)點(diǎn)是成本低，最大的缺點(diǎn)是過程操作不方便等。根據(jù)兩者特點(diǎn)可以根據(jù)不同的具體情況選擇不同類別的節(jié)流閥，事實(shí)上，在節(jié)流閥選型時，需要考慮的因素很多，需要對兩者進(jìn)行深入的研究分析，還需要有大量的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)報(bào)告等資料進(jìn)行充分論證，方能得出最后的選型結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張瑋.紫層板式節(jié)流閥設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)模重建及驗(yàn)證，液壓氣動與密封，2013，（01）：32

[2]雙超軍.一種新型精密節(jié)流閥的設(shè)計(jì)與建模，科技廣場，2013，（01）：236-239

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