內(nèi)嵌式多通閥在油田選井計(jì)量中的應(yīng)用

劉衍釗

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266061)

多通閥在油田單井計(jì)量中有著較為廣泛的應(yīng)用，能夠替代傳統(tǒng)的計(jì)量管匯實(shí)現(xiàn)自動選井計(jì)量和切換功能，具有自動化程度高、占地面積小等優(yōu)勢。但是由于多通閥自身結(jié)構(gòu)的限制，使其在某些條件惡劣的海外油田地區(qū)中的應(yīng)用存在較大的制約和不便。本文結(jié)合中海油伊拉克某油田脫氣站項(xiàng)目，針對多通閥的問題和特點(diǎn)，對多通閥的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析研究。

1 多通閥與計(jì)量管匯

油田脫氣站通過計(jì)量管匯將單井原油送至多相計(jì)量撬或測試分離器進(jìn)行單井選擇計(jì)量，其他油井的原油則匯總后送至分離器進(jìn)行油氣分離，將脫出的天然氣送至天然氣處理廠或供其他用戶使用，分離后的原油送至終端處理設(shè)施進(jìn)行處理。

計(jì)量管匯的閥組一般分為手動閥、電動閥和電動三通閥等多種類型，能夠?qū)崿F(xiàn)人工手動選井、自動選井等多種選井方式，但都具有操作閥門數(shù)量多，閥門維護(hù)工作量大，占地面積大等特點(diǎn)[1]。而對于環(huán)境惡劣、局勢復(fù)雜的海外油田地區(qū)，為保障現(xiàn)場人員的人身安全，必須盡量減少操作人員的暴露時間，提高生產(chǎn)操作自動化水平，降低生產(chǎn)設(shè)施的維護(hù)頻率。

采用多通閥代替計(jì)量管匯進(jìn)行選井計(jì)量工作，則能大大減少閥門的數(shù)量和占地面積，降低使用成本，并且操作方便，便于集中監(jiān)控和維護(hù)。

2 多通閥原理

多通閥主要由閥體、閥蓋、閥芯、閥桿和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成，閥體中部按一定角度均勻分布多個油井管路入口，一般為8個或12個入口，閥體下部有2個出口，1個為計(jì)量管路出口位于閥體正下方與閥芯底部相連，1個為生產(chǎn)管路出口位于閥體側(cè)下方[2]。閥芯的入口與出口呈90°直角結(jié)構(gòu)，底部出口與計(jì)量管路始終連通，使計(jì)量管路與閥體內(nèi)部隔離，閥芯入口位于閥體中部，能夠與閥體的各油井管路入口密封連接，通過驅(qū)動部件帶動閥芯旋轉(zhuǎn)，使閥芯入口與需計(jì)量的油井管路相連通，來自該油井的原油即通過閥芯全部送至計(jì)量管路中，其他油井管路的原油則會在閥體內(nèi)匯總后，由生產(chǎn)管路出口送出。圖1為某多通閥結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 某多通閥結(jié)構(gòu)示意圖

3 選井方案

多通閥通過管路入口連接各油井管路；計(jì)量管路出口通過閥芯單獨(dú)隔離，連通計(jì)量管路；生產(chǎn)管路出口則與下游生產(chǎn)管路相連，將多通閥閥體內(nèi)匯總的原油送至終端處理設(shè)施。

多通閥閥芯入口可以連通任一管路入口，其出口則始終與計(jì)量管路出口相連，當(dāng)需要計(jì)量1#油井原油時，由控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號，控制多通閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動閥芯旋轉(zhuǎn)至1#油井管路入口位置，此時1#油井管路經(jīng)多通閥閥芯與計(jì)量管路導(dǎo)通，來自1#油井的原油全部進(jìn)入計(jì)量管路送至多相計(jì)量撬進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量后的原油直接送至生產(chǎn)管路中；1#油井外的其他油井原油則會進(jìn)入閥體中匯總后進(jìn)入生產(chǎn)管路中[3]。如圖2所示，多通閥的起始位為一路封閉管路，當(dāng)多通閥不進(jìn)行計(jì)量時，管路入口切換至起始位可以將計(jì)量管路隔離出來。

圖2 多通閥選井示意圖

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際的選井計(jì)量要求，可以在控制系統(tǒng)中設(shè)置每口油井的計(jì)量時間以及選井次序，單井計(jì)量完成后，控制系統(tǒng)會自動控制多通閥切換至下一口油井管路，實(shí)現(xiàn)無人值守選井計(jì)量。

4 多通閥的制約問題

與計(jì)量管匯相比，多通閥具有占地面積小、成本低、操作方便、可遠(yuǎn)程操作并可實(shí)現(xiàn)無人值守選井計(jì)量等諸多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中仍存在一些限制條件和問題。

多通閥在對進(jìn)行原油計(jì)量時，閥芯會持續(xù)地受到所選計(jì)量油井管路原油的沖刷，尤其是閥芯內(nèi)部90°彎管處，極易受沖擊磨損產(chǎn)生內(nèi)漏，且不易檢測發(fā)現(xiàn)。并且在選井切換的過程中，閥芯轉(zhuǎn)動會受到來自油井的原油和閥體內(nèi)原油的沖擊和阻滯，增加了閥芯旋轉(zhuǎn)時所受到的阻力，導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥桿等驅(qū)動部件受力不均，影響控制精度和使用壽命，因此多通閥在使用過程中需要定期進(jìn)行維護(hù)更換。

多通閥連接的油井管路如果不設(shè)副線，當(dāng)多通閥出現(xiàn)故障或維護(hù)檢修時就需要所有油井全部停產(chǎn)，若為滿足多通選擇閥檢修維護(hù)時不停產(chǎn)的要求，則需要為每條油井管路設(shè)置副線及副線閥門，而這就違背了多通閥占地小、閥門少和成本低的初衷。因此若不能保證多通選擇閥的正常使用周期，會導(dǎo)致整個油田的頻繁停工，極大的增加了多通選擇閥的使用成本，這就失去了使用多通閥的意義。

5 內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)多通閥

考慮到多通閥的諸多限制問題主要在于閥芯的磨損以及維護(hù)的不便，如果能夠?qū)Χ嗤ㄩy的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，增加其閥芯的使用壽命，并且可以在線維護(hù)更換，就可以提高多通閥在實(shí)際應(yīng)用中的正常工作周期，降低使用成本，發(fā)揮出多通閥的優(yōu)勢。

將內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)應(yīng)用于多通閥閥芯上[4]，將閥芯改造為圓柱型結(jié)構(gòu)，并在其內(nèi)部內(nèi)嵌一個球閥，該內(nèi)嵌球閥具有90°直角結(jié)構(gòu)的通道，內(nèi)嵌球閥底部出口與圓柱閥芯底部出口始終密封相連，通過閥座密封固定。內(nèi)嵌球閥可獨(dú)立于閥芯進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，當(dāng)內(nèi)嵌球閥的入口與閥芯入口相通時，選井通道導(dǎo)通，否則選井通道處于密封狀態(tài)[5]。內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)的多通閥如圖3所示。

采用內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)的多通閥閥芯由于增加了內(nèi)嵌球閥，當(dāng)計(jì)量管路導(dǎo)通時，來自所選油井的原油直接進(jìn)入內(nèi)嵌球閥內(nèi)部，油品沖刷的受力部位主要集中在內(nèi)嵌球閥內(nèi)90°彎管處，代替閥芯承受油井原油的沖擊和腐蝕，閥芯受內(nèi)嵌球閥的保護(hù)處于不接液的狀態(tài)，避免了閥芯長期受油品沖刷和腐蝕的情況。提高閥芯的使用壽命，降低了閥芯內(nèi)漏的可能性。

圖3 內(nèi)嵌式多通閥結(jié)構(gòu)

同時，還可將內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)應(yīng)用到閥桿上，將閥芯閥桿與內(nèi)嵌球閥的閥桿獨(dú)立，閥芯閥桿為中空式結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌球閥閥桿嵌入于閥芯閥桿中，間隙內(nèi)填充填料函進(jìn)行密封，每個閥桿都由各自對應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)內(nèi)嵌球閥在閥芯中的獨(dú)立旋轉(zhuǎn)。當(dāng)選井切換過程中，內(nèi)嵌球閥可先于閥芯旋轉(zhuǎn)至所選井位，將計(jì)量管路完全切斷，消除閥芯旋轉(zhuǎn)時原油進(jìn)入所產(chǎn)生的橫向阻力，減少閥桿受到的不平衡力，提高多通閥整體的使用壽命。

6 內(nèi)嵌式多通閥特點(diǎn)

內(nèi)嵌式多通閥的閥芯和閥座為嵌套式套筒結(jié)構(gòu)，可以由閥芯頂部閥蓋處直接拆卸取出，多通閥切換至起始位將計(jì)量管路隔離出來，即可實(shí)現(xiàn)內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)的在線維修更換[6]。由于多通閥正常工作的過程中，內(nèi)嵌球閥保護(hù)閥芯承受了沖擊和腐蝕，閥座則承受了密封和旋轉(zhuǎn)過程中的磨損，這兩部分是多通閥主要的易損部件，因此，定期對內(nèi)嵌球閥與閥座進(jìn)行在線維護(hù)能夠保證多通閥的整體使用周期，而不需修建閥池或頻繁停工來對多通閥進(jìn)行檢修維護(hù)。

另外，內(nèi)嵌式多通閥在選井切換時，由于內(nèi)嵌球閥能夠迅速關(guān)斷整個計(jì)量通道，使整個選井過程中無原油進(jìn)入計(jì)量管路，因此，在選井過程中，多相流量計(jì)將會檢測到流量出現(xiàn)明顯下降甚至為零的趨勢，直到選井結(jié)束，計(jì)量通道導(dǎo)通，所選油井的原油全部進(jìn)入計(jì)量管路，計(jì)量站又會檢測到一個迅速提升的流量信號。這段計(jì)量流量發(fā)生明顯變化的趨勢可以用于判斷選井開始到選井結(jié)束的狀態(tài)，解決了多通選擇閥在選井切換時計(jì)量管路中持續(xù)進(jìn)液，無法準(zhǔn)確判斷選井是否到位以及計(jì)量管路中的油品是否完全來自所選油井，只能在選井開始后延遲一個較長周期再開始計(jì)量的問題，提高了選井計(jì)量的效率。

7 結(jié)束語

內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)能夠顯著的改善多通閥的使用環(huán)境和制約條件，提高多通閥的使用壽命和選井效率，實(shí)現(xiàn)多通閥的在線維護(hù)，具有很高的發(fā)展前景。