笼套式节流阀冲蚀磨损计算研究.pdfVIP

石 油 机 械 2011年 第39卷 第4期 CHINAPETROLEUM MACHINERY 一 53 一 ●设计计算 笼套式节流 阀冲蚀磨损计算研究 刘萍萍 李悦钦 王亚丽 冯春宇 裴延波 (西南石油大学石油天然气装备教育部重点实验室) 摘要 针对笼套式节流阀的冲蚀磨损难以计算的问题，提出利用节流阀实际工作时的流量系 数变化的方法来计算和比较现场各种节流 阀的耐冲蚀磨损性能。应用某气田现场A、B、C3种节 流阀在现场初期的工作数据计算了其初期冲蚀磨损情况，并利用流场分析，通过对各类节流 阀过 流孔入 口周 围的速度和入射角对比，验证 了该方法的可靠性。应用节流阀整个使用期 内的工作数 据计算得 出了3种笼套式节流阀的平均冲蚀磨损性能指标。结果表明，A类节流阀冲蚀最严重，B 类次之，C类耐冲蚀磨损性能最稳定 ，与现场使用情况相符。 关键词 笼套式节流阀 冲蚀磨损 流量系数 性能指标 流场分析 没有一个公认的、普遍使用的公式用于冲蚀磨损量 0 引 言 的计算。鉴于此，笔者提出利用节流阀实际工作时 的流量系数变化的方法来计算和 比较现场各种节流 井 口节流阀是油气井生产中控制井 口压力的关 阀的耐冲蚀磨损性能。 键设备，其基本功能是对井 口气进行节流降压，以 满足地面设备的耐压要求和防止水合物生成 。同 1 笼套式节流阀结构原理及模型求解 时，当流动处于亚临界状态时，能通过控制节流压 降有效监测和控制油气井产量；当流动处于 (超) 1．1 结构及工作原理 临界状态时，能保护油 (气)层不受地面压力波 笼套式节流阀由阀杆、阀套、阀心总成和阀体 动的影响 。塔里木克拉气 田使用 MSP／DRILEX 等部件组成。图1为笼套式节流阀装配图。 厂家提供的多孔道笼套式节流阀以满足高压、高产 3 4 5 6 堆碳层 7 8 井的特殊要求。节流阀笼套材质是具有 良好耐磨性 能的WC—Co系列硬质合金，但现场应用 中存在 以 下问题：①节流阀节流孔周围冲蚀损坏严重；②不 同类型的节流阀损坏程度不一样。 国外就节流阀的冲蚀磨损问题提出了许多理论 及磨损量 (率)计算公式，其 中较有影响的包括 图 1 笼套式 节流 阀装 配 图 塑性材料的微切削理论 、变形磨损理论 、锻压挤压 1一阀杆；2--后端盖；3--盘根盒；4--阀杆密封； 理论 以及脆性材料的弹塑性压痕破裂理论、绝热剪 5—0形密封圈；6一阀套；7一阀心总成；8一阀体 。 切与变形局部化磨损理论等。试验发现，这些理论 笼套式节流阀工作时，利用阀杆移动调节阀套 的使用范围有限，如微切削理论适用于解释刚性粒 在阀心上的位置 ，从而改变阀心流体过流面积来控 子低入射角冲蚀时的切削情况；锻压挤压理论侧重 制流量和阀两端的压降。这种多孔道节流阀具有改 于高入射角的冲蚀成片历程 ；变形磨损理论着重于 善流场分布，降低噪声和减小振动等优点。因此， 冲蚀过程中的变形历程及能量变化；弹塑性压痕破 笼套式节流阀在高压高产气田的应用越来越广泛。 裂理论仅能解释刚性粒子在较低温度下对脆性材料 1．2 模型求解 的冲蚀行为等 。 。然而实际情况复杂，往往为多 对节流阀关键部位——笼套进行研究，取笼套 种机理共 同作用，难 以进行有效计算，国内