內嵌式多通閥在油田選井計量中的應用

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量中有著較為廣泛的應用，能夠替代傳統的計量管匯實現自動選井計量和切換功能，具有自動化程度高、占地面積小等優勢。但是由于多通閥自身結構的限制，使其在某些條件惡劣的海外油田地區中的應用存在較大的制約和不便。本文結合中海油伊拉克某油田脫氣站項目，針對多通閥的問題和特點，對多通閥的結構形式進行分析研究。

1 多通閥與計量管匯

油田脫氣站通過計量管匯將單井原油送至多相計量撬或測試分離器進行單井選擇計量，其他油井的原油則匯總后送至分離器進行油氣分離，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施進行處理。

計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，能夠實現人工手動選井、自動選井等多種選井方式，但都具有操作閥門數量多，閥門維護工作量大，占地面積大等特點[1]。而對于環境惡劣、局勢復雜的海外油田地區，為保障現場人員的人身安全，必須盡量減少操作人員的暴露時間，提高生產操作自動化水平，降低生產設施的維護頻率。

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

2 多通閥原理

多通閥主要由閥體、閥蓋、閥芯、閥桿和執行機構等部分組成，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個為計量管路出口位于閥體正下方與閥芯底部相連，1個為生產管路出口位于閥體側下方[2]。閥芯的入口與出口呈90°直角結構，底部出口與計量管路始終連通，使計量管路與閥體內部隔離，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，通過驅動部件帶動閥芯旋轉，使閥芯入口與需計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量管路中，其他油井管路的原油則會在閥體內匯總后，由生產管路出口送出。圖1為某多通閥結構示意圖。

圖1 某多通閥結構示意圖

3 選井方案

多通閥通過管路入口連接各油井管路；計量管路出口通過閥芯單獨隔離，連通計量管路；生產管路出口則與下游生產管路相連，將多通閥閥體內匯總的原油送至終端處理設施。

多通閥閥芯入口可以連通任一管路入口，其出口則始終與計量管路出口相連，當需要計量1#油井原油時，由控制系統發出控制信號，控制多通閥的執行機構驅動閥芯旋轉至1#油井管路入口位置，此時1#油井管路經多通閥閥芯與計量管路導通，來自1#油井的原油全部進入計量管路送至多相計量撬進行計量，計量后的原油直接送至生產管路中；1#油井外的其他油井原油則會進入閥體中匯總后進入生產管路中[3]。如圖2所示，多通閥的起始位為一路封閉管路，當多通閥不進行計量時，管路入口切換至起始位可以將計量管路隔離出來。

圖2 多通閥選井示意圖

根據現場實際的選井計量要求，可以在控制系統中設置每口油井的計量時間以及選井次序，單井計量完成后，控制系統會自動控制多通閥切換至下一口油井管路，實現無人值守選井計量。

4 多通閥的制約問題

與計量管匯相比，多通閥具有占地面積小、成本低、操作方便、可遠程操作并可實現無人值守選井計量等諸多優點，但在實際生產應用中仍存在一些限制條件和問題。

多通閥在對進行原油計量時，閥芯會持續地受到所選計量油井管路原油的沖刷，尤其是閥芯內部90°彎管處，極易受沖擊磨損產生內漏，且不易檢測發現。并且在選井切換的過程中，閥芯轉動會受到來自油井的原油和閥體內原油的沖擊和阻滯，增加了閥芯旋轉時所受到的阻力，導致執行機構和閥桿等驅動部件受力不均，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行維護更換。

多通閥連接的油井管路如果不設副線，當多通閥出現故障或維護檢修時就需要所有油井全部停產，若為滿足多通選擇閥檢修維護時不停產的要求，則需要為每條油井管路設置副線及副線閥門，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 內嵌式結構多通閥

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的不便，如果能夠對多通閥的結構進行改造，增加其閥芯的使用壽命，并且可以在線維護更換，就可以提高多通閥在實際應用中的正常工作周期，降低使用成本，發揮出多通閥的優勢。

將內嵌式結構應用于多通閥閥芯上[4]，將閥芯改造為圓柱型結構，并在其內部內嵌一個球閥，該內嵌球閥具有90°直角結構的通道，內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。內嵌球閥可獨立于閥芯進行旋轉，當內嵌球閥的入口與閥芯入口相通時，選井通道導通，否則選井通道處于密封狀態[5]。內嵌式結構的多通閥如圖3所示。

采用內嵌式結構的多通閥閥芯由于增加了內嵌球閥，當計量管路導通時，來自所選油井的原油直接進入內嵌球閥內部，油品沖刷的受力部位主要集中在內嵌球閥內90°彎管處，代替閥芯承受油井原油的沖擊和腐蝕，閥芯受內嵌球閥的保護處于不接液的狀態，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，降低了閥芯內漏的可能性。

圖3 內嵌式多通閥結構

同時，還可將內嵌式結構應用到閥桿上，將閥芯閥桿與內嵌球閥的閥桿獨立，閥芯閥桿為中空式結構，內嵌球閥閥桿嵌入于閥芯閥桿中，間隙內填充填料函進行密封，每個閥桿都由各自對應的執行機構進行驅動，實現內嵌球閥在閥芯中的獨立旋轉。當選井切換過程中，內嵌球閥可先于閥芯旋轉至所選井位，將計量管路完全切斷，消除閥芯旋轉時原油進入所產生的橫向阻力，減少閥桿受到的不平衡力，提高多通閥整體的使用壽命。

6 內嵌式多通閥特點

內嵌式多通閥的閥芯和閥座為嵌套式套筒結構，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量管路隔離出來，即可實現內嵌式結構的在線維修更換[6]。由于多通閥正常工作的過程中，內嵌球閥保護閥芯承受了沖擊和腐蝕，閥座則承受了密封和旋轉過程中的磨損，這兩部分是多通閥主要的易損部件，因此，定期對內嵌球閥與閥座進行在線維護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行檢修維護。

另外，內嵌式多通閥在選井切換時，由于內嵌球閥能夠迅速關斷整個計量通道，使整個選井過程中無原油進入計量管路，因此，在選井過程中，多相流量計將會檢測到流量出現明顯下降甚至為零的趨勢，直到選井結束，計量通道導通，所選油井的原油全部進入計量管路，計量站又會檢測到一個迅速提升的流量信號。這段計量流量發生明顯變化的趨勢可以用于判斷選井開始到選井結束的狀態，解決了多通選擇閥在選井切換時計量管路中持續進液，無法準確判斷選井是否到位以及計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量的問題，提高了選井計量的效率。

7 結束語

內嵌式結構能夠顯著的改善多通閥的使用環境和制約條件，提高多通閥的使用壽命和選井效率，實現多通閥的在線維護，具有很高的發展前景。