Le vanne d'étranglement , également connu sous le nom de soupape de papillon ou de soupape d'étranglement, est un dispositif de contrôle clé dans l'industrie pétrolière et gazière et d'autres systèmes de liquide à haute pression. Sa fonction centrale consiste à contrôler avec précision l'écoulement et la pression du fluide, en particulier dans les conditions de travail sévères de la différence de haute pression, des particules solides ou du flux multiphasé-liquide.
1. La fonction centrale et le but de la valve d'étranglement
Contrôler la pression de la tête: c'est la fonction la plus importante. Au début de la production de puits de pétrole et de gaz ou dans les puits à haute pression, la pression du trou inférieur est beaucoup plus élevée que la tolérance du système de traitement en aval. La soupape d'étranglement réduit la pression du fluide à une plage de fonctionnement sûre en créant une résistance réglable (chute de pression) pour protéger les pipelines en aval, les séparateurs et autres équipements.
Ajuster la production: En modifiant l'ouverture de la soupape (zone de limitation), le flux de volume du puits ou du pipeline pétrolier et gazier est contrôlé avec précision pour atteindre des cibles d'allocation de production ou des exigences de test.
Empêcher la cavitation / flash: dans certaines conditions de travail (comme une chute de pression soudaine conduisant à une vaporisation liquide), une valve d'étranglement correctement conçue (comme la limitation à plusieurs étapes) peut ralentir le taux de chute de pression, réduire ou éliminer la cavitation destructrice et l'érosion de la valve.
Sécurité des puits: Dans les opérations de forage, d'achèvement et de réparation des puits, la soupape de starter réglable est un composant clé du groupe d'empreintes de prévisibilité, utilisé pour mettre en œuvre des opérations de tuerie, de contrôle des coups de pied ou des éruptions bien, et est l'une des dernières obstacles à la sécurité des puits.
Assurance du débit: Le contrôle du débit aide à ralentir les problèmes tels que la formation d'hydrate, le dépôt de cire ou la mise à l'échelle.
Test et mesure: fournissez des conditions de pression et d'écoulement stables lors des tests de production ou de la mesure d'écoulement.
2. Types principaux de vannes d'étranglement
Selon leur structure et leur méthode d'ajustement, ils sont principalement divisés en deux catégories:
Valve d'étranglement fixe (starter fixe)
Principe: Un élément de limitation inajuste est installé à l'intérieur (généralement une bague en céramique ou en carbure avec une taille de forage précise - haricot).
Caractéristiques:
Structure simple, durable et relativement faible coût.
Forte résistance à l'érosion (en particulier les bagues en céramique ou en carbure).
Le contrôle de débit / pression est fixe. Si elle doit être modifiée, la machine doit être arrêtée pour remplacer la bague étrangère par différentes ouvertures.
Application: principalement utilisé dans des situations où un débit / pression stable à long terme est nécessaire, ou en tant qu'élément de limitation de sauvegarde / auxiliaire pour les vannes d'étranglement réglables. Également couramment utilisé dans les processus de test.
Vanne d'étranglement réglable (starter réglable / variable)
Principe: L'ouverture (zone de limitation) entre le noyau de la soupape et le siège de soupape est ajustée en continu à travers un mécanisme de fonctionnement externe (manuel, hydraulique, pneumatique ou électrique) pour modifier la chute de débit et de pression.
Structure centrale (types communs):
Type de soupape d'aiguille: Une soupape d'aiguille conique (aiguille) est insérée dans le trou de siège de soupape de correspondance (siège) et le mouvement axial de la soupape d'aiguille modifie la zone de limitation annulaire. Haute précision, adaptée aux fluides propres.
Type de cage / type multi-trous: le noyau de la soupape (type de piston ou type de manche) se déplace dans une cage (cage) avec des trous spéciaux pour changer la zone d'écoulement. La conception du trou (taille, forme, distribution du nombre) sur la cage peut optimiser les caractéristiques d'écoulement, réduire le bruit, la cavitation et l'érosion. Le plus largement utilisé.
Type de porte de porte / couteau: similaire à la soupape de porte, mais avec un tranchant spécialement conçu, il peut fournir des fonctions de coupure et de limitation dans des boues contenant des particules solides.
Caractéristiques:
Il peut ajuster en continu et finement le débit et la pression pendant le fonctionnement, et réagir rapidement.
Degré élevé d'automatisation, facile à intégrer dans les systèmes de contrôle (comme SCADA, DCS).
La structure est relativement complexe, le coût est élevé et il est plus sensible à l'usure (un entretien régulier est requis).
Mode d'entraînement:
Manuel: opéré par la main-d'œuvre et la boîte de vitesses. Simple et fiable, à faible coût, adapté à un ajustement ou à une veille peu fréquente.
Hydraulique / pneumatique: utilisez de l'huile hydraulique ou de l'air comprimé pour conduire l'actionneur. Fournir une forte poussée, résistante à l'explosion, adaptée aux environnements à distance ou difficiles. Le plus commun.
Électrique: l'actionneur est entraîné par un moteur. Une précision de contrôle élevée, une transmission pratique du signal, une résistance à l'explosion et une fiabilité doivent être prises en compte.
3. Caractéristiques et défis de conception clés
La valve d'étranglement fonctionne dans des conditions extrêmes et la conception doit relever les défis suivants:
Résistance à l'érosion:
Durcissement des composants clés: durcissement de surface du noyau de la valve, du siège de la valve et de la cage (comme la pulvérisation, la nitrage et la surface de carbure de tungstène et de surfaçage de l'alliage stellite).
Sélection de matériaux surhard: céramique (alumine, carbure de silicium), bagues ou composants en alliage en carbure de tungstène.
Optimisation du canal d'écoulement: guider le fluide en douceur à travers la zone de limitation pour éviter les turbulences et l'impact direct.
Résistance à la cavitation:
Réduction de la pression à plusieurs étapes: disperser la chute de pression totale en plusieurs étapes de chute de pression connectées en série (cage à filtre à plusieurs étapes) pour empêcher la pression à un seul point de chuter en dessous de la pression de vapeur liquide.
Conception de la cage de résistance à la cavitation: les types de trous spéciaux (tels que le type de labyrinthe) favorisent l'effondrement des bulles dans la chambre haute pression, réduisant l'impact direct sur la surface métallique.
Sélection des matériaux: Les matériaux durs sont plus résistants aux dommages causés par la cavitation.
Scellage:
Scellant métal-métal: le noyau de soupape et le siège de soupape sont en alliage dur pour assurer une étanchéité fiable et une longue durée de vie sous une différence à haute pression. Type de joint principal.
Joint auxiliaire: l'emballage de la tige de soupape (comme le graphite, PTFE) empêche les fuites externes. Les vannes API 6A nécessitent des niveaux d'étanchéité stricts (tels que PR2, PR2F).
Force de fonctionnement et contrôle:
Conception équilibrée: Réduisez la poussée / couple requise pour le fonctionnement de la valve (en particulier pour les vannes différentielles à haute pression à grande pression).
Sélection de l'actionneur: poussée suffisante pour surmonter la force fluide et la friction pour assurer un positionnement précis et fiable.
4. Scénarios d'application typiques
Production de pétrole et de gaz:
La limite des puits de puits de puits de pétrole, des puits de gaz et des puits de gaz condensat (contrôle la pression des puits et ajuster la production).
Test du séparateur du séparateur Contrôle de la pression.
Injection d'eau / injection de gaz Contrôle du puits.
Contrôle du volume de gaz dans les systèmes de portance artificielle (comme le soulèvement de gaz).
Forage et achèvement:
BOP Core Composants, utilisés pour la mort et la limitation des biens.
Contrôle de débit / pression dans les systèmes de circulation de fluide de forage et de complétion (boue).
Débit et contrôle de la pression lors des tests de formation (DST).
Autres industries:
Systèmes de vapeur à haute pression dans les centrales chimiques et les centrales électriques.
Pipelines de suspension dans les mines.
Systèmes à jet d'eau à haute pression.
5. Considérations clés pour la sélection
Le choix de la bonne valve d'étranglement est crucial et nécessite une évaluation de:
Propriétés du fluide: huile, gaz, eau, débit multiphasique, teneur en sable, teneur en H₂s / Co₂ (exigences des matériaux), température, viscosité.
Paramètres de fonctionnement:
Pression en amont (P1)
Pression en aval (P2)
Chute de pression attendue (Δp = p1 - p2) - le paramètre le plus critique
Flux maximum / minimum (q)
Température fluide
Exigences fonctionnelles: le principal objectif de contrôler la pression, le débit ou les deux? Le réglage fréquent est-il requis? Le contrôle automatique est-il requis?
Méthode de taille et de connexion: Taille du pipeline (NPS / DN), niveau de pression (tel que classe ANSI, PN), Standard de la bride (ASME, API, DIN) ou Connexion de soudage des boutons.
Grade du matériau: le corps de la valve et les matériaux de finition doivent répondre aux exigences de pression, de température, de corrosion et d'érosion. Concentrez-vous sur le noyau de la soupape, le siège de soupape, la cage / la bague (comme 316SS, l'acier duplex, 625 alliage, le carbure de tungstène, la céramique). Suivez NACE MR0175 / ISO 15156 (service sour).
Mode d'actionnement: manuel, hydraulique, pneumatique, électrique? Quelle quantité de poussée / couple est-elle requise? La rétroaction de position est-elle requise?
Normes et spécifications: il est crucial de suivre les normes de l'industrie:
API 6A: Spécifications de l'équipement de la tête de puits et de Noël - La norme la plus principale pour l'huile et le gaz en amont, couvrant les niveaux de pression, les matériaux, la conception, les tests et les exigences de documentation (tels que PSL, niveau de relations publiques).
API 14C / ISO 10418: Analyse, conception et installation du système de sécurité de la plate-forme offshore.
API 6D / ISO 14313: Spécifications de la vanne de pipeline.
ASME B16.34: Brides de soupape, filetages et extrémités de soudage.
NACE MR0175 / ISO 15156: Industrie du pétrole et du gaz naturel - Matériaux pour les environnements contenant des H₂s dans la production de pétrole et de gaz.
6. Points clés pour le fonctionnement et la maintenance
Opération:
Ajustez lentement: évitez les changements soudains de débit / pression qui peuvent provoquer un choc au système.
Évitez la petite ouverture: une ouverture extrêmement petite augmente le risque d'érosion et de cavitation. Comprendre l'ouverture minimale recommandée de la valve.
Paramètres de surveillance: Portez une attention particulière à la pression en amont et en aval, à la température, aux changements d'écoulement et au bruit / vibration anormal.
Entretien:
Inspection régulière:
Fuite externe (emballage de tige, connexion de la bride).
Si l'actionneur fonctionne en douceur.
Si le manomètre et l'indicateur de position sont normaux.
Entretien préventif:
Inspectez / remplacez le noyau de la soupape, le siège de soupape, la cage / la bague et les autres pièces de port en fonction du cycle recommandé par le fabricant.
Lubrifier les pièces mobiles.
Inspectez / remplacez l'emballage de la tige de vanne.
Pièces de rechange: Reserve Key Port Pièces (en particulier les vannes de main de rechange pour les soupapes d'étranglement fixe).
