2) 多級節(jié)流管匯
在高壓氣井的鉆井過程中，當(dāng)?shù)貙訅毫Υ笥阢@井液液柱壓力時，地層流體有可能進(jìn)入井眼環(huán)空鉆井液中，導(dǎo)致溢流甚至井噴等事故，需要及時進(jìn)行壓井控制。通常采用的壓井裝置是節(jié)流管匯及電控箱，利用電控箱上的控制手柄手動調(diào)節(jié)節(jié)流管匯上液動節(jié)流閥的通道面積大小，產(chǎn)生一個附加的井口套壓，從而使井底壓力稍大于地層壓力，不但能阻止地層流體繼續(xù)進(jìn)入井眼環(huán)空，同時也能安全地排除溢流或井噴，使鉆井過程恢復(fù)正常。
采用單級節(jié)流壓井裝置在使用中存在一些問題：一是節(jié)流閥的壓降大，閥芯損壞嚴(yán)重，壽命極短；二是單級節(jié)流壓井裝置的節(jié)流壓井操作都是手動操作，不能實(shí)現(xiàn)自動操作，工人的勞動強(qiáng)度大，安全性差，且壓力控制精度低，壓力波動大，不利于井控。
針對上述問題，解決問題的途徑有兩條：
① 改進(jìn)節(jié)流閥，優(yōu)化流道結(jié)構(gòu)，提高抗沖蝕破壞能力。調(diào)研表明，盡管國內(nèi)外對節(jié)流閥做了很多的研究和改進(jìn)，但在高固相介質(zhì)、大流量的工況下，當(dāng)節(jié)流壓力降過大(一般超過40MPa)時，節(jié)流閥仍然有很高的失效概率。因此，依靠目前節(jié)流閥的改進(jìn)工作還不能從根本上解決問題。
② 采用多級節(jié)流系統(tǒng)，減少作用在節(jié)流閥上的節(jié)流壓力降，確保節(jié)流閥的使用安全。多級節(jié)流系統(tǒng)是利用多個節(jié)流閥和多個平板閥進(jìn)行串、并聯(lián)，可根據(jù)節(jié)流壓降的大小實(shí)施一級、二級、三級節(jié)流等，使分配到單只節(jié)流閥上的壓降不超過40MPa，減少單只節(jié)流閥上的負(fù)荷，改善節(jié)流系統(tǒng)關(guān)鍵元件的工況，從而提高節(jié)流系統(tǒng)的可靠性，保證壓井作業(yè)的順利進(jìn)行。研究表明，這是一種行之有效的方法。
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??? 與單級節(jié)流管匯相比，多級節(jié)流管匯由多個液動節(jié)流閥和多個液動平板閥組成，通過液動節(jié)流閥串聯(lián)形成多級節(jié)流，減少節(jié)流閥壓降，改善流動工況，保證壓井過程的順利進(jìn)行。
a. 多級節(jié)流管匯結(jié)構(gòu)
多級節(jié)流管匯結(jié)構(gòu)中，采用節(jié)流閥共計(jì)4個，其中固定節(jié)流閥1個、手動節(jié)流閥1個、液動節(jié)流閥2個；采用平板閥19個，其中手動平板閥14個、液動平板閥5個；采用壓力傳感器4個。按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃，以J0(表盤五通閥)為參照，其右邊閥門和管匯構(gòu)成正常節(jié)流的流動通道，而左邊則作為備用的節(jié)流通道，其結(jié)構(gòu)如圖2-3-10所示。
與JG70節(jié)流管匯為代表的常規(guī)節(jié)流管匯相比，新型多級節(jié)流管匯結(jié)構(gòu)增加了一個固定節(jié)流閥，一個液動節(jié)流閥；手動平板閥也相應(yīng)增加；同時采用壓力傳感器檢測和記錄節(jié)流情況，以便隨時實(shí)施監(jiān)控與智能化控制。見圖2-3-11。
b. 多級節(jié)流管匯的流動通道
詳見圖2-3-12～圖2-3-18。
可能的流動通道排列組合：由多級節(jié)流管匯結(jié)構(gòu)，依據(jù)數(shù)學(xué)歸納法、組合排列的原理和方法，結(jié)合工程實(shí)踐的需要，初步確定在不同級數(shù)條件下，新型多級節(jié)流管匯的流動通道。見表2-3-1。
綜合上述情況，新型多級節(jié)流管匯可能的流動通道如下：
一級，通過液動節(jié)流閥J1以及J4b各有1條流動通道，通過手動節(jié)流閥J4a共有3條流動通道，通過固定節(jié)流閥G2共有4條流動通道。
二級，通過固定節(jié)流閥G2和液動節(jié)流閥J1進(jìn)行兩次節(jié)流的有4條流動通道，通過手動節(jié)流閥J4a和液動節(jié)流閥J4b進(jìn)行兩次節(jié)流的有1條流動通道，通過固定節(jié)流閥G2和液動節(jié)流閥J4b進(jìn)行兩次節(jié)流的有2條流動通道，通過手動節(jié)流閥J4a和液動節(jié)流閥J1進(jìn)行兩次節(jié)流的有1條流動通道。
三級，只能通過固定節(jié)流閥G2、液動節(jié)流閥J1和液動節(jié)流閥J4b進(jìn)行節(jié)流，其流動通道有2條。
表2-3-1 新型多級節(jié)流管匯的流動通道
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序號 | 級數(shù) | 節(jié)流閥 | 流動通道 |
1 | 一級節(jié)流 | J1 | J0-J68-J5d-J5c-J2a-J1-J5a-J8b-J10a-J10b |
2 | J4b | J0-J6a-J7a-J7c-J4b-J7d-J10b |
3 | J4a | J0-J3a-J4a-J3b-J7b-J10b |
4 | JO-J3a-J4a-J3b-J7a-J6b-J10a-J10b |
5 | J0-J3a-J4a-J3b-J7a-J5d-J5b-J5a-J8b-J10a-J10b |
6 | G2 | J0-J2b-G2-J5c-J5d-J7a-J7b-J1Ob |
7 | J0-J2b-G2-J5c-J5d-J6b-J10a-J1Ob |
8 | J0-J2b-G2-J5c-J5b-J5a-J8b-J10a-J10b |
9 | J0-J2b-G2-J5c-J5b-J5a-J8b-J6b-J7a-J7b-J10b |
10 | 二級節(jié)流 | G2
J1 | J0-J2b-G2-J2a-J1-J5a-J8b-J10a-J10b |
11 | J0-J2b-G2-J2a-J1-J5a-J8b-J6b-J7a-J7b-J10b |
12 | J0-J2b-G2-J2a-J1-J5b-J5d-J6b-J10a-J10b |
13 | J0-J2b-G2-J2a-J1-J5b-J5d-J7a-J7b-J10b |
14 | J4a J4b | J0-J3a-J4a-J3b-J7c-J4b-J7d-J10b |
15 | J4a J1 | J0-J3a-J4a-J3b-J4a-J5d-J5c-J2a-J1-J5a-J8b-J10a-J10b |
16 | G2 J4b | J0-J2b-G2-J5c-J5d-J7a-J7c-J4b-J7d-J10b |
17 | J0-J2b-G2-J5c-J5b-J5a-J8b-J6b-J7a-J7c-J4b-J7d-J10b |
18 | 三級節(jié)流 | G2?J1
J4b | J0-J2b-G2-J2a-J1-J5b-J5d-J7a-J7c-J4b-J7d-J10b |
19 | J0-J2b-G2-J2a-J1-J5a-J8b-J15b-J7a-J7c-J4b-J7d-J10b |
20 | 放噴 | 無 | J0-J15a-J15b-J9 |
??? 放噴，直接通過J0-J6a-J6b-J9出流放噴。
??? 在新型多級節(jié)流管匯結(jié)構(gòu)中，由數(shù)學(xué)歸納法、組合排列的原理和方法，初步確定在不同級數(shù)條件下，新型多級節(jié)流管匯的流動通道共有20條。
??? 合理流動通道的確定：在新型多級節(jié)流管匯的20條流動通道中，有相當(dāng)多的流動通道在工程中是不能實(shí)現(xiàn)的，因此，需要進(jìn)一步篩選，確定出合理的流動通道。
??? 如果在整個節(jié)流過程中流動通道沒有一個液動節(jié)流閥，那么就不能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，無法實(shí)現(xiàn)智能化控制要求，同時面對復(fù)雜條件下高壓高產(chǎn)氣井，確保操作人員安全，必須考慮在任一流動通道中至少要有一個液動節(jié)流閥，可通過遠(yuǎn)程操作以及在緊急情況下，避免人員進(jìn)入危險區(qū)。
??? 在實(shí)施二級節(jié)流通道時，應(yīng)避免同時采用兩個液動節(jié)流閥，可以減小調(diào)節(jié)的難度。
??? 對于相同的節(jié)流級數(shù)，由于選擇的流動通路不同，流動路徑長短也不相同，理論經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐結(jié)果證明：流動路徑越短，彎道轉(zhuǎn)折越少，局部阻力損失就越小，同時在相同條件下，其沿程阻力損失也越小，反之亦然。
? ??綜合考慮各個方面因素，新型多級節(jié)流管匯合理流動通道的確定原則：必須至少有一個液動節(jié)流閥；二級時，不能同時是兩個液動節(jié)流閥；對相同的節(jié)流閥，選擇流動路徑短，彎道轉(zhuǎn)折少的通道。
??? 結(jié)合流動通道確定原則，同時考慮到新型多級節(jié)流管匯結(jié)構(gòu)中正常工作通道集中在結(jié)構(gòu)右邊，備用通道則集中在結(jié)構(gòu)左邊，確定合理的流動通道見表2-3-2和圖2-3-12～2-3-18。
