El válvula de estrangulamiento , también conocido como válvula del acelerador o válvula de estrangulamiento, es un dispositivo de control clave en la industria del petróleo y el gas y otros sistemas de fluidos de alta presión. Su función central es controlar con precisión el flujo y la presión del fluido, especialmente en las duras condiciones de trabajo de diferencia de alta presión, partículas sólidas o flujo multifásico-líquido de gas.
1. La función y el propósito del núcleo de la válvula de estrangulamiento
Control de la presión del pozo: esta es la función más importante. En la etapa temprana de la producción de pozos de petróleo y gas o en pozos de alta presión, la presión del orificio inferior es mucho mayor que la tolerancia del sistema de procesamiento posterior. La válvula de estrangulador reduce la presión del fluido a un rango de funcionamiento seguro al crear una resistencia ajustable (caída de presión) para proteger las tuberías, separadores y otros equipos aguas abajo.
Ajuste la producción: al cambiar la abertura de la válvula (área de estrangulamiento), el flujo de volumen del pozo o el pozo de gasolina o la tubería se controla con precisión para lograr objetivos de asignación de producción o requisitos de prueba.
Prevenir la cavitación/flash: bajo ciertas condiciones de trabajo (como la caída de presión repentina que conduce a la vaporización de líquidos), una válvula de estrangulador diseñada adecuadamente (como el acelerador de varias etapas) puede ralentizar la velocidad de caída de presión, reducir o eliminar la cavitación destructiva y la erosión de la válvula.
Seguridad de control del pozo: en operaciones de perforación, finalización y reparación de pozos, la válvula de estrangulador ajustable es un componente clave del grupo de prevención de reventones, utilizado para implementar operaciones de asesinato de pozo, controlar patadas o reventones, y es una de las últimas barreras para controlar la seguridad de los pozos.
Garantía de flujo: el control del flujo ayuda a ralentizar problemas como la formación de hidratos, depósito de cera o escala.
Prueba y medición: proporcione condiciones de flujo y presión posterior estable durante las pruebas de producción o la medición de flujo.
2. Tipos principales de válvulas de estrangulamiento
De acuerdo con su estructura y método de ajuste, se dividen principalmente en dos categorías:
Válvula de estrangulador fija (estrangulador fijo)
Principio: un elemento de estrangulamiento no ajustable se instala en el interior (generalmente un casquillo de cerámica o carburo con un tamaño de perforación preciso - frijoles).
Características:
Estructura simple, costo duradero y relativamente bajo.
Fuerte resistencia a la erosión (especialmente bujes de cerámica o carburo).
El control de flujo/presión es fijo. Si necesita ser cambiado, la máquina debe detenerse para reemplazar el buje de estrangulamiento con diferentes aperturas.
Aplicación: se usa principalmente en situaciones donde se requiere flujo/presión estable a largo plazo, o como un elemento de estrangulamiento auxiliar/de respaldo para válvulas de estrangulador ajustables. También se usa comúnmente en procesos de prueba.
Válvula de estrangulador ajustable (estrangulador ajustable / variable)
Principio: La abertura (área de estrangulamiento) entre el núcleo de la válvula y el asiento de la válvula se ajusta continuamente a través de un mecanismo de funcionamiento externo (manual, hidráulico, neumático o eléctrico) para cambiar el flujo y la caída de presión.
Estructura del núcleo (tipos comunes):
Tipo de válvula de aguja: se inserta una válvula de aguja cónica (aguja) en el orificio de asiento de la válvula coincidente (asiento), y el movimiento axial de la válvula de aguja cambia el área anular de aceleración. Alta precisión, adecuada para fluidos limpios.
Tipo de jaula/Tipo de múltiples agujeros: el núcleo de la válvula (tipo de émbolo o tipo de manga) se mueve en una jaula (jaula) con agujeros especiales para cambiar el área de flujo. El diseño del orificio (tamaño, forma, distribución de números) en la jaula puede optimizar las características de flujo, reducir el ruido, la cavitación y la erosión. El más utilizado.
Tipo de puerta de la puerta/cuchillo: similar a la válvula de puerta, pero con una vanguardia especialmente diseñada, puede proporcionar funciones de corte y estrangulamiento en lloses que contienen partículas sólidas.
Características:
Puede ajustar continuamente y finamente el flujo y la presión durante la operación, y responder rápidamente.
Alto grado de automatización, fácil de integrar en sistemas de control (como SCADA, DCS).
La estructura es relativamente compleja, el costo es alto y es más sensible al desgaste (se requiere un mantenimiento regular).
Modo de conducción:
Manual: operado por rueda de mano y caja de cambios. Simple y confiable, bajo costo, adecuado para un ajuste infrecuente o en espera.
Hidráulico/neumático: use aceite hidráulico o aire comprimido para impulsar el actuador. Proporcione un empuje fuerte, a prueba de explosión, adecuado para entornos remotos o duros. Más común.
Electric: El actuador es conducido por un motor. Se debe considerar una alta precisión de control, transmisión de señal conveniente, a prueba de explosión y confiabilidad.
3. Características y desafíos de diseño clave
La válvula de estrangulamiento funciona en condiciones extremas, y el diseño debe abordar los siguientes desafíos:
Resistencia a la erosión:
Endurecimiento de los componentes clave: endurecimiento de la superficie del núcleo de la válvula, el asiento de la válvula y la jaula (como la pulverización de carburo de tungsteno, la nitruración y la superficie de la aleación de stellite).
Selección de materiales sobrealimentados: cerámica (alúmina, carburo de silicio), bujes o componentes de aleación de carburo de tungsteno.
Optimización del canal de flujo: guíe el fluido suavemente a través del área de estrangulamiento para evitar la turbulencia y el impacto directo.
Resistencia a la cavitación:
Reducción de la presión en múltiples etapas: disperse la caída de presión total en múltiples etapas de caída de presión pequeña conectadas a series (jaula de estrangulamiento de una etapa múltiple) para evitar que la presión de un solo punto caiga por debajo de la presión de vapor líquido.
Diseño de la jaula de resistencia a la cavitación: los tipos de agujeros especiales (como el tipo de laberinto) promueven el colapso de burbujas en la cámara de alta presión, reduciendo el impacto directo en la superficie del metal.
Selección de materiales: los materiales duros son más resistentes al daño por cavitación.
Caza de focas:
Sellado de metal a metal: el núcleo de la válvula y el asiento de la válvula están hechos de aleación dura para garantizar un sellado confiable y una larga vida útil bajo diferencia de alta presión. Tipo de sello principal.
Sello auxiliar: el embalaje del vástago de la válvula (como Graphite, PTFE) previene la fuga externa. Las válvulas API 6A requieren niveles de sellado estrictos (como PR2, PR2F).
Fuerza operativa y control:
Diseño equilibrado: reduzca el empuje/par requerido para la operación de la válvula (especialmente para válvulas diferenciales de alta presión de diámetro grande).
Selección del actuador: impulso suficiente para superar la fuerza de fluido y la fricción para garantizar un posicionamiento preciso y confiable.
4. Escenarios de aplicación típicos
Producción de petróleo y gas:
Estructura de la cabeza de pozo de pozos de petróleo, pozos de gas y pozos de gas de condensado (control de la cabeza del pozo y ajuste la producción).
Prueba de control de presión de entrada del separador.
Inyección de agua/inyección de gas Control de flujo del pozo.
Control de volumen de gas en sistemas de elevación artificial (como elevación de gas).
Perforación y finalización:
Componentes del núcleo BOP, utilizados para matar bien y estrangulamiento.
Control de flujo/presión en sistemas de circulación de fluido (lodo) de perforación y perforación.
Control de flujo y presión durante las pruebas de formación (DST).
Otras industrias:
Sistemas de vapor de alta presión en plantas químicas y centrales eléctricas.
Pipelines de lodo en las minas.
Sistemas de chorro de agua de alta presión.
5. Consideraciones clave para la selección
Elegir la válvula de estrangulador correcta es crucial y requiere la evaluación de:
Propiedades de fluido: aceite, gas, agua, flujo multifásico, contenido de arena, contenido de H₂S/CO₂ (requisitos de material), temperatura, viscosidad.
Parámetros operativos:
Presión aguas arriba (P1)
Presión aguas abajo (P2)
Caída de presión esperada (ΔP = P1 - P2): el parámetro más crítico
Flujo máximo/mínimo (Q)
Temperatura fluida
Requisitos funcionales: ¿El objetivo principal es controlar la presión, el flujo o ambos? ¿Se requiere ajuste frecuente? ¿Se requiere control automático?
Método de tamaño y conexión: tamaño de la tubería (NPS/DN), nivel de presión (como clase ANSI, PN), estándar de brida (ASME, API, DIN) o conexión de soldadura a tope.
Grado de material: los materiales de la válvula y el cuerpo de la válvula deben cumplir con los requisitos de presión, temperatura, corrosión y resistencia a la erosión. Concéntrese en el núcleo de la válvula, el asiento de la válvula, el material de jaula/buje (como 316SS, acero dúplex, aleación 625, carburo de tungsteno, cerámica). Siga NACE MR0175/ISO 15156 (servicio agrio).
Modo de actuación: manual, hidráulico, neumático, ¿eléctrico? ¿Cuánto empuje/par se requiere? ¿Se requiere retroalimentación de posición?
Normas y especificaciones: es crucial seguir los estándares de la industria:
API 6A: Especificaciones de equipos de árbol de pozo y árbol de Navidad: el estándar más central para el aceite y el gas aguas arriba, cubriendo los niveles de presión, materiales, diseño, pruebas y requisitos de documentación (como PSL, nivel de relaciones públicas).
API 14C/ISO 10418: Análisis, diseño e instalación del sistema de seguridad de plataforma en alta mar.
API 6D/ISO 14313: Especificaciones de la válvula de tubería.
ASME B16.34: bridas de válvula, roscas y extremos de soldadura.
NACE MR0175/ISO 15156: Industria de petróleo y gas natural: materiales para entornos que contienen H₂S en la producción de petróleo y gas.
6. Puntos clave para operación y mantenimiento
Operación:
Ajuste lentamente: evite cambios repentinos en el flujo/presión que pueden causar shock al sistema.
Evite una pequeña apertura: la apertura extremadamente pequeña aumenta el riesgo de erosión y cavitación. Comprenda la apertura mínima recomendada de la válvula.
Parámetros de monitoreo: preste mucha atención a la presión aguas arriba y aguas abajo, la temperatura, los cambios de flujo y el ruido/vibración anormal.
Mantenimiento:
Inspección regular:
Fuga externa (embalaje del vástago, conexión de brida).
Si el actuador funciona sin problemas.
Si el medidor de presión y el indicador de posición son normales.
Mantenimiento preventivo:
Inspeccione/reemplace el núcleo de la válvula, el asiento de la válvula, la jaula/el buje y otras piezas de uso de acuerdo con el ciclo recomendado del fabricante.
Lubricar partes móviles.
Inspeccione/reemplace el embalaje del vástago de la válvula.
Piezas de repuesto: reserva piezas de uso de llave (especialmente válvulas manuales de repuesto para válvulas de estrangulamiento fijas).
