S Y 项目是典型的深井、 高温、高酸性、高产气 田项目，开发方案设计 采用 22 口井实现年产 100×108m 3 的单井产量目标，但投 产以来井口笼套式节流阀先后多井、 多次失效。研究人员通过分析认为 造成失效的原因可能是节流阀开度 过小、开井时产生水合物所致，或 因不恰当开井操作引起。技师通过 总结经验教训，研究出新的操控工 艺技术，避免同样问题再次发生。
 
节流阀失效经济损失大
 
SY 项目属于整装碳酸盐岩地 层，以单井日产 200×104m 3 为设 计目标，采用双翼生产，实际生产 井口流动压力 32.7~43.9MPa，井 口 流 动 温 度 100~130 ℃， 氯 根 含 量 1~5×10 4 ppm， 两 翼 合 计 产 气 100~225×10 4 m 3 /d，地层水 0~65 m 3 /d， 是典型的深井、 高温、 高酸性、 高产气田。21 口井 42 支节流阀共 有 8 井 14 次发生节流阀失效，失效 前最短工作时间 52 天，失效前最长 工作时间 199 天，失效前平均工作 时间 88 天，为非正常失效，部分井 伴有节流阀开度自动增大、校准头 自动脱落问题。
 
SY 项目的 22 口井均采用压力 级别为 70MPa、主通径为 4-1/16″ 的 采 气 树。4# 主 阀 以 下 采 用 HH-NL 级材料；4# 主阀以上采用 FF级材料；4#阀为地面液动安全阀； 温度级别为 P-U，规范级别 PSL- 3G，性能级别为 PR2。井口两支 节流阀采用 3-1/16″70MPa 入口 和 X 3-1/16″ 70MPa 出口的 FF 级 CHC2ME 外套式笼套节流阀，最大 孔径 2cm，流量特性曲线为等百分 比型。2013 年 8 月 5 日开井投产， 工作 8 日后 SY221 井 N 公司的 FF 级 CHC2ME 笼套式节流阀左翼阀 门阀笼失效，有明显坑蚀、未钻平 衡孔的节流阀等因素，手动节流阀 （FF 级）损坏严重，累计损坏 18 只。 鉴于 N 公司的 FF 级 CHC2ME 外套式笼套节流阀出现的问题，决 定将 21 套井口 42 支节流阀全部更 换为 M 公司 HH 级 10K 外套式笼 套节流阀，在 2014 年 6 月陆续投 入使用后，先后有 14 支出现节流阀 笼套断裂、冲蚀、手轮自动回转、 校准头脱落等问题，给项目安全、 经济运行带来极大困难。
 
节流阀受损失效原因
 
SY 项目的 8 口井有 14 支节流 阀均表现阀笼断裂，断裂位置基本 一致，断口位置主要表现为从碳化 钨合金阀笼的拐角根部，靠近阀笼 下部小孔的附近；断口形状有较为 平坦的，有较为尖锐的，没有缩径 现象；外套内层的碳化钨硬质合金 底板破损，表现为受高速撞击破坏； SY221、228 井外套连接螺杆拉断； 2 口井阀笼断口整齐，内外壁光滑； 多数断口呈现一高一低，高边外壁 有明显“拉刮”痕迹和“咬痕槽”。 由于缺乏节流阀失效期间 SCADA 生产资料，如产量、油压、温度、 节流阀下游压力等数据、曲线，给 失效的原因分析带来了极大难度。
 
专家技师经过分析总结出节流阀 失效的几个方面。材质分析方面，阀 笼及外套内层材料为硬质碳化钨，粘 接 剂 含 量 为 5%，HRa93.5~94.5，密度 14.94~15.08g/cm 3 ，抗弯强度 2,068MPa， 抗压强度 6,270MPa， 平均粒度 0.5µ，尚能满足该气田地 质条件。冲蚀分析方面，外套内层 的倒角设计也有利于减轻冲蚀，外 套采用的625耐蚀合金为韧性材料， 从阀笼、外套内层的碳化钨端面和 表面的水平方向没有发现材料流失、 表面被冲刷成凹凸不平的现象，说 明粘结剂是具有较高强度的粘结剂。 机械杂质撞击阀笼引起破损可能性 非 常 小， 完 井 测 试 期 间 全 部 经 过 20~32mm 油嘴超过 72 小时放喷， 出口没有发现明显机械杂质。杂质 方面，随着时间的推移损坏情况应 逐渐减小，而前期实测基本无机械 杂质。选型不当方面，阀门开度过 低，流量系数、流量特性曲线、噪 声值是衡量节流阀选型是否合理的 三个重要指标。国际上流量系数通 常用 Cv 值来表示节流阀的流通能 力。利用 HYSYS 软件，模拟井口 节流阀节流降压过程，计算节流后 温度均低于 -30℃，个别甚至更低 至 -59℃，可能产生水合物，在超 低温下也可能极大地影响碳化钨的 抗拉性能，水合物把外套和阀笼“粘 接”在一起。如果继续强制开启阀 门（拉碳化钨材料）就可能引起阀 笼或外套内层的碳化钨受到损害， 严重时直接导致断裂。
 
高速气流冲击和震动引起的损 坏。SY221 井 和 SY228-1 井 外 套 连接螺杆为 718 韧性材料，屈服强 度为125Kpsi， 为一个悬臂梁运动， 理论上拉伸方向不应有较大阻力存 在，从断口特征可以看出阀套受到 了横向冲击载荷， 可能造成此破坏。 这样的现象可能同样是碳化钨材料 的阀套内壁撞击发生的。操作因素 方面，关井外套过度下放、开井操 作扭矩过大，如 SY215 井第 1 次、 SY228 井失效也可能是操作因素 所致。 专家技师总结出节流阀失效受 损原因，针对问题提出改良操作工 艺技术，以求避免事故再次发生。
 
专家技师建议，节流阀开度过小引 起震动破坏、开井时水合物产生后 拉断碳化钨阀笼以及不恰当的开井 冲击引起的节流阀失效损坏问题， 应将节流阀选型时根据单井配产的 最 大、 最 小 和 正 常 生 产 的 产 量、 压 力、 温 度 等 计 算 出 合 理 的 Cv 值， 使 得 节 流 阀 初 期 工 作 开 度 在 60%~70% 的范围内。针对 SY 项 目也可尝试改用单翼生产以增加开 度，采用单翼生产开度可以提高到 40~50%。开井时，采取防冻保温 措施，防止天然气经过节流阀后温 度骤降形成水合物（尤其在冬季开 井期间）。利用节流阀调节流量时， 要求逐级调节，等待产量基本平稳、 温度上升后再调节下一级产量，严 格执行采油树开关井操作程序，特 别是节流阀不能当截止阀使用，开 井时节流阀不能处于半开状态，开 关井操作扭矩不能过大。通过以上 操作工艺的改进，节流阀失效问题 或将有新的改善。