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2024年8月9日发(作者：占娅楠)

二、多级节流系统

1．多级节流管汇结构

多级节流系统结构中，采用节流阀共计4个，其中固定节流阀1个、手动节

流阀1个、液动节流阀2个；采用平板阀19个，其中手动平板阀14个、液动平

板阀5个；采用压力传感器4个。按照结构设计规划，以J0（表盘五通阀）为

参照，其左边阀门和管汇构成正常节流的流动通道，而右边则作为备用的节流通

道。其结构如图1所示。

图1 多级节流系统结构

对以JG70节流管汇为代表的常规节流管汇而言，多级节流系统结构增加了

一个固定节流阀，一个液动节流阀；手动平板阀也相应增加；同时采用压力传感

器检测和记录节流情况，以便随时实施监控与智能化控制。

多级节流系统结构中具体阀门情况如表1所示。

表1 多级节流系统中阀门清单

阀门编号

10a

10b

阀门类型规格

手动平板阀 105

液动节流阀 70

手动平板阀 70

液动平板阀 105

固定节流阀 105

手动平板阀 105

液动平板阀 70

手动节流阀 105

液动节流阀 70

手动平板阀 70

手动平板阀 105

液动平板阀 105

手动平板阀 105

手动平板阀 70

液动平板阀 70

手动平板阀 70

手动平板阀 105

手动平板阀 70

* P套1、P套2a、P套2b、P套3—压力传感器

2、可能的流动通道排列组合

由多级节流系统结构，依据数学归纳法、组合排列的原理和方法，结合工程

实践的需要，初步确定在不同级数条件下，多级节流系统的流动通道如表2：

表2 多级节流系统的流动通道

序号

J4a

J4b

J4a

J4b

J0—J3a—J4a—J3b—J7a—J5d—J5c—J2a—J1—J5a—J8b—

J10a—J10b

J0—J2b—G2—J5c—J5d—J7a—J3c—J4b—J7c—J10b

J0—J2b—G2—J5c—J5b—J5a—J8b—J6b—J7a—J3c—J4b—J7c

—J10b

三级节流

J4b

放喷

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5b—J5d—J7a—J3c—J4b—J7c—J10b

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5a—J8b—J6b—J7a—J3c—J4b—J7c

—J10b

二级节流

级数

一级节流

节流阀

J4b

J4a

流动通道

J0—J6a—J5d—J5c—J2a—J1—J5a—J8b—J10a—J10b

J0—J6a—J7a—J3c—J4b—J7c—J10b

J0—J3a—J4a—J3b—J7b—J10b

J0—J3a—J4a—J3b—J7a—J6b—J10a—J10b

J0—J3a—J4a—J3b—J7a—J5d—J5b—J5a—J8b—J10a—J10b

J0—J2b—G2—J5c—J5d—J7a—J7b—J10b

J0—J2b—G2—J5c—J5d—J6b—J10a—J10b

J0—J2b—G2—J5c—J5b—J5a—J8b—J10a—J10b

J0—J2b—G2—J5c—J5b—J5a—J8b—J6b—J7a—J7b—J10b

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5a—J8b—J10a—J10b

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5a—J8b—J6b—J7a—J7b—J10b

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5b—J5d—J6b—J10a—J10b

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5b—J5d—J7a—J7b—J10b

J0—J3a—J4a—J3b—J3c—J4b—J7c—J10b

无 J0—J6a—J6b—J9

综上，多级节流系统可能的流动通道统计如下：

一级，通过液动节流阀J1以及J4b各有1条流动通道，通过手动节流阀 J4a

共有3条流动通道,通过固定节流阀G2共有4条流动通道；

二级,通过固定节流阀G2和液动节流阀J1进行两次节流的有4条流动通道，

通过手动节流阀J4a和液动节流阀J4b进行两次节流的有1条流动通道,通过固

定节流阀G2和液动节流阀J4b进行两次节流的有2条流动通道，通过手动节流

阀J4a和液动节流阀J1进行两次节流的有1条流动通道；

三级，只能通过固定节流阀G2、液动节流阀J1和液动节流阀J4b进行节流，

其流动通道有2条；

放喷，不需要节流阀，直接通过J0—J6a—J6b—J9出流放喷。

在多级节流系统结构中，由数学归纳法、组合排列的原理和方法，初步确定

在不同级数条件下，多级节流系统的流动通道共有20条。

3、合理流动通道的确定

在多级节流系统的20条流动通道中，有相当多的流动通道在工程中是不能

实现的，因此，需要进一步筛选，确定出合理的流动通道。

如果在整个节流过程中流动通道没有一个液动节流阀,那么就不能进行远程

控制,无法实现智能化设计要求；同时面对复杂条件下高压高产气井,出于人员安

全考虑,我们在设计中也必须考虑在任一流动通道中至少要有一个液动节流阀,

这样可以通过远程控制实施操作以及在事故发生时有效地通过远程控制避免人

员进入易发生危险的现场。

在考虑二级节流通道时,应避免同时采用两个液动节流阀，这样节流时可以

减少调节的困难。

对于相同的节流级数，由于选择的流动通路不同，流动路径长短也不相同，

理论经验和实践结果都充分证明：流动路径越短，弯道转折越少，那么局部阻力

损失就越小，同时在相同条件下，其沿程阻力损失也越小；反之易然。

综合考虑各个方面因素，多级节流系统合理流动通道的确定原则如下:

1. 必须至少有一个液动节流阀；

2. 二级时，不能同时是两个液动节流阀；

3. 对相同的节流阀，选择流动路径短的，弯道转折少的。

综合考虑流动通道确定原则，同时考虑到多级节流系统结构中正常工作通

道集中在结构右面，备用通道则集中在结构左面的原则，最后确定有表3可行的

流动通道。

表3 多级节流系统的合理流动通道

序

号

二级节流

一级节流

级数节流

阀

J4b

J4a

J4b

J0—J6a—J7a—J3c—J4b—J7c—J10b

J0—J3a—J4a—J3b—J7b—J10b

J0—J6a—J5d—J5c—J2a—J1—J5a—J8b—J10a—J10b

J0—J3a—J4a—J3b—J3c—J4b—J7c—J10b

正常情况a

正常情况b

备用

正常情况

流动通道备注

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5a—J8b—J10a—J10b 备用

三级节流

J4b

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5b—J5d—J7a—J3c—J4b—J7c—

J10b

放喷

无 J0—J6a—J6b—J9

图2 一级节流正常情况流动通道(a)

图3 一级节流正常情况流动通道(b)

图4 一级节流备用流动通道

图5 二级节流正常情况流动通道

图6 二级节流备用流动通道

图7 三级节流流动通道

图8 放喷流动通道

4、流动通道的实现

有了合理的流动通道，可以根据工艺要求进行选择。但是怎样实现流动通道

的转换，防止出现蹩压现象，仍需要进行研究。

根据压井节流操作规程，并参考常规节流管汇阀门开关转换顺序，多级节流

管汇在实现流动通道的转换时，阀门开关转换顺序原则为：

1. 先执行由关到开，再执行由开到关。

2. 执行由关到开时，由远而近。

3. 执行由开到关时，由近而远。

远近的度量：

阀门编号越靠后越远。

阀门编号越靠前越近。

例：

与J

远，J

近)

与J

远，J

近)

4. 对照单级节流管汇阀件开关状态，放喷通道中间阀件J6a应尽可能常开,

放喷通道中间阀件J6b应尽可能常关。放喷通道二边阀件应尽可能常关

（J2b,J3a,J5d,J7a,J8b,J10a），

按照上述原则，转换过程如下：

1. 先由阀门开关状态表比较出两种路径（当前路径与待定路径）中开关状

态发生变化的阀门编号。

2. 将由关到开的阀门编号分组，按原则2排列。

3. 将由开到关的阀门编号分组，按原则3排列。

4. 显示排列结果（屏显，打印）。

5. 按照排列结果，顺序执行。手动阀由人工操作，液动阀由电控箱操作。

为了便于操作，多级节流系统在不同流动通道时阀门开关状态见表4，可供

参考。

表4 多级节流系统阀门开关状态表

阀门编号阀门类型规格一级节流

（备用）

手动平板阀

液动节流阀

105

开

开(3/8-1/2)

一级节流

（正常情况）

开

开(3/8-1/2)

二级节流

（备用）

开

开(3/8-1/2)

二级节流

（正常情况）

开

开(3/8-1/2)

开

开(3/8-1/2)

开

开(3/8-1/2)

三级节流放喷

手动平板阀

液动平板阀

固定节流阀

手动平板阀

液动平板阀

手动节流阀

液动节流阀

105

开

关

开

关

开(3/8-1/2)

开

关

开

关

开

关

开(3/8-1/2)

开

关

开(3/8-1/2)

开

关

开

开(3/8-1/2)

开

关

开

关

开(3/8-1/2)

开

关

开

关

开(3/8-1/2)

10a

10b

手动平板阀

液动平板阀

手动平板阀

液动平板阀

手动平板阀

105

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

5、多级节流系统在压井作业中节流级数的选择

节流级数的选择应当保证压井作业的安全（主要是阀门的安全），同时又要

便于调节压力，满足套压变化规律。据此应遵循以下原则：

1. 根据塔里木油田勘探开发资料统计，压井过程中，额定工作压力105Mpa

的节流阀一般在70Mpa左右可以实现正常有效工作，超过此压力则有可

能出现阀杆断裂、阀板刺坏等情况，引发溢流、井涌、井喷事故。由此

推断，对节流阀而言，其承压能力要保证在额定工作压力的60~70%以内。

2. 根据风洞实验初步结果，证明流动通道中的第一个固定节流阀和第二个

液动节流阀按60％和40％进行节流压力分配，调节液动节流阀时压力变

化比较敏感。

在一级节流情况下，采用的节流阀J4b和J1都是液动节流阀，其额定工作

压力都是70Mpa。按设计要求，其允许的套压必须满足下面关系

P套〈70*(60~70%)=40~50 Mpa

结论：1.套压小于40~50 Mpa采用一级节流就可以实现；

2.套压高于40~50 Mpa则需要考虑通过二级甚至多级进行节流。

对二级节流而言，手动节流阀J4a (或固定节流阀G2)在前，液动节流阀J4b

（或液动节流阀J1）在后，主要还是靠调节液动节流阀来实现压降。

二级节流采用的手动节流阀J4a和固定节流阀G2，其额定工作压力是105

Mpa，安全工作压力为105*(60~70)=60~70 Mpa。在与液动节流阀J4b（或液动节

流阀J1）串联的情况下，允许的套压应该满足下列关系式：

P套〈(40~50)＋ (60~70)=100~110 Mpa

同时，压力分配情况满足6：4的关系。

结论：1.套压小于105 Mpa采用二级节流就可以实现；

2.套压高于105 Mpa则需要考虑通过三级。

3．三级节流

凡套压高于105 Mpa，就只能采用三级节流控制甚至更多级进行节流控制。

在三级节流情况下，流动通道将分别经过固定节流阀G2、液动节流阀J1以及液

动节流阀J4b，其额定工作压力分别为105 Mpa、70 Mpa、70 Mpa。由此可以推

出，三级节流套压不能超过（60~70+40~50+40~50 ）=160Mpa。注意到，三级节

流时最后二个都是液动节流阀，节流压力该怎样分配，是第一个固定节流阀加第

二个液动节流阀按60％、第三个液动节流阀按40％？还是第一个固定节流阀和

按60％、第二个液动节流阀加第三个液动节流阀按40％？调节液动节流阀时压

力变化才比较敏感，需要结合风洞试验结果来确定。

2024年8月9日发(作者：占娅楠)

二、多级节流系统

1．多级节流管汇结构

多级节流系统结构中，采用节流阀共计4个，其中固定节流阀1个、手动节

流阀1个、液动节流阀2个；采用平板阀19个，其中手动平板阀14个、液动平

板阀5个；采用压力传感器4个。按照结构设计规划，以J0（表盘五通阀）为

参照，其左边阀门和管汇构成正常节流的流动通道，而右边则作为备用的节流通

道。其结构如图1所示。

图1 多级节流系统结构

对以JG70节流管汇为代表的常规节流管汇而言，多级节流系统结构增加了

一个固定节流阀，一个液动节流阀；手动平板阀也相应增加；同时采用压力传感

器检测和记录节流情况，以便随时实施监控与智能化控制。

多级节流系统结构中具体阀门情况如表1所示。

表1 多级节流系统中阀门清单

阀门编号

10a

10b

阀门类型规格

手动平板阀 105

液动节流阀 70

手动平板阀 70

液动平板阀 105

固定节流阀 105

手动平板阀 105

液动平板阀 70

手动节流阀 105

液动节流阀 70

手动平板阀 70

手动平板阀 105

液动平板阀 105

手动平板阀 105

手动平板阀 70

液动平板阀 70

手动平板阀 70

手动平板阀 105

手动平板阀 70

* P套1、P套2a、P套2b、P套3—压力传感器

2、可能的流动通道排列组合

由多级节流系统结构，依据数学归纳法、组合排列的原理和方法，结合工程

实践的需要，初步确定在不同级数条件下，多级节流系统的流动通道如表2：

表2 多级节流系统的流动通道

序号

J4a

J4b

J4a

J4b

J0—J3a—J4a—J3b—J7a—J5d—J5c—J2a—J1—J5a—J8b—

J10a—J10b

J0—J2b—G2—J5c—J5d—J7a—J3c—J4b—J7c—J10b

J0—J2b—G2—J5c—J5b—J5a—J8b—J6b—J7a—J3c—J4b—J7c

—J10b

三级节流

J4b

放喷

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5b—J5d—J7a—J3c—J4b—J7c—J10b

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5a—J8b—J6b—J7a—J3c—J4b—J7c

—J10b

二级节流

级数

一级节流

节流阀

J4b

J4a

流动通道

J0—J6a—J5d—J5c—J2a—J1—J5a—J8b—J10a—J10b

J0—J6a—J7a—J3c—J4b—J7c—J10b

J0—J3a—J4a—J3b—J7b—J10b

J0—J3a—J4a—J3b—J7a—J6b—J10a—J10b

J0—J3a—J4a—J3b—J7a—J5d—J5b—J5a—J8b—J10a—J10b

J0—J2b—G2—J5c—J5d—J7a—J7b—J10b

J0—J2b—G2—J5c—J5d—J6b—J10a—J10b

J0—J2b—G2—J5c—J5b—J5a—J8b—J10a—J10b

J0—J2b—G2—J5c—J5b—J5a—J8b—J6b—J7a—J7b—J10b

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5a—J8b—J10a—J10b

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5a—J8b—J6b—J7a—J7b—J10b

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5b—J5d—J6b—J10a—J10b

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5b—J5d—J7a—J7b—J10b

J0—J3a—J4a—J3b—J3c—J4b—J7c—J10b

无 J0—J6a—J6b—J9

综上，多级节流系统可能的流动通道统计如下：

一级，通过液动节流阀J1以及J4b各有1条流动通道，通过手动节流阀 J4a

共有3条流动通道,通过固定节流阀G2共有4条流动通道；

二级,通过固定节流阀G2和液动节流阀J1进行两次节流的有4条流动通道，

通过手动节流阀J4a和液动节流阀J4b进行两次节流的有1条流动通道,通过固

定节流阀G2和液动节流阀J4b进行两次节流的有2条流动通道，通过手动节流

阀J4a和液动节流阀J1进行两次节流的有1条流动通道；

三级，只能通过固定节流阀G2、液动节流阀J1和液动节流阀J4b进行节流，

其流动通道有2条；

放喷，不需要节流阀，直接通过J0—J6a—J6b—J9出流放喷。

在多级节流系统结构中，由数学归纳法、组合排列的原理和方法，初步确定

在不同级数条件下，多级节流系统的流动通道共有20条。

3、合理流动通道的确定

在多级节流系统的20条流动通道中，有相当多的流动通道在工程中是不能

实现的，因此，需要进一步筛选，确定出合理的流动通道。

如果在整个节流过程中流动通道没有一个液动节流阀,那么就不能进行远程

控制,无法实现智能化设计要求；同时面对复杂条件下高压高产气井,出于人员安

全考虑,我们在设计中也必须考虑在任一流动通道中至少要有一个液动节流阀,

这样可以通过远程控制实施操作以及在事故发生时有效地通过远程控制避免人

员进入易发生危险的现场。

在考虑二级节流通道时,应避免同时采用两个液动节流阀，这样节流时可以

减少调节的困难。

对于相同的节流级数，由于选择的流动通路不同，流动路径长短也不相同，

理论经验和实践结果都充分证明：流动路径越短，弯道转折越少，那么局部阻力

损失就越小，同时在相同条件下，其沿程阻力损失也越小；反之易然。

综合考虑各个方面因素，多级节流系统合理流动通道的确定原则如下:

1. 必须至少有一个液动节流阀；

2. 二级时，不能同时是两个液动节流阀；

3. 对相同的节流阀，选择流动路径短的，弯道转折少的。

综合考虑流动通道确定原则，同时考虑到多级节流系统结构中正常工作通

道集中在结构右面，备用通道则集中在结构左面的原则，最后确定有表3可行的

流动通道。

表3 多级节流系统的合理流动通道

序

号

二级节流

一级节流

级数节流

阀

J4b

J4a

J4b

J0—J6a—J7a—J3c—J4b—J7c—J10b

J0—J3a—J4a—J3b—J7b—J10b

J0—J6a—J5d—J5c—J2a—J1—J5a—J8b—J10a—J10b

J0—J3a—J4a—J3b—J3c—J4b—J7c—J10b

正常情况a

正常情况b

备用

正常情况

流动通道备注

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5a—J8b—J10a—J10b 备用

三级节流

J4b

J0—J2b—G2—J2a—J1—J5b—J5d—J7a—J3c—J4b—J7c—

J10b

放喷

无 J0—J6a—J6b—J9

图2 一级节流正常情况流动通道(a)

图3 一级节流正常情况流动通道(b)

图4 一级节流备用流动通道

图5 二级节流正常情况流动通道

图6 二级节流备用流动通道

图7 三级节流流动通道

图8 放喷流动通道

4、流动通道的实现

有了合理的流动通道，可以根据工艺要求进行选择。但是怎样实现流动通道

的转换，防止出现蹩压现象，仍需要进行研究。

根据压井节流操作规程，并参考常规节流管汇阀门开关转换顺序，多级节流

管汇在实现流动通道的转换时，阀门开关转换顺序原则为：

1. 先执行由关到开，再执行由开到关。

2. 执行由关到开时，由远而近。

3. 执行由开到关时，由近而远。

远近的度量：

阀门编号越靠后越远。

阀门编号越靠前越近。

例：

与J

远，J

近)

与J

远，J

近)

4. 对照单级节流管汇阀件开关状态，放喷通道中间阀件J6a应尽可能常开,

放喷通道中间阀件J6b应尽可能常关。放喷通道二边阀件应尽可能常关

（J2b,J3a,J5d,J7a,J8b,J10a），

按照上述原则，转换过程如下：

1. 先由阀门开关状态表比较出两种路径（当前路径与待定路径）中开关状

态发生变化的阀门编号。

2. 将由关到开的阀门编号分组，按原则2排列。

3. 将由开到关的阀门编号分组，按原则3排列。

4. 显示排列结果（屏显，打印）。

5. 按照排列结果，顺序执行。手动阀由人工操作，液动阀由电控箱操作。

为了便于操作，多级节流系统在不同流动通道时阀门开关状态见表4，可供

参考。

表4 多级节流系统阀门开关状态表

阀门编号阀门类型规格一级节流

（备用）

手动平板阀

液动节流阀

105

开

开(3/8-1/2)

一级节流

（正常情况）

开

开(3/8-1/2)

二级节流

（备用）

开

开(3/8-1/2)

二级节流

（正常情况）

开

开(3/8-1/2)

开

开(3/8-1/2)

开

开(3/8-1/2)

三级节流放喷

手动平板阀

液动平板阀

固定节流阀

手动平板阀

液动平板阀

手动节流阀

液动节流阀

105

开

关

开

关

开(3/8-1/2)

开

关

开

关

开

关

开(3/8-1/2)

开

关

开(3/8-1/2)

开

关

开

开(3/8-1/2)

开

关

开

关

开(3/8-1/2)

开

关

开

关

开(3/8-1/2)

10a

10b

手动平板阀

液动平板阀

手动平板阀

液动平板阀

手动平板阀

105

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

5、多级节流系统在压井作业中节流级数的选择

节流级数的选择应当保证压井作业的安全（主要是阀门的安全），同时又要

便于调节压力，满足套压变化规律。据此应遵循以下原则：

1. 根据塔里木油田勘探开发资料统计，压井过程中，额定工作压力105Mpa

的节流阀一般在70Mpa左右可以实现正常有效工作，超过此压力则有可

能出现阀杆断裂、阀板刺坏等情况，引发溢流、井涌、井喷事故。由此

推断，对节流阀而言，其承压能力要保证在额定工作压力的60~70%以内。

2. 根据风洞实验初步结果，证明流动通道中的第一个固定节流阀和第二个

液动节流阀按60％和40％进行节流压力分配，调节液动节流阀时压力变

化比较敏感。

在一级节流情况下，采用的节流阀J4b和J1都是液动节流阀，其额定工作

压力都是70Mpa。按设计要求，其允许的套压必须满足下面关系

P套〈70*(60~70%)=40~50 Mpa

结论：1.套压小于40~50 Mpa采用一级节流就可以实现；

2.套压高于40~50 Mpa则需要考虑通过二级甚至多级进行节流。

对二级节流而言，手动节流阀J4a (或固定节流阀G2)在前，液动节流阀J4b

（或液动节流阀J1）在后，主要还是靠调节液动节流阀来实现压降。

二级节流采用的手动节流阀J4a和固定节流阀G2，其额定工作压力是105

Mpa，安全工作压力为105*(60~70)=60~70 Mpa。在与液动节流阀J4b（或液动节

流阀J1）串联的情况下，允许的套压应该满足下列关系式：

P套〈(40~50)＋ (60~70)=100~110 Mpa

同时，压力分配情况满足6：4的关系。

结论：1.套压小于105 Mpa采用二级节流就可以实现；

2.套压高于105 Mpa则需要考虑通过三级。

3．三级节流

凡套压高于105 Mpa，就只能采用三级节流控制甚至更多级进行节流控制。

在三级节流情况下，流动通道将分别经过固定节流阀G2、液动节流阀J1以及液

动节流阀J4b，其额定工作压力分别为105 Mpa、70 Mpa、70 Mpa。由此可以推

出，三级节流套压不能超过（60~70+40~50+40~50 ）=160Mpa。注意到，三级节

流时最后二个都是液动节流阀，节流压力该怎样分配，是第一个固定节流阀加第

二个液动节流阀按60％、第三个液动节流阀按40％？还是第一个固定节流阀和

按60％、第二个液动节流阀加第三个液动节流阀按40％？调节液动节流阀时压

力变化才比较敏感，需要结合风洞试验结果来确定。

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多级节流系统

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