王 果

(中国石化石油工程技术研究院)

控压钻井技术[1-4]是自动化钻井的一个方面，其通过数据监测系统和井口设备对井筒压力进行实时监控，实现安全钻井。在控压钻井系统中，通过调节节流管汇上的节流阀[4]来实现对井口回压的控制，保持整个钻井过程井口压力的平衡，是控压钻井系统中实现压力控制的关键组成部分。

目前国外高精度节流阀[2,5-6]有NOV的HXE、Expro的PowerChoke、M-I Swaco的SuperChoke等。其采用液压马达+蜗轮蜗杆驱动方式，定位精度高、节流性能曲线好、控制精度高、易控制使用。国内常用节流阀[5-11]有针形节流阀、筒形节流阀、楔形节流阀等。节流压降与开度非线性变化，小开度下调节波动大，大开度下调节反应迟钝，难以满足计算机精确连续调控需求；执行机构为液压缸，无法快速准确定位行程；阀芯为悬臂梁结构，不耐冲蚀。

本文针对现有钻井节流阀的缺点，提出了线性节流阀设计方法，进行了整体结构设计与选型分析，通过性能试验验证了节流阀的设计理论。这种新型节流阀具有较好的压降随开度线性变化特性，结合计算机控制技术，调节过程控制精度高、可靠性强、反应灵敏。线性调节节流阀可为控压钻井系统、井控节流系统提供关键部件，降低调控难度，提高控制精度，具有重要的理论价值和工程意义。

一、线性节流阀结构设计

1.阀芯结构数学模型

1.1 压差线性变化目标方程

节流阀调节的本质是改变阀芯与阀座的间隙(即过流面积，如图1所示)，从而实现对节流压差的调节。……