采气单井站运行过程中会产生噪声，高产量采气井站产生的噪声声压级可能更高[1-2]。为加强场站噪声防治工作，对典型高产气井站的钻井噪声进行了研究，分析噪声来源和形成原因，提出了治理措施和建议。
采气单井站通常采用“模块化设计、工厂化预制、撬装化安装”的方式建站。采用两级节流工艺，具备分离、计量、清管发球、抑制剂加注、缓蚀剂滴注及预膜功能。原料气在井口经过两级节流，进入分离计量橇，进行单井分离计量，气相管线上设置配套的计量仪表实现精确计量，液相管线通过计次排放的方式来计量产液量；分离出来的液相再次进入原料气管线，通过采气管线气液混输进入下游集气站进行分离。
高产量采气站较一般采气站而言产量较高，在实际生产中通常将日产量大于50×104 m3的采气站称为高产井。高产井与一般采气站的工艺流程一致，具体见图 1。
选取8座高产量单井站作为研究对象，辨识单井站噪声主要来源，并分析其主要产生原因。
为进一步识别单井站内噪声来源，选取了1#单井站作为研究对象，对采气树、一级节流阀、二级节流阀、分离器周边进行了噪声监测，分析噪声主要来源。
1#单井站内设备主要由1个采气井和2台分离器组成，分离器和井口的对应关系如图 2中虚线所示。测量时分离器1对应线路的采气规模约为100×104 m3/d，分离器2对应线路的采气规模约为50×104 m3/d。
根据GB 3096-2008《声环境质量标准》和GB 13248-2008《工业企业场界环境噪声排放标准》中的测点要求，选取了1#单井站的14个测点进行监测，监测布点如图 3所示，监测结果见表 1。
从表 1可知，靠近节流阀的测点(W1-W4、W7-W11、W14)的噪声监测值较采气树附近及对面测点(W5-W6、W12-W13)的声级相对较大。该结果说明采气井的噪声源主要位于节流阀及其连接管道处。另结合左侧井口的流量(100×104 m3/d)大于右侧井口的流量(50×104 m3/d)，说明节流阀处的噪声大小与井口流量有关。
1#单井站设有2台分离器，分别与2个井口相连。在每个分离器四周选取12个测点进行噪声测量，测点分布图见图 4，测量结果见表 2。
分离器1附近12个测点的平均声压级在两次测量中分别为90.1 dB(A)和91.9 dB(A)，分离器2附近12个测点的平均声压级在两次测量中分别为84.4 dB(A)和85.3 dB(A)。可以看出，分离器1的噪声明显高于分离器2的噪声。
表 1中分离器1对应的节流阀噪声高于分离器2对应的节流阀噪声，说明分离器1所在线路各个部件的噪声均高于分离器2所在线路各个部件的噪声。由于两条线路的设计基本相同，可以推测设备噪声的大小可能与井口流量有关。
为进一步了解单井站井口节流阀与分离器噪声及各单井站厂界噪声，对8座典型场站的井口节流阀区域、分离器区域、厂界噪声均进行了监测，监测结果见表 3。
从表 3可以看出，主要单井站井口节流阀区域噪声为86~102 dB(A)，分离器区域噪声为85~102 dB(A)，厂界噪声为68~79 dB(A)。厂界噪声超过了GB 12348-2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》的2类标准(昼间值≤60 dB(A)，夜间值≤50 dB(A))。
以1#井站为例，井口节流阀区域和分离器区域噪声频谱见图 5。
从图 5可以看出，井口节流阀区域和分离器区域噪声的频带很宽，能量主要集中在500~8 000 Hz的中高频范围内。井口节流阀区域噪声在2 000 Hz以上的高频段仍保持了较高的能量，而分离器区域噪声在2 000 Hz以上的高频段则有比较明显的能量衰减。
由上文分析可知，单井站噪声主要来源于场站内分布安装的节流阀、分离器和工艺管道。究其原因，主要为以下3点。
(1) 单井站一般采用二级节流。一级节流阀和二级节流阀均为外笼套式节流阀，依次将天然气压力从60 MPa降低到25 MPa、从25 MPa降低到8 MPa，压比分别为2.4和3.1。节流阀阀瓣壁面对流体具有一定的阻挡作用，这种阻挡作用伴随着阀门开度的增大而下降，受到阻挡作用的流体在阀瓣前壁面处产生局部高压区；流体流出阀瓣后，在阀瓣后壁面处膨胀，产生局部低压区；前后压差的产生以及阀瓣各部位流速的不同导致阀瓣前、后壁面以及腔内产生涡流[3-5]。流速和压力的急剧变化会产生强烈的涡流和湍流，涡流和湍流因自身的运动特点和冲击，会将流体的机械能转换为声能，产生的噪声为流体动力学噪声[6-8]。
(2) 天然气从井口节流后经站内管道输送至分离器，分离器距离井口约20~30 m。气流在经过分离器时，管径突然变大，高压气流冲击、摩擦分离器内壁产生的能量，以声波的形式辐射出来。
随着分离器内温度逐渐升高，其钢构件弹性逐渐升高，固有频率逐渐降低，当来自井口的残余噪声和分离器入口的喷气噪声共同作用在分离器的钢构件的振动达到共振时，噪声会急剧增加。
(3) 天然气在站内工艺管道系统内部高速输送，产生了较高的流致噪声，通过与管道的流固耦合向外传播[9]。同时，由于存在弯头等结构和管径的变化，原有流场在这些部位会发生突变，也会产生气流噪声。
为降低单井站噪声，对场站工艺设备和管道流程进行优化，主要采取了以下措施。
(1) 加大二级节流阀通径，例如将节流阀通径从3 ${}^{1}\!\!\diagup\!\!{}_{16}\;$"加大到4 ${}^{1}\!\!\diagup\!\!{}_{16}\;$"后，节流孔的最大流速可以下降16.6%，二级节流出口平均速度可以下降58.88%，可有效降低涡流和湍流强度，从而降低流体动力学噪声。
(2) 加大站内工艺管道管径和弯头曲率半径，减少弯头数量。在2#井站的试验中，采取二级节流阀后管线及管件管径从DN150加大到DN200，弯头曲率半径从1.5D加大到5D，井口二级节流阀到分离器弯头减少到4个的措施后，有效地降低了气体流速和气流冲击对管线产生的振动噪声。
(3) 优化站内工艺管道敷设方式。将二级节流阀至分离器之间的工艺管道敷设方式从露空敷设改为埋地敷设，同时增加埋地敷设的长度。通过管线埋地可降低管道振动、阻止管道噪声向四周传播。
以2#井站为例，采取上述降噪措施前后，单井站噪声对比见表 5。
从表 5可以看出，采取降噪措施后，单井站井口节流阀区域噪声和厂界噪声均降低了9 dB(A)，分离器区域噪声降低了2 dB(A)，取得了一定的降噪效果。但厂界噪声仍超过了GB 12348-2008的2类标准(昼间值≤60 dB(A)，夜间值≤50 dB(A))。
为进一步降低单井站噪声，在上述现有降噪措施的基础上，可以采取以下措施。
(1) 优化布局。部分现有单井站厂界噪声超标较为严重的原因之一为分离器与厂界距离较近。因此，通过优化站内布局，尽量将分离器布置在站内中间位置，增大分离器至各厂界的距离，可增加噪声的衰减。
(2) 隔声。通过2.3节可以看出，单井站噪声以中高频为主，而声屏障等隔声结构对中高频噪声有较好的降噪效果。因此，可在单井站站内井口装置区域和分离器区域四周设置隔声屏障或修建砖砌围墙，通过隔声来增加噪声的衰减。
(1) 采气单井站噪声的主要来源为节流阀、分离器和工艺管道，主要噪声源强度为85~102 dB(A)，单井站噪声是以中高频为主的宽频噪声。
(2) 通过采取加大二级节流阀通径，加大站内工艺管道管径和弯头曲率半径，减少弯头数量，优化站内工艺管道敷设方式等措施，单井站噪声降低了约9 dB(A)。
(3) 通过优化布局和隔声可进一步降低单井站噪声。
2018, Vol. 47 Issue (4): 120-124
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