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1、天然氣井口旋流除砂器的應用探討劉長艷028-6018963（四川四維工程設計有限公司，成都，610051）摘要：天然氣井出砂問題日趨嚴重，在天然氣井口安裝除砂器，可保證井口下游地面設備正常運行。旋流除砂器用于井口除砂，占地面積小、安裝方便、運行費用低、使用方便靈活，能夠連續(xù)、可靠地完成分離任務。本文對我國現(xiàn)有氣井旋流除砂裝置、超高壓旋流除砂裝置、強制流式天然氣井口除砂器以及國外典型井口除砂器的應用現(xiàn)狀及特點進行了探討，指出了天然氣井口除砂器應向高壓、高效、環(huán)保、穩(wěn)定、自動化方向發(fā)展。關鍵詞：天然氣井口；除砂；旋流除砂器引言隨著我國天然氣田開采不斷深入，氣井出砂
2、問題日趨嚴重，對地面集輸及處理系統(tǒng)造成了很大的危害。如引起下游管線、節(jié)流管匯、三相分離器、加熱爐等地面設備堵塞、腐蝕，增加設備、管線清砂和維修工作量，危害人體健康，污染環(huán)境等一系列問題。在天然氣井口安裝除砂器，有效地除去天然氣中砂礫，將能很好地保護下游設備。但是，由于井口壓力高，介質(zhì)復雜，流體多變，井口除砂比集氣站、計量站，接轉(zhuǎn)站除砂更困難。井口除砂器通常要服務于多口井，多個氣田，各個氣田甚至同一氣田的不同井之間出砂濃度，砂礫尺寸都不盡相同，井口除砂器操作條件及使用性能上應更具有廣泛適應性[1]。旋流分離技術由于其設備結(jié)構(gòu)簡單、占用空間較小、成本低、維護簡單、
3、能耗低且高效、環(huán)保，在工作過程中能夠靈活、連續(xù)、可靠地完成分離任務，具備一定的自動性和穩(wěn)定性，因而日益引起國際石油工程技術界的廣泛關注[2]。目前，井口除砂器在陸上和海上已經(jīng)安裝有100多臺，設計壓力等級從ANSIClass150到API6A20Kpsi不等，在重油井、凝析油井、高壓井、以及氣井中廣泛采用[3]。我國從上世紀90年代才開始接觸旋流設備，國內(nèi)多個高校及研究院所進行了文獻收集、基礎理論研究、新型設備開發(fā)等工作，并己經(jīng)取得了一些成績。但是，目前國內(nèi)用于天然氣井口除砂的設備還鮮有報道，用于作者簡介：周平（1963-），男，四川成都人，教授級高工，主要從
4、事天然氣處理與加工技術設計及管理工作。電話：（028）860187931井口的除砂設備種類較多，但差異較大，所以有必要對國內(nèi)外天然氣井口除砂器應現(xiàn)狀進行總結(jié)分析，找出我國現(xiàn)有天然氣除砂器的優(yōu)缺點，為下一步天然氣除砂器的設計研究提供方向。1國內(nèi)天然氣井口旋流除砂設備應用現(xiàn)狀1.1氣井旋流除砂器新疆石油勘察設計研究院研發(fā)的氣井旋流除43砂裝置處理氣量5-15×10m/d，處理液量10-603m/d，設計壓力42Mpa,設計溫度-10℃—40℃，對粒徑大于54μm砂粒脫除率≥90%。裝置采用橇裝化設計，將兩臺天然氣除砂器以及閥門管件等設備組成一體。該類型除砂器通過耳
5、式支座固定在撬體上，氣體由斜切接管進入，在除砂器旋流段圓柱腔完成固液氣三相分離，分離后氣體由頂部法蘭流出，固體砂礫落入除砂器下部錐形集砂腔內(nèi)，在集砂腔上方設有溢流口，當液體儲存到溢流位置時由溢流口排出，結(jié)構(gòu)如圖1所示。當需要排砂時，切斷進氣口氣流，打開排氣管線上放空閥及排砂口閥1排砂管2-集砂腔門后，固體砂粒及少量液體在自重作用下排出。為3-耳式支座4-旋流段防止砂礫沖擊磨損器壁，在天然氣進口磨損最嚴重5-上法蘭6-頂部法蘭的地方，采用了耐磨陶瓷襯里。7-溢流管圖1氣井旋流除砂裝置該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝運輸，當一口氣井出砂完畢后可以直接拉運到其他氣井重復使用
6、；設備內(nèi)部無旋流件，依靠入口傾角（接管與地面成27度夾角）將氣流變成切向向下的旋轉(zhuǎn)流，旋轉(zhuǎn)流在除砂器圓柱腔完成離心分離過程；集砂裝置直接設計在圓柱腔下部，減少了專用集砂筒。該設備的不足之處為無法根據(jù)介質(zhì)流量和分級粒度調(diào)整旋轉(zhuǎn)流，除砂效率不穩(wěn)定。設備未開設洗砂口，砂礫及少量油污無法排凈。采用手動排砂，在井口壓力較大時，工人勞動強度較大。在放空、排砂過程中，介質(zhì)直接排放作者簡介：周平（1963-），男，四川成都人，教授級高工，主要從事天然氣處理與加工技術設計及管理工作。電話：（028）860187932到大氣，有一定安全隱患。裝置需兩臺設備并聯(lián)，一用一備保證井口連
7、續(xù)正常作業(yè)。1.2超高壓旋流除砂器武漢海王研發(fā)的超高壓旋流除砂裝置具有油、氣、水、砂多相分離功能，433最大處理氣量99×10m/d，處理液量365m/d，分級粒度0.1mm，最高工作壓力140Mpa，工作溫度-29℃—121℃，允許最大壓降0.5Mpa。該裝置將兩臺超高壓旋流除砂裝置安裝固定在框架中，可在非除砂工況、單級除砂工況、雙級除砂工況使用。超高壓旋流除砂器由端蓋、除砂筒、集砂筒、排砂管，旋流筒、防沖筒和卡箍等組成，如圖2所示。除砂筒上、下錯位布置井流進口和出口，除砂筒內(nèi)腔嵌置防沖筒和旋流筒，旋流筒內(nèi)壁涂覆耐磨陶瓷層。在除砂作業(yè)時，井流切向射入旋流筒，
8、在離心力作用下實現(xiàn)旋流分離。除砂后的井
