氣體鉆井的氣體凈化裝置

■ 于 波

氣體鉆井是目前鉆速最快、最經(jīng)濟的鉆井方式之一，具有泥漿鉆井所不具備的諸多優(yōu)點。氣體鉆井服務過程中，氣源中未能分離的液態(tài)油水、輸送管路中的鐵銹和管線安裝時意外進入的泥砂等固體顆粒，如果不及時清除，一旦進入增壓機，將會導致增壓機進氣過濾器堵塞、氣缸高溫、缸頭斷裂、拉缸、氣閥組件和活塞環(huán)損傷等現(xiàn)象，對增壓機造成損壞，明顯增加設備運行和維修成本。增壓機損壞后，將進行停氣操作，處理不當將導致卡鉆等井下復雜情況，影響氣體鉆井的安全實施，同時增加氣體鉆井成本。因此，研制一種氣體凈化裝置，除去增壓機氣源中的液、固相雜質，對于保證氣體鉆井增壓設備的可靠性和氣體鉆井高效、安全的實施，已成為一項迫切的任務。

氣體凈化裝置設計與分析

（1）根據(jù)氣體鉆井增壓機的工作原理、結構特點、調試參數(shù)以及氣體凈化裝置的使用環(huán)境，提出了氣體凈化裝置的設計要求和技術指標：額定工作壓力2.4MPa；額定壓降≤0.1MPa；額定氣體處理量60～180Nm3/min；額定凈化溫度100℃；分離效率≥99%；過濾精度（簡稱過濾度，即以微米級顆粒計數(shù)的過濾效率）≤10μm。

（2）對氣體凈化方法和凈化設備進行了調研與分析，提出了旋風分離+擋板分離+濾芯過濾分離的三級凈化方案。

（3）壓縮空氣過濾器的選型與設計。對壓縮空氣過濾器的特點、濾芯材質，使用場合、過濾效率、經(jīng)濟性和使用壽命進行了分析，完成了濾芯選型與設計：濾芯數(shù)量為10只(每個分離罐內(nèi)5只)；濾芯材質為燒結不銹鋼絲氈；單只濾芯的過濾能力為：額定處理量25Nm3/min；過濾精度10μm；過濾效率>99.5%；初始壓力降<500Pa；終了壓力降7000Pa；工作壽命（連續(xù)工作時間）>6000h。

（4）旋風分離器的設計。結構參數(shù)設計上，分析了旋風分離器的主要結構形式，完成了筒錐形標準旋風分離器的結構設計；旋風分離器的壓降及分離效率計算，選擇Stairmand模型和Barth模型分別對旋風分離器進行壓降計算和分離效率計算，當氣體流量為90 Nm3/min時壓降6064Pa，顆粒直徑為10μm時的分級效率為99.6%，達到了凈化裝置初級凈化的設計要求。

裝置樣機

氣體凈化裝置是兩個并聯(lián)的分離罐，該裝置結構緊湊，分離效率高，有壓差指示、安全泄壓、手自動排污等功能，其布置圖如圖1所示，主要技術性能見表2。

圖2 氣體凈化裝置布置圖

表2 氣體鉆井氣體凈化裝置的主要技術性能

該裝置實現(xiàn)了以下目標：(1)氣體凈化裝置具有強制旋風分離+擋板分離+濾芯過濾分離的三級凈化能力；（2）氣體凈化裝置具有壓差指示、安全泄壓、手自動排污的功能；（3）并列的雙分離罐配置，增加了氣體凈化裝置對不同氣量的分離效果，具有更強的現(xiàn)場適應性，可以滿足增壓機進氣質量要求，減少因油水和固體顆粒雜質引起的增壓機組的維護次數(shù)和故障損失，減少因為停氣導致的卡鉆等井下復雜情況，為氣體鉆井的安全順利實施提供保障。