井場過濾分離器拉桿彎折原因分析及對策研究

王文權(quán)，張青慶，劉玉剛

（中石油東部管道有限公司，上海 200000）

井場過濾分離器拉桿彎折原因分析及對策研究

王文權(quán)，張青慶，劉玉剛

（中石油東部管道有限公司，上海 200000）

為了降低金壇鹽穴儲氣庫井場過濾分離器拉桿的故障率，提高設(shè)備可靠性，通過對現(xiàn)場的故障現(xiàn)象進行描述分析，以及對鹽穴儲氣庫的氣質(zhì)特點和運行情況進行深入研究，提出了造成拉桿發(fā)生故障的原因，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況對改進對策進行了研究，認為氣體含液量大、雜質(zhì)多和氣體流速過快是導(dǎo)致拉桿發(fā)生彎折的根本原因，且目前對于降低金壇鹽穴儲氣庫井場過濾分離器拉桿故障率的有效方法中僅有放大濾芯精度和提高濾芯更換頻次兩項改進對策是可行性最高的，另外，亦可通過嘗試研制一種無拉桿式的新濾芯來解決此故障。

鹽穴儲氣庫；過濾分離器；拉桿彎折；對策研究

儲氣庫的地面配套工藝共分為注氣路和采氣路兩大部分，注氣路的主要配套設(shè)備為壓縮機等，用于將氣體增壓并注入地下腔體貯存，采氣路的主要配套設(shè)備有過濾分離器、脫水裝置、調(diào)壓撬等，用于對井下采出氣體進行凈化和降壓并輸送給下游用戶。為了保證下游用戶及工藝區(qū)的氣質(zhì)，作為對采出氣體進行首次過濾分離的井場過濾分離器就顯得尤為重要，自投產(chǎn)以來，井場過濾分離器偶有發(fā)生過濾分離器內(nèi)部的拉桿彎折的情況，導(dǎo)致濾芯無法更換，只能停井待修，使對應(yīng)井的首道過濾功能喪失，而該配件需由廠家加工定做，采購周期長，嚴重影響了正常的生產(chǎn)計劃。本文結(jié)合鹽穴儲氣庫的特點，從采氣氣質(zhì)、氣體流速、過濾分離器及濾芯性能等方面進行分析，對導(dǎo)致拉桿彎折的根本原因和改進對策進行研究，提出合理化建議，以期避免此類故障的再次發(fā)生，節(jié)約維修成本。

1 故障現(xiàn)象

根據(jù)下游用戶在不同季節(jié)對天然氣的需求，一般每年夏、冬之前就會開始執(zhí)行采氣任務(wù)，整個采氣流程（見圖1），現(xiàn)場操作人員根據(jù)任務(wù)要求到現(xiàn)場開井并調(diào)節(jié)流量，氣體隨即從井底采出經(jīng)過井場過濾分離器去往下游工藝區(qū)和用戶。

圖1 鹽穴儲氣庫采氣流程圖

從圖1中可以看出，井場過濾分離器是儲氣庫采氣流程中的一級過濾系統(tǒng)，對井下采出氣體執(zhí)行首次過濾任務(wù)，為下游工藝區(qū)的精細過濾減輕壓力，保證用戶氣質(zhì)的潔凈度，若井場過濾分離器發(fā)生故障，一旦需要應(yīng)急采氣，則只有一道旋流分離器作為過濾系統(tǒng)，難于保證用戶氣質(zhì)的潔凈度，可見井場過濾分離器的重要性。

目前，根據(jù)金壇鹽穴儲氣庫的設(shè)計及實際運行情況，采出氣體進出過濾分離器壓力最高不超過10 MPa，且標況下流量不超過2 000 m3/h，自投產(chǎn)以來運行情況基本正常，但近兩年卻偶有發(fā)生過濾分離器內(nèi)的拉桿彎折的情況（見圖2）。拉桿是用來支撐過濾分離器濾芯的金屬桿，其彎折后會導(dǎo)致新濾芯無法更換安裝，只能停井待修，而該拉桿需由廠家加工定做，采購周期長，嚴重影響正常的生產(chǎn)計劃，此問題亟待分析和解決。

圖2 井場過濾分離器拉桿彎折情況

2 原因分析

通過現(xiàn)場對井場過濾分離器的打開和查看，對彎折的拉桿進行分析，發(fā)現(xiàn)拉桿彎折的方向大體一致，均由氣體流向的上游指向下游，且大部分濾芯的頂端處被撕開一個大洞（見圖3），顯然是巨大的壓力沖擊導(dǎo)致拉桿和濾芯無法承受，所以才發(fā)生了這一現(xiàn)象。根據(jù)鹽穴儲氣庫自身的特點，引起這一項現(xiàn)象的主要原因應(yīng)歸于以下兩個方面：

圖3 濾芯頂端損壞情況

2.1 采出氣體含液量大、雜質(zhì)多

鹽穴儲氣庫的溶腔過程就是將淡水以一定的速率注入到地下鹽層中，使鹽巖溶解于淡水形成鹵水并排出給鹽企處理，從而使地下鹽層形成一定形狀的腔體或鹽穴的過程[3]。溶腔工程結(jié)束后，會殘存大量的飽和鹵水在腔體內(nèi)無法排除，當腔體投入生產(chǎn)進行采氣后，采出氣體中就會攜帶大量液體，并伴有一定量的雜質(zhì)和污泥等，這給濾芯的過濾能力造成較大負擔，沉積在濾芯上的顆粒會導(dǎo)致濾芯的通過能力在短期內(nèi)急速下降。在氣體流速不變的情況下，濾芯的通過能力越差，則拉桿承受的壓力越大，當達到極限時，濾芯就會發(fā)生破損，拉桿就會發(fā)生彎折。

排除標準：（1）排除嚴重肝、腎功能不全的患者；（2）排除嚴重心律不齊、心動房顫的患者；（3）排除傳染性、血液疾病。

2.2 采出氣體流速過快

由于鹽穴儲氣庫腔體形狀類似于一個梨形空洞，穩(wěn)定性較好，不會發(fā)生由于井底壓力變化而導(dǎo)致的儲層條件變差或井底污染，允許短時間內(nèi)壓力大幅下降，所以鹽穴儲氣庫可實現(xiàn)單井全開采氣，短期內(nèi)可大量采氣，氣量大且流速高，這也是鹽穴儲氣庫調(diào)峰作用顯著的最大特點之一。然而在氣液比一定的情況下，氣液混合物流速越大，則單位時間內(nèi)濾芯的分離負荷越重[4-6]，隨著濾芯的過濾性能越來越低，拉桿所承受的壓力就會越來越高，當達到極限時，拉桿就會發(fā)生彎折。

3 改進對策研究

由于鹽穴儲氣庫的采氣氣質(zhì)及工藝的獨特性，井場過濾分離器的拉桿彎折雖是偶有發(fā)生，亦是必然現(xiàn)象。為減少此類故障的發(fā)生，本文根據(jù)鹽穴儲氣庫整個生產(chǎn)運行的特點，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對相應(yīng)的改進措施及可行性進行了詳細的分析和研究。

3.1 增大過濾分離器體積

此項改進理論上可增大氣體在過濾分離器內(nèi)停留的時間，相當于降低氣體流速，然而這一改進需要將原設(shè)備拆除，更換新設(shè)備，造價昂貴，經(jīng)濟可行性較低。

3.2 提高拉桿強度

由于鹽穴儲氣庫的采出氣體含液量大及氣體流速快，若拉桿自身的承壓能力相應(yīng)提高，亦可減少拉桿發(fā)生彎折的情況。然而該配件是與原過濾分離器配套的金屬桿，若從材質(zhì)上對其進行加粗加厚處理，必須將過濾分離器本體上的連接螺紋大小動焊改造，施工難度大，后期檢測成本高，固此方法可行性較低。

3.3 放大濾芯精度

此項改進措施可以在一定程度上提高井下采出氣體在過濾分離器中的通過能力，以保證短時間內(nèi)濾芯的通過性能不會驟然下降，避免濾芯堵塞而被刺破的情況發(fā)生。只要保證了采出氣體在濾芯前后的有效流通，濾芯本身就不會形成過大的壓差，這也就在一定程度上緩解了對拉桿造成的壓力。該項改進措施亦會導(dǎo)致井場過濾分離器的過濾分離效果有一定程度的下降，但考慮到儲氣庫主要以調(diào)峰采氣為主，應(yīng)急采氣極少，下游站場內(nèi)還有旋流分離器和過濾分離器對采出氣體進行過濾，所以可以接受井場過濾分離器的過濾能力在一定程度內(nèi)的降低，該項改進措施可行性較高。

3.4 在過濾分離器前串聯(lián)旋流分離器

該改進措施是在井場過濾分離器前再串聯(lián)一個旋流分離器進行過濾分離，將水和部分雜質(zhì)通過旋流分離器先行過濾一遍，再通過該過濾分離器進行過濾。該改進措施是解決過濾分離器拉桿彎折問題的最有效方法，但由于加裝設(shè)備昂貴，且已建井場設(shè)計之初未考慮預(yù)留場地，后續(xù)征地問題繁瑣，該改進措施可行性較低。

3.5 提高濾芯更換頻次

對于鹽穴儲氣庫而言，井下采出氣體雖比油田氣井采出氣體干凈，但其含液量高，并伴有一定量的雜質(zhì)和污泥，遠不能與干線氣質(zhì)的潔凈度相比，對于濾芯的更換頻次自然要提高，尤其是在經(jīng)過一輪次采氣之后，濾芯本身已沾滿污泥和雜質(zhì)，若直接進行下一輪采氣，則很容易發(fā)生氣流刺破濾芯的情況，而濾芯被刺破前的瞬間高壓更是會直接導(dǎo)致拉桿發(fā)生彎折。根據(jù)經(jīng)驗，推薦每采氣一輪次更換一次濾芯，且濾芯本身為低值易耗品，成本較低，該改進措施可行性較高。

3.6 根據(jù)故障情況研制新濾芯

該改進措施是針對目前的故障情況進行一種無拉桿式的新濾芯研制，要求新濾芯的骨架強度更高、通過能力更強，以至于濾芯不會發(fā)生破損及彎折。然而此項改進措施所研制的新濾芯勢必會降低對采出氣體的過濾效果，但又必需滿足下游工藝區(qū)對氣質(zhì)的要求，目前市場并無此類濾芯，需依據(jù)實際情況進行研發(fā)制作。雖然該改進措施具有較大難度，但研制費用低廉，可以一試，該項改進措施可行性較高。

4 總結(jié)及認識

本文通過對鹽穴儲氣庫的特點進行分析，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況對井場過濾分離器拉桿彎折原因和改進對策進行了研究，主要有以下兩點認識：

（1）根據(jù)鹽穴儲氣庫的特點，井場過濾分離器拉桿彎折的原因主要是采出氣體含液量大、雜質(zhì)多和氣體流速過快導(dǎo)致的，過濾分離器的作用歸根結(jié)底是要讓氣體通過濾芯并得到過濾，如果氣體含液量過大、雜質(zhì)過多或者氣體流速過快就會導(dǎo)致濾芯通過能力下降，進而損毀濾芯，導(dǎo)致拉桿發(fā)生彎折。

（2）目前，降低金壇鹽穴儲氣庫井場過濾分離器拉桿彎折率的改進對策主要有增大過濾分離器體積、提高拉桿強度、放大濾芯精度、在過濾分離器前串聯(lián)旋流分離器、提高濾芯更換頻次等。然而從經(jīng)濟性和功能性的角度出發(fā)，現(xiàn)場僅有放大濾芯精度、提高濾芯更換頻次兩項改進對策可行性較高；另外，根據(jù)故障情況研制新濾芯的費用低廉，如能研制成功，亦可解決當前故障，固可行性較高。

［1］ Arlington，Virginia.Survey of Underground Storage of Natural Gas in the United States and Canada［J］.American Gas Association，1996.

［2］ 何愛國.鹽穴儲氣庫建庫技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2004，24（9）：122-125.

［3］ 趙志成，朱維耀，等.鹽穴儲氣庫水溶建腔機理研究［J］.石油勘探與開發(fā)，2003，30（5）：107-109.

［4］ 王文權(quán)，楊海軍，等.鹽穴儲氣庫溶腔排量對排鹵濃度及腔體形態(tài)的影響［J］.油氣儲運，2015，34（2）：175-179.

［5］ 李龍，王文權(quán).鹽穴儲氣庫造腔跟蹤分析方法應(yīng)用研究［J］.石油化工應(yīng)用，2015，34（7）：37-40.

［6］ 張遠君.兩相流體動力學基礎(chǔ)理論及工程應(yīng)用［M］.北京：北京航空學院出版社，1987：386-481.

［7］ 李玉星，馮叔初.管道內(nèi)天然氣水合物形成的判斷方法［J］.天然氣工業(yè)，1999，19（2）：116-119.

［8］ 劉志成，羅媛媛，等.脫水裝置入口過濾分離器使用效果分析［J］.油氣加工，2011，30（2）：27-31.

浙江油田刷新頁巖氣水平井水平段最長紀錄

4月26日，浙江油田公司昭通頁巖氣示范區(qū)YS108H20-3井順利完鉆。該井完鉆井深5 071米，水平段長2 411米，優(yōu)質(zhì)頁巖儲層鉆遇率100%，刷新了國內(nèi)頁巖氣水平井水平段最長紀錄。

YS108H20-3井是浙江油田公司部署在四川臺坳川南低陡褶帶一口水平井，原設(shè)計水平段長2 000米，目的層系為下古生界志留系龍馬溪組—奧陶系五峰組頁巖氣儲層，由長城鉆探工程公司負責鉆井施工。

4月10日，在該井順利完成原設(shè)計的2 000米水平段鉆井任務(wù)、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)頁巖儲層鉆遇率100%后，浙江油田公司經(jīng)過充分論證，認為該井井筒完整性良好，井下安全正常，地震資料顯示后續(xù)地層連續(xù)性好，三維地質(zhì)模型預(yù)測后續(xù)目的層TOC含量高，具備探索2 000米以上水平段鉆井新工藝的條件，決定延伸水平段長度411米，確保實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)儲量的最大動用。

此次YS108H20-3井所創(chuàng)紀錄，標志著我國頁巖氣鉆井工藝日漸成熟，為浙江油田充分動用地下優(yōu)質(zhì)資源儲量、持續(xù)擴大產(chǎn)建規(guī)模奠定了堅實基礎(chǔ)，也為國內(nèi)今后頁巖氣2 000米以上水平段鉆井工程積累了寶貴經(jīng)驗。

（摘自中國石油新聞中心2017-05-05）

Well site filter separator pull rod bending reason analysis and countermeasure research

WANG Wenquan，ZHANG Qingqing，LIU Yugang
（PetroChina Eastern Pipeline Co.，Ltd.，Shanghai 200000，China）

In order to reduce the Jintan salt cavity gas storage well site filter separator rod failure rate and improve equipment reliability,according to the operation and characteristics of the salt cavity gas storage for the reason of the rod bending are analyzed,combining actual situation on site to improvement measures were studied,think containing large amount of fluid and gas impurity and gas flow rate is too fast lead to the root cause of the rod bending. Currently only amplified filter precision and improve the filter replacement frequency is the highest in feasibility,in addition,we can also try to develop a new type of filter to solve the problem.

salt-cavern gas storage；filter separator；pull rod bending；countermeasure research

TE822

A

1673-5285（2017）05-0026-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.05.006

2017－03-30

中石油東部管道有限公司科技創(chuàng)新基金項目，項目編號：201705。

王文權(quán)（1987-），工程師，碩士研究生，畢業(yè)于中國石油大學（北京）石油工程學院石油與天然氣工程專業(yè)，現(xiàn)在中國石油西氣東輸管道公司儲氣庫管理處，從事地面配套機械設(shè)備管理工作，郵箱：wenquan-wang@163.com。