分離器改進(jìn)技術(shù)研究

摘要：本文針對(duì)井流物油氣比高和凝析油的特點(diǎn)，通過采用一系列新型高效分離元件，并開孔補(bǔ)強(qiáng)方面進(jìn)行了技術(shù)研究，不僅分離效果完全達(dá)到所要求的技術(shù)性能指標(biāo)，而且有效地保證了高壓容器的安全可靠運(yùn)行，對(duì)凝析氣田的開發(fā)利用起到了重要作用。

關(guān)鍵詞：高壓凝析氣分離器;開孔補(bǔ)強(qiáng)。

一 前言

牙哈凝析氣田位于新疆維吾爾自治區(qū)庫(kù)車縣境內(nèi)，其油藏流體類型復(fù)雜、埋藏深（5000m以上）、地層壓力高（50MPa），是特殊類型的油氣藏，開發(fā)難度大，技術(shù)含量高，是目前已開發(fā)的國(guó)內(nèi)最大的、唯一的高壓、高產(chǎn)凝析氣田，是第一個(gè)采用循環(huán)注氣部分保持地層壓力開采的整裝凝析氣田，凝析氣集輸處理規(guī)模為320×104m3/d，凝析油處理和外輸能力為50×104 t3/a，其注氣量（300×104m3/d）和注氣設(shè)計(jì)壓力（52MPa）也都創(chuàng)下了國(guó)內(nèi)外之最，要開發(fā)建設(shè)好這樣的凝析氣田，需要解決一系列技術(shù)難題。由于井口壓力高，凝析油產(chǎn)量大，油氣比高，而凝析油具有“三低兩高”即低密度、低黏度、低含硫、高含蠟、高凝固點(diǎn)的特點(diǎn)，使得與之配套的關(guān)鍵設(shè)備—計(jì)量、生產(chǎn)分離器壓力很高，設(shè)計(jì)壓力達(dá)12.6 MPa，屬高壓容器，而高壓容器在選材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收等方面要求非常高，需要解決很多技術(shù)難題才能滿足要求，而且結(jié)構(gòu)上采用一般油田常規(guī)的分離元件，達(dá)不到理想的分離效果。因此要實(shí)現(xiàn)地面復(fù)雜工藝技術(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于高壓凝析氣分離器的成功研制上，其核心問題是分離元件的研制和材料的創(chuàng)新。

二、分離器現(xiàn)狀

在遼河油田的地面集輸工藝中，計(jì)量、生產(chǎn)分離器的壓力一般為0.6 MPa、1.6 MPa和2.5 MPa三個(gè)壓力等級(jí)，極少數(shù)壓力為4.0 MPa，屬中低壓容器，其常用的規(guī)格已成為定型設(shè)備，其適用的常規(guī)分離元件，分離效果比較好，技術(shù)基本成熟，主要材料也是采用市場(chǎng)上用量最大的容器用鋼Q235B和Q345R，板厚為中薄板。而設(shè)計(jì)壓力達(dá)12.6MPa的高壓容器，若殼體材料選用常規(guī)Q345R鋼板，殼體壁厚達(dá)到70mm，由于軋制原因常規(guī)的厚板質(zhì)量往往不如中薄板，加之厚板焊接坡口深，熔覆金屬量大，焊接接頭處組織不細(xì)致，晶格非常復(fù)雜，是容器的薄弱環(huán)節(jié)，尤其是焊縫熱影響區(qū)由于母材被熔化，重要的合金元素未能得到有效補(bǔ)充，是焊接接頭最薄弱環(huán)節(jié)，焊接接頭處的韌性儲(chǔ)備下降;另外，高壓容器的應(yīng)力狀態(tài)是三向應(yīng)力狀態(tài)，且周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力沿壁厚的分布是不均勻的，它不同于中低壓容器的沿壁厚方向均勻分布的兩向應(yīng)力狀態(tài)，二者計(jì)算模型和失效形式也有很大區(qū)別，因此高壓容器在選材時(shí)對(duì)材料的塑性和韌性（包括斷裂韌性）指標(biāo)以及焊接工藝性等要求較高。常規(guī)Q345R鋼板很難保證上述要求，若選用單層厚壁用低合金高強(qiáng)鋼13MnNiMoNbR，則殼體厚度雖可減薄，但其價(jià)格卻比前者高3倍還多，整臺(tái)設(shè)備造價(jià)太高，所以如何找到一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的單層厚壁容器用鋼是高壓凝析氣分離器的研制的關(guān)鍵。

三、主要技術(shù)問題

高壓凝析氣分離器的研制需要解決以下問題：

1、高效新型分離元件的研制

針對(duì)井流物油氣比高和凝析油“三低兩高”的特點(diǎn)，采用一般油田常規(guī)的分離元件，達(dá)不到理想的分離效果，因此高壓容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須綜合考慮分離器各段的分離特點(diǎn)，篩選出最佳方案，取得最好的分離效果。

2、主要材料的選擇

高壓容器壁厚較厚，常規(guī)技術(shù)要求的Q345R材料難以保證厚板的質(zhì)量，而選用低合金高強(qiáng)鋼13MnNiMoNbR，價(jià)格太高，也太浪費(fèi)，必須尋求厚度方向性能指標(biāo)高于Q345R的新材料。

3、開孔補(bǔ)強(qiáng)研究

由于高壓容器應(yīng)力狀態(tài)的不同，常規(guī)的開孔補(bǔ)強(qiáng)方法已不適用，必須研究在相應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)下的安全可靠的開孔補(bǔ)強(qiáng)方法。

4 方案確定

針對(duì)上述技術(shù)問題，課題組進(jìn)行了大量的調(diào)查研究，文獻(xiàn)檢索，并與國(guó)內(nèi)多家高壓容器設(shè)計(jì)、制造單位進(jìn)行了技術(shù)交流，了解最新的技術(shù)動(dòng)態(tài)，對(duì)現(xiàn)狀有了清楚的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，課題組制定了多種方案，經(jīng)過方案評(píng)審后確定了優(yōu)選方案：第一，分離元件：入口采用新型“捕鼠器”式的動(dòng)能吸收器進(jìn)行初分離，沉降段采用了國(guó)家科技攻關(guān)課題-油氣水分離處理成套裝置中開發(fā)的高效聚結(jié)元件PERFORMAX（改進(jìn)型）板，捕霧段采用不銹鋼絲網(wǎng)除霧器;第二，開孔補(bǔ)強(qiáng)采用密集補(bǔ)強(qiáng)方法;第三，尋找到Q345R（正火）這一綜合機(jī)械性能優(yōu)于Q345R的鋼種。該方案得到了工藝專業(yè)和業(yè)主的認(rèn)可。

5 開孔補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)研究

為滿足工藝操作、容器制造、安裝、檢驗(yàn)及維修等要求，在壓力容器上開孔是不可避免的。容器開孔后，一方面由于器壁承受載荷截面被削弱，引起局部應(yīng)力的增加和容器承載能力的減弱;另一方面，器壁開孔和接管也破壞了容器原有結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，在工藝操作條件下，接管處將產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力，開孔邊緣會(huì)出現(xiàn)很高的應(yīng)力集中，形成了壓力容器的薄弱環(huán)節(jié)。因此，設(shè)計(jì)上必須對(duì)開孔采取有效的補(bǔ)強(qiáng)措施，使被削弱的部分得以補(bǔ)償。可見密集補(bǔ)強(qiáng)法無論從受力，還是殼體厚度上都比等面積補(bǔ)強(qiáng)法優(yōu)越得多，它將補(bǔ)強(qiáng)面積集中在應(yīng)力最高點(diǎn)，充分利用補(bǔ)強(qiáng)面積，使補(bǔ)強(qiáng)更經(jīng)濟(jì)、合理，使殼體厚度減薄，減少投資。

四、結(jié)論

高壓凝析氣分離器的研制和成功運(yùn)用，驗(yàn)證了整臺(tái)設(shè)備的安全可靠性和高效的分離效果，為塔里木油田分公司上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)起到了重要作用，總體技術(shù)水平達(dá)到國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平，國(guó)外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。該項(xiàng)目獲2007年度石油天然氣集團(tuán)公司優(yōu)秀設(shè)計(jì)獎(jiǎng)、2008年國(guó)家優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)金獎(jiǎng)。

作者簡(jiǎn)介：

錢媛（1980-）女，漢，遼寧盤錦人，中油遼河工程有限公司，工程師，本科學(xué)歷，現(xiàn)從事化工設(shè)備與機(jī)械設(shè)計(jì)工作。