天然气井口旋流除砂器的应用探讨

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1、天然气井口旋流除砂器的应用探讨刘长艳028-6018963（四川四维工程设计有限公司，成都，610051）摘要：天然气井出砂问题日趋严重，在天然气井口安装除砂器，可保证井口下游地面设备正常运行。旋流除砂器用于井口除砂，占地面积小、安装方便、运行费用低、使用方便灵活，能够连续、可靠地完成分离任务。本文对我国现有气井旋流除砂装置、超高压旋流除砂装置、强制流式天然气井口除砂器以及国外典型井口除砂器的应用现状及特点进行了探讨，指出了天然气井口除砂器应向高压、高效、环保、稳定、自动化方向发展。关键词：天然气井口；除砂；旋流除砂器引言随着我国天然气田开采不断深入，气井出砂

2、问题日趋严重，对地面集输及处理系统造成了很大的危害。如引起下游管线、节流管汇、三相分离器、加热炉等地面设备堵塞、腐蚀，增加设备、管线清砂和维修工作量，危害人体健康，污染环境等一系列问题。在天然气井口安装除砂器，有效地除去天然气中砂砾，将能很好地保护下游设备。但是，由于井口压力高，介质复杂，流体多变，井口除砂比集气站、计量站，接转站除砂更困难。井口除砂器通常要服务于多口井，多个气田，各个气田甚至同一气田的不同井之间出砂浓度，砂砾尺寸都不尽相同，井口除砂器操作条件及使用性能上应更具有广泛适应性[1]。旋流分离技术由于其设备结构简单、占用空间较小、成本低、维护简单、

3、能耗低且高效、环保，在工作过程中能够灵活、连续、可靠地完成分离任务，具备一定的自动性和稳定性，因而日益引起国际石油工程技术界的广泛关注[2]。目前，井口除砂器在陆上和海上已经安装有100多台，设计压力等级从ANSIClass150到API6A20Kpsi不等，在重油井、凝析油井、高压井、以及气井中广泛采用[3]。我国从上世纪90年代才开始接触旋流设备，国内多个高校及研究院所进行了文献收集、基础理论研究、新型设备开发等工作，并己经取得了一些成绩。但是，目前国内用于天然气井口除砂的设备还鲜有报道，用于作者简介：周平（1963-），男，四川成都人，教授级高工，主要从

4、事天然气处理与加工技术设计及管理工作。电话：（028）860187931井口的除砂设备种类较多，但差异较大，所以有必要对国内外天然气井口除砂器应现状进行总结分析，找出我国现有天然气除砂器的优缺点，为下一步天然气除砂器的设计研究提供方向。1国内天然气井口旋流除砂设备应用现状1.1气井旋流除砂器新疆石油勘察设计研究院研发的气井旋流除43砂装置处理气量5-15×10m/d，处理液量10-603m/d，设计压力42Mpa,设计温度-10℃—40℃，对粒径大于54μm砂粒脱除率≥90%。装置采用橇装化设计，将两台天然气除砂器以及阀门管件等设备组成一体。该类型除砂器通过耳

5、式支座固定在撬体上，气体由斜切接管进入，在除砂器旋流段圆柱腔完成固液气三相分离，分离后气体由顶部法兰流出，固体砂砾落入除砂器下部锥形集砂腔内，在集砂腔上方设有溢流口，当液体储存到溢流位置时由溢流口排出，结构如图1所示。当需要排砂时，切断进气口气流，打开排气管线上放空阀及排砂口阀1排砂管2-集砂腔门后，固体砂粒及少量液体在自重作用下排出。为3-耳式支座4-旋流段防止砂砾冲击磨损器壁，在天然气进口磨损最严重5-上法兰6-顶部法兰的地方，采用了耐磨陶瓷衬里。7-溢流管图1气井旋流除砂装置该装置结构紧凑，易于安装运输，当一口气井出砂完毕后可以直接拉运到其他气井重复使用

6、；设备内部无旋流件，依靠入口倾角（接管与地面成27度夹角）将气流变成切向向下的旋转流，旋转流在除砂器圆柱腔完成离心分离过程；集砂装置直接设计在圆柱腔下部，减少了专用集砂筒。该设备的不足之处为无法根据介质流量和分级粒度调整旋转流，除砂效率不稳定。设备未开设洗砂口，砂砾及少量油污无法排净。采用手动排砂，在井口压力较大时，工人劳动强度较大。在放空、排砂过程中，介质直接排放作者简介：周平（1963-），男，四川成都人，教授级高工，主要从事天然气处理与加工技术设计及管理工作。电话：（028）860187932到大气，有一定安全隐患。装置需两台设备并联，一用一备保证井口连

7、续正常作业。1.2超高压旋流除砂器武汉海王研发的超高压旋流除砂装置具有油、气、水、砂多相分离功能，433最大处理气量99×10m/d，处理液量365m/d，分级粒度0.1mm，最高工作压力140Mpa，工作温度-29℃—121℃，允许最大压降0.5Mpa。该装置将两台超高压旋流除砂装置安装固定在框架中，可在非除砂工况、单级除砂工况、双级除砂工况使用。超高压旋流除砂器由端盖、除砂筒、集砂筒、排砂管，旋流筒、防冲筒和卡箍等组成，如图2所示。除砂筒上、下错位布置井流进口和出口，除砂筒内腔嵌置防冲筒和旋流筒，旋流筒内壁涂覆耐磨陶瓷层。在除砂作业时，井流切向射入旋流筒，

8、在离心力作用下实现旋流分离。除砂后的井