井场过滤分离器拉杆弯折原因分析及对策研究

王文权，张青庆，刘玉刚

（中石油东部管道有限公司，上海 200000）

井场过滤分离器拉杆弯折原因分析及对策研究

王文权，张青庆，刘玉刚

（中石油东部管道有限公司，上海 200000）

为了降低金坛盐穴储气库井场过滤分离器拉杆的故障率，提高设备可靠性，通过对现场的故障现象进行描述分析，以及对盐穴储气库的气质特点和运行情况进行深入研究，提出了造成拉杆发生故障的原因，并结合现场实际情况对改进对策进行了研究，认为气体含液量大、杂质多和气体流速过快是导致拉杆发生弯折的根本原因，且目前对于降低金坛盐穴储气库井场过滤分离器拉杆故障率的有效方法中仅有放大滤芯精度和提高滤芯更换频次两项改进对策是可行性最高的，另外，亦可通过尝试研制一种无拉杆式的新滤芯来解决此故障。

盐穴储气库；过滤分离器；拉杆弯折；对策研究

储气库的地面配套工艺共分为注气路和采气路两大部分，注气路的主要配套设备为压缩机等，用于将气体增压并注入地下腔体贮存，采气路的主要配套设备有过滤分离器、脱水装置、调压撬等，用于对井下采出气体进行净化和降压并输送给下游用户。为了保证下游用户及工艺区的气质，作为对采出气体进行首次过滤分离的井场过滤分离器就显得尤为重要，自投产以来，井场过滤分离器偶有发生过滤分离器内部的拉杆弯折的情况，导致滤芯无法更换，只能停井待修，使对应井的首道过滤功能丧失，而该配件需由厂家加工定做，采购周期长，严重影响了正常的生产计划。本文结合盐穴储气库的特点，从采气气质、气体流速、过滤分离器及滤芯性能等方面进行分析，对导致拉杆弯折的根本原因和改进对策进行研究，提出合理化建议，以期避免此类故障的再次发生，节约维修成本。

1 故障现象

根据下游用户在不同季节对天然气的需求，一般每年夏、冬之前就会开始执行采气任务，整个采气流程（见图1），现场操作人员根据任务要求到现场开井并调节流量，气体随即从井底采出经过井场过滤分离器去往下游工艺区和用户。

图1 盐穴储气库采气流程图

从图1中可以看出，井场过滤分离器是储气库采气流程中的一级过滤系统，对井下采出气体执行首次过滤任务，为下游工艺区的精细过滤减轻压力，保证用户气质的洁净度，若井场过滤分离器发生故障，一旦需要应急采气，则只有一道旋流分离器作为过滤系统，难于保证用户气质的洁净度，可见井场过滤分离器的重要性。

目前，根据金坛盐穴储气库的设计及实际运行情况，采出气体进出过滤分离器压力最高不超过10 MPa，且标况下流量不超过2 000 m3/h，自投产以来运行情况基本正常，但近两年却偶有发生过滤分离器内的拉杆弯折的情况（见图2）。拉杆是用来支撑过滤分离器滤芯的金属杆，其弯折后会导致新滤芯无法更换安装，只能停井待修，而该拉杆需由厂家加工定做，采购周期长，严重影响正常的生产计划，此问题亟待分析和解决。

图2 井场过滤分离器拉杆弯折情况

2 原因分析

通过现场对井场过滤分离器的打开和查看，对弯折的拉杆进行分析，发现拉杆弯折的方向大体一致，均由气体流向的上游指向下游，且大部分滤芯的顶端处被撕开一个大洞（见图3），显然是巨大的压力冲击导致拉杆和滤芯无法承受，所以才发生了这一现象。根据盐穴储气库自身的特点，引起这一项现象的主要原因应归于以下两个方面：

图3 滤芯顶端损坏情况

2.1 采出气体含液量大、杂质多

盐穴储气库的溶腔过程就是将淡水以一定的速率注入到地下盐层中，使盐岩溶解于淡水形成卤水并排出给盐企处理，从而使地下盐层形成一定形状的腔体或盐穴的过程[3]。溶腔工程结束后，会残存大量的饱和卤水在腔体内无法排除，当腔体投入生产进行采气后，采出气体中就会携带大量液体，并伴有一定量的杂质和污泥等，这给滤芯的过滤能力造成较大负担，沉积在滤芯上的颗粒会导致滤芯的通过能力在短期内急速下降。在气体流速不变的情况下，滤芯的通过能力越差，则拉杆承受的压力越大，当达到极限时，滤芯就会发生破损，拉杆就会发生弯折。

排除标准：（1）排除严重肝、肾功能不全的患者；（2）排除严重心律不齐、心动房颤的患者；（3）排除传染性、血液疾病。

2.2 采出气体流速过快

由于盐穴储气库腔体形状类似于一个梨形空洞，稳定性较好，不会发生由于井底压力变化而导致的储层条件变差或井底污染，允许短时间内压力大幅下降，所以盐穴储气库可实现单井全开采气，短期内可大量采气，气量大且流速高，这也是盐穴储气库调峰作用显著的最大特点之一。然而在气液比一定的情况下，气液混合物流速越大，则单位时间内滤芯的分离负荷越重[4-6]，随着滤芯的过滤性能越来越低，拉杆所承受的压力就会越来越高，当达到极限时，拉杆就会发生弯折。

3 改进对策研究

由于盐穴储气库的采气气质及工艺的独特性，井场过滤分离器的拉杆弯折虽是偶有发生，亦是必然现象。为减少此类故障的发生，本文根据盐穴储气库整个生产运行的特点，结合现场实际情况，对相应的改进措施及可行性进行了详细的分析和研究。

3.1 增大过滤分离器体积

此项改进理论上可增大气体在过滤分离器内停留的时间，相当于降低气体流速，然而这一改进需要将原设备拆除，更换新设备，造价昂贵，经济可行性较低。

3.2 提高拉杆强度

由于盐穴储气库的采出气体含液量大及气体流速快，若拉杆自身的承压能力相应提高，亦可减少拉杆发生弯折的情况。然而该配件是与原过滤分离器配套的金属杆，若从材质上对其进行加粗加厚处理，必须将过滤分离器本体上的连接螺纹大小动焊改造，施工难度大，后期检测成本高，固此方法可行性较低。

3.3 放大滤芯精度

此项改进措施可以在一定程度上提高井下采出气体在过滤分离器中的通过能力，以保证短时间内滤芯的通过性能不会骤然下降，避免滤芯堵塞而被刺破的情况发生。只要保证了采出气体在滤芯前后的有效流通，滤芯本身就不会形成过大的压差，这也就在一定程度上缓解了对拉杆造成的压力。该项改进措施亦会导致井场过滤分离器的过滤分离效果有一定程度的下降，但考虑到储气库主要以调峰采气为主，应急采气极少，下游站场内还有旋流分离器和过滤分离器对采出气体进行过滤，所以可以接受井场过滤分离器的过滤能力在一定程度内的降低，该项改进措施可行性较高。

3.4 在过滤分离器前串联旋流分离器

该改进措施是在井场过滤分离器前再串联一个旋流分离器进行过滤分离，将水和部分杂质通过旋流分离器先行过滤一遍，再通过该过滤分离器进行过滤。该改进措施是解决过滤分离器拉杆弯折问题的最有效方法，但由于加装设备昂贵，且已建井场设计之初未考虑预留场地，后续征地问题繁琐，该改进措施可行性较低。

3.5 提高滤芯更换频次

对于盐穴储气库而言，井下采出气体虽比油田气井采出气体干净，但其含液量高，并伴有一定量的杂质和污泥，远不能与干线气质的洁净度相比，对于滤芯的更换频次自然要提高，尤其是在经过一轮次采气之后，滤芯本身已沾满污泥和杂质，若直接进行下一轮采气，则很容易发生气流刺破滤芯的情况，而滤芯被刺破前的瞬间高压更是会直接导致拉杆发生弯折。根据经验，推荐每采气一轮次更换一次滤芯，且滤芯本身为低值易耗品，成本较低，该改进措施可行性较高。

3.6 根据故障情况研制新滤芯

该改进措施是针对目前的故障情况进行一种无拉杆式的新滤芯研制，要求新滤芯的骨架强度更高、通过能力更强，以至于滤芯不会发生破损及弯折。然而此项改进措施所研制的新滤芯势必会降低对采出气体的过滤效果，但又必需满足下游工艺区对气质的要求，目前市场并无此类滤芯，需依据实际情况进行研发制作。虽然该改进措施具有较大难度，但研制费用低廉，可以一试，该项改进措施可行性较高。

4 总结及认识

本文通过对盐穴储气库的特点进行分析，并结合现场实际情况对井场过滤分离器拉杆弯折原因和改进对策进行了研究，主要有以下两点认识：

（1）根据盐穴储气库的特点，井场过滤分离器拉杆弯折的原因主要是采出气体含液量大、杂质多和气体流速过快导致的，过滤分离器的作用归根结底是要让气体通过滤芯并得到过滤，如果气体含液量过大、杂质过多或者气体流速过快就会导致滤芯通过能力下降，进而损毁滤芯，导致拉杆发生弯折。

（2）目前，降低金坛盐穴储气库井场过滤分离器拉杆弯折率的改进对策主要有增大过滤分离器体积、提高拉杆强度、放大滤芯精度、在过滤分离器前串联旋流分离器、提高滤芯更换频次等。然而从经济性和功能性的角度出发，现场仅有放大滤芯精度、提高滤芯更换频次两项改进对策可行性较高；另外，根据故障情况研制新滤芯的费用低廉，如能研制成功，亦可解决当前故障，固可行性较高。

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

［2］ 何爱国.盐穴储气库建库技术［J］.天然气工业，2004，24（9）：122-125.

［3］ 赵志成，朱维耀，等.盐穴储气库水溶建腔机理研究［J］.石油勘探与开发，2003，30（5）：107-109.

［4］ 王文权，杨海军，等.盐穴储气库溶腔排量对排卤浓度及腔体形态的影响［J］.油气储运，2015，34（2）：175-179.

［5］ 李龙，王文权.盐穴储气库造腔跟踪分析方法应用研究［J］.石油化工应用，2015，34（7）：37-40.

［6］ 张远君.两相流体动力学基础理论及工程应用［M］.北京：北京航空学院出版社，1987：386-481.

［7］ 李玉星，冯叔初.管道内天然气水合物形成的判断方法［J］.天然气工业，1999，19（2）：116-119.

［8］ 刘志成，罗媛媛，等.脱水装置入口过滤分离器使用效果分析［J］.油气加工，2011，30（2）：27-31.

浙江油田刷新页岩气水平井水平段最长纪录

4月26日，浙江油田公司昭通页岩气示范区YS108H20-3井顺利完钻。该井完钻井深5 071米，水平段长2 411米，优质页岩储层钻遇率100%，刷新了国内页岩气水平井水平段最长纪录。

YS108H20-3井是浙江油田公司部署在四川台坳川南低陡褶带一口水平井，原设计水平段长2 000米，目的层系为下古生界志留系龙马溪组—奥陶系五峰组页岩气储层，由长城钻探工程公司负责钻井施工。

4月10日，在该井顺利完成原设计的2 000米水平段钻井任务、实现优质页岩储层钻遇率100%后，浙江油田公司经过充分论证，认为该井井筒完整性良好，井下安全正常，地震资料显示后续地层连续性好，三维地质模型预测后续目的层TOC含量高，具备探索2 000米以上水平段钻井新工艺的条件，决定延伸水平段长度411米，确保实现优质储量的最大动用。

此次YS108H20-3井所创纪录，标志着我国页岩气钻井工艺日渐成熟，为浙江油田充分动用地下优质资源储量、持续扩大产建规模奠定了坚实基础，也为国内今后页岩气2 000米以上水平段钻井工程积累了宝贵经验。

（摘自中国石油新闻中心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

中石油东部管道有限公司科技创新基金项目，项目编号：201705。

王文权（1987-），工程师，硕士研究生，毕业于中国石油大学（北京）石油工程学院石油与天然气工程专业，现在中国石油西气东输管道公司储气库管理处，从事地面配套机械设备管理工作，邮箱：wenquan-wang@163.com。