分离器改进技术研究

摘要：本文针对井流物油气比高和凝析油的特点，通过采用一系列新型高效分离元件，并开孔补强方面进行了技术研究，不仅分离效果完全达到所要求的技术性能指标，而且有效地保证了高压容器的安全可靠运行，对凝析气田的开发利用起到了重要作用。

关键词：高压凝析气分离器;开孔补强。

一 前言

牙哈凝析气田位于新疆维吾尔自治区库车县境内，其油藏流体类型复杂、埋藏深（5000m以上）、地层压力高（50MPa），是特殊类型的油气藏，开发难度大，技术含量高，是目前已开发的国内最大的、唯一的高压、高产凝析气田，是第一个采用循环注气部分保持地层压力开采的整装凝析气田，凝析气集输处理规模为320×104m3/d，凝析油处理和外输能力为50×104 t3/a，其注气量（300×104m3/d）和注气设计压力（52MPa）也都创下了国内外之最，要开发建设好这样的凝析气田，需要解决一系列技术难题。由于井口压力高，凝析油产量大，油气比高，而凝析油具有“三低两高”即低密度、低黏度、低含硫、高含蜡、高凝固点的特点，使得与之配套的关键设备—计量、生产分离器压力很高，设计压力达12.6 MPa，属高压容器，而高压容器在选材、设计、制造、检验和验收等方面要求非常高，需要解决很多技术难题才能满足要求，而且结构上采用一般油田常规的分离元件，达不到理想的分离效果。因此要实现地面复杂工艺技术设计的关键在于高压凝析气分离器的成功研制上，其核心问题是分离元件的研制和材料的創新。

二、分离器现状

在辽河油田的地面集输工艺中，计量、生产分离器的压力一般为0.6 MPa、1.6 MPa和2.5 MPa三个压力等级，极少数压力为4.0 MPa，属中低压容器，其常用的规格已成为定型设备，其适用的常规分离元件，分离效果比较好，技术基本成熟，主要材料也是采用市场上用量最大的容器用钢Q235B和Q345R，板厚为中薄板。而设计压力达12.6MPa的高压容器，若壳体材料选用常规Q345R钢板，壳体壁厚达到70mm，由于轧制原因常规的厚板质量往往不如中薄板，加之厚板焊接坡口深，熔覆金属量大，焊接接头处组织不细致，晶格非常复杂，是容器的薄弱环节，尤其是焊缝热影响区由于母材被熔化，重要的合金元素未能得到有效补充，是焊接接头最薄弱环节，焊接接头处的韧性储备下降;另外，高压容器的应力状态是三向应力状态，且周向应力和径向应力沿壁厚的分布是不均匀的，它不同于中低压容器的沿壁厚方向均匀分布的两向应力状态，二者计算模型和失效形式也有很大区别，因此高压容器在选材时对材料的塑性和韧性（包括断裂韧性）指标以及焊接工艺性等要求较高。常规Q345R钢板很难保证上述要求，若选用单层厚壁用低合金高强钢13MnNiMoNbR，则壳体厚度虽可减薄，但其价格却比前者高3倍还多，整台设备造价太高，所以如何找到一种质优价廉的单层厚壁容器用钢是高压凝析气分离器的研制的关键。

三、主要技术问题

高压凝析气分离器的研制需要解决以下问题：

1、高效新型分离元件的研制

针对井流物油气比高和凝析油“三低两高”的特点，采用一般油田常规的分离元件，达不到理想的分离效果，因此高压容器结构设计必须综合考虑分离器各段的分离特点，筛选出最佳方案，取得最好的分离效果。

2、主要材料的选择

高压容器壁厚较厚，常规技术要求的Q345R材料难以保证厚板的质量，而选用低合金高强钢13MnNiMoNbR，价格太高，也太浪费，必须寻求厚度方向性能指标高于Q345R的新材料。

3、开孔补强研究

由于高压容器应力状态的不同，常规的开孔补强方法已不适用，必须研究在相应应力状态下的安全可靠的开孔补强方法。

4 方案确定

针对上述技术问题，课题组进行了大量的调查研究，文献检索，并与国内多家高压容器设计、制造单位进行了技术交流，了解最新的技术动态，对现状有了清楚的认识。在此基础上，课题组制定了多种方案，经过方案评审后确定了优选方案：第一，分离元件：入口采用新型“捕鼠器”式的动能吸收器进行初分离，沉降段采用了国家科技攻关课题-油气水分离处理成套装置中开发的高效聚结元件PERFORMAX（改进型）板，捕雾段采用不锈钢丝网除雾器;第二，开孔补强采用密集补强方法;第三，寻找到Q345R（正火）这一综合机械性能优于Q345R的钢种。该方案得到了工艺专业和业主的认可。

5 开孔补强技术研究

为满足工艺操作、容器制造、安装、检验及维修等要求，在压力容器上开孔是不可避免的。容器开孔后，一方面由于器壁承受载荷截面被削弱，引起局部应力的增加和容器承载能力的减弱;另一方面，器壁开孔和接管也破坏了容器原有结构的连续性，在工艺操作条件下，接管处将产生较大的弯曲应力，开孔边缘会出现很高的应力集中，形成了压力容器的薄弱环节。因此，设计上必须对开孔采取有效的补强措施，使被削弱的部分得以补偿。可见密集补强法无论从受力，还是壳体厚度上都比等面积补强法优越得多，它将补强面积集中在应力最高点，充分利用补强面积，使补强更经济、合理，使壳体厚度减薄，减少投资。

四、结论

高压凝析气分离器的研制和成功运用，验证了整台设备的安全可靠性和高效的分离效果，为塔里木油田分公司上产稳产起到了重要作用，总体技术水平达到国内同类产品的领先水平，国外同类产品先进水平。该项目获2007年度石油天然气集团公司优秀设计奖、2008年国家优秀工程设计金奖。

作者简介：

钱媛（1980-）女，汉，辽宁盘锦人，中油辽河工程有限公司，工程师，本科学历，现从事化工设备与机械设计工作。