接转站三相分离器排砂系统堵塞的分析与措施

周建新，史 昆，王国梁

（青海油田公司采油一厂跃进接转站，青海 茫崖816400）

油井在产油过程中，往往会有地层的砂子随油产出，带有泥砂的原油混合液进入三相游离水分离器，首先进行液气的分离，气进入气系统输送至联合站进一步加工，液相再通过整流、机械破沫等过程进入沉降室。液相中的油、水和少量的固相泥砂在沉降室内分离，形成上部油层，下部水层，底部固相泥砂；处理后的油进入油室，水进入水室，再分别通过管道进入站场的油储运系统和水处理系统；底部的泥砂在重力作用下进入容器下部的集砂斗，定时通过阀门开启排砂系统排出容器。最后收集在排污池内进一步处理。但在分离器处理过程中，当泥砂沉积量不断增加后，依靠重力沉降除砂效果不是十分理想，在集砂斗的远端和部分死角泥砂仍会不断沉积，泥砂沉积到一定量后，三相分离器处理效果降低，水出口机械杂质指标超标不合格，必须打开容器清理。由于排砂效果不理想，不仅影响生产的正常运行，也缩短了三相分离器的维护周期，增加了运行成本。

1 原油中砂子来源的分析

1.1 储层的胶结状态

跃进油田储层的胶结物以泥质为主，胶结类型以孔隙胶结为主，胶结物含量较少，胶结疏松，尤其在油层含水后，部分胶结物被溶解，降低了岩石胶结强度，导致储层易出砂。砂子和原油一同进入接转站的三相分离器中。

1.2 应力状态的变化

储层垂向应力的大小取决于油层埋藏深度和上覆岩石的密度。钻井前砂岩油层处于应力平衡状态，但随着油田的开发，油层压力下降，储层砂岩体承载的负荷逐渐增加，砂粒间的应力平衡被破坏，增加了地应力对岩石颗粒的挤压作用，扰乱了颗粒间的胶结，也易导致地层出砂带入接转站的三相分离器中。

1.3 细粉砂影响

部分油井地层压力较高，进行绕丝管充填防砂充填施工时，地层细粉砂回吐进入充填层，使砾石层不致密，生产过程中地层砂容易进入井筒，使油井出砂被带到接转站的三相分离器中。

2 排砂系统堵塞的原因分析和风险因素

2.1 工艺流程的分析

三相分离器到排污池的排砂管线有弯头、三通、阀门等，容易造成局部阻力，砂子在管线中容易沉积下来，排完砂后需进行扫线，当天然气吹扫压力低时会吹扫不干净，正常运行情况下外输天然气低于0.2MPa。天然气的推力减小，砂子的流动性降低，排砂管线就会堵塞。由于排砂系统的管线都是金属管材，加之来液流速高且掺杂着大量泥砂，对三相分离器下部造成很强腐蚀性的水相，分离出来的污水，不仅矿化度，Cl2含量高，pH值低，而且含有CO2、H2S以及硫酸盐还原菌。这些因素使污水成为了腐蚀性极强的介质，并导致三相分离器内部受到强烈的电化学腐蚀。不但产生腐蚀，如果不及时排除砂子还会使其堆积在分离器内，大量积砂使容积变小，设备的液体有效处理能力大大减小，沉降时间缩短，甚至阻碍液体的正常流动，造成系统不平稳，增加了岗位工人的劳动强度，也缩短了三相分离器的维护周期，增加了运行成本，最终导致三相分离器无法正常运行。

2.2 环境温度的分析

冬季时三相分离器排砂系统容易冻堵，天气越冷冻堵越频繁。分离器到排污池排砂管线比较长，阀门、三通、弯头处存在的流动阻力，会使水合物滞留在管线中，温度越低凝结速度越快。管线中的泥砂杂质吹扫不干净，会积聚在管线中，泥砂越聚集越多，最后造成堵塞而无法流入排污池。冻堵后用热洗车加热水烫管线解冻。时间越长，地面的冰越多，增加了工人的劳动强度和不安全因素，也造成三相分离器和管线鳖压。严重时管线冻裂造成天然气泄漏，会使人员中毒或伤亡，增加了安全隐患，也造成了环境污染。

2.3 人为因素的分析

在排砂操作过程中，由于工作人员责任心不强，手动排砂时间太短，排砂不彻底，或者排砂阀门没关严，导致排砂管线中泥砂积聚。排完砂后没有用天然气吹扫管线，或者吹扫时间太短，会导致排砂管线中泥砂积聚，造成堵塞。由于阀门没关严造成的泄漏，可能造成排污池溢池，还会造成环境污染或着火爆炸，严重时带来人员伤亡。还可能造成分离器液位太低，污水系统进油，加大污水处理工作量，调储罐污油上升，增加污水处理难度。严重时造成污水系统核桃壳过滤器和石英砂过滤器堵塞，使系统停产。

2.4 设备因素的分析

分离器原有的排砂阀门是球阀，球阀具有密封性能好、操作方便、使用寿命长等优点，可球阀用在排砂系统开关并不实用，使用过程中会造成砂卡，使控制阀门失灵而无法正常生产，导致管线清砂和维修工作量巨增，分离器附件及内壁腐蚀严重，维护周期短，成本高。在整个分离过程中，由于来液流速高且掺杂着泥砂，对分离器造成很强的冲蚀与磨蚀。排砂系统的泥砂如果不及时排出，砂子会越积越多，会造成水箱去污水处理系统的水质变差，机杂含量升高。不仅增加了岗位工人的劳动强度，还会使整个系统不平稳，使水箱油水界面无法控制而停产。

3 三相分离器排砂系统堵塞的措施

3.1 预防措施

提高三相分离器气体的压力，运行时天然气气压控制在0.2～0.3MPa。压力低于0.2MPa时，管线中的砂子流动性降低。保证砂子流动时的压力必须大于0.25MPa，压力越大推动砂子流动的速度越快。为了使排砂顺利进行，天然气气压控制在0.25～0.3MPa，保证天然气压力能保证砂子流到排污池。

严格控制好水套炉的温度，正常运行时水套炉出口温度为60～70℃，也是三相分离器运行的正常温度。温度越低三相分离器分离的效果越差，液体的流动性也越慢，分离器集砂斗分离砂子的效果也变差。使排砂管线内介质的流动黏度增加。为了减少流动阻力，增加流动性，需严格控制好水套炉的加热温度。

降低排污池的液位，排污池的液位越高，分离器与排污池的压力差越小，砂子的流动越差。排污池的液位越低，分离器与排污池的压力差越大。为使排污池与分离器的压差增大，增加泥砂的流动速度，需降低排污池液位。

排砂时开大排砂阀门。排砂阀门开得越大，水冲砂子的压力越大，液体的流量增加，砂子的推力会增加，流动阻力就会降低，加大流动速度。

气温低于5℃时，排砂管线增加电伴热的运行时间，排砂管线到排污池的管线缠上电伴热后，外包毛毡，起到保温效果，防止排砂管线内介质被冻堵。

严格按照操作规程，排完砂后关好排砂阀门，打开天然气管线的吹扫阀门进行吹扫，吹扫时间不少于10min。

扫线时先用排污泵出口启泵压力扫线后，用天然气外输气压扫线，正常泵出口压力可达1.5MPa，天然气压力为0.25MPa。泵压力和负压导流管的共同作用，使排砂系统的扫线更彻底。

3.2 进行工艺性适应性改进

针对分离器排砂系统正常堵塞、排砂系统冬季冻堵，无法正常排砂的情况，通过规划、论证、实验，最后确定利用零位泵出口管线与分离器排砂系统连接，形成了一组冲砂系统，冲砂系统的液体进入排砂系统，通过零位泵的压力和负压导流管的双重作用，将砂子顶出，顺利地排到排污池，从而达到排砂的目的。新的排砂系统工艺管线全部采用钢骨架复合管线，既防腐又防结垢。排砂系统安装了远程自动排砂装置，只要在电脑上设置好排砂时间就会自动完成。取代了原有的手动排砂，解决了手动排砂不彻底的问题，操作方便好用。这样不但解决了三相分离器堵塞问题，而且降低了岗位工人的劳动强度，也提高了排砂质量，减少了三相分离器的内部腐蚀，延长了三相分离器的清理周期，保障了注水水质，保证了三相分离器的平稳运行。

3.3 进行零部件适应性的改换

将球阀改换成闸阀，球阀操作方便，但容易砂卡，如果砂卡会造成阀门关不严而泄漏，排污池液位上升，排污泵起泵频繁，增加了岗位工人的劳动强度和操作难度。泄漏量大还会造成排污池溢池，增加安全风险。闸阀流动阻力小，启闭行程长，流动方向不受限制，结构紧凑，阀门刚性好，通道流畅，使用寿命长，密封可靠，操作轻便灵活，不易砂卡。所以，将排砂阀门改换成闸阀，解决了排砂系统堵塞问题。

4 效益评价

通过改进，解决了排砂系统堵塞问题，单次可节约清罐8000元，每年清罐两次需要16000元。利用泵车顶线大约需要3000元，每个月泵车顶线一次，每年需要36000元。每年清罐加上泵车顶线共花费5.2万元。接转站两台分离器每年可节约10.4万元。大幅延长了清三相分离器使用周期，减少了三相分离器内部的腐蚀。保证水质机杂超标问题，保障了三相分离器的正常运行，降低了成本，减轻了工人的劳动强度，为接转站的平稳运行做出了实实在在的贡献。