闭排罐新式在线清洗技术研究和应用

吴绍新 韩广鹏 徐韬林 周国华

摘 要：闭排罐是生产处理系统中的重要设备，主要负责收集从压力容器中泄压流出的原油或其他流体。井口及地面设备的检修，需要将该油井的产液排进闭排罐进行泄压，油井在生产过程中产生的泥沙颗粒等杂质会随着排液过程进入到闭排罐中，长期的积累会导致闭排罐极其附属设备堵塞及功能失效。本文介绍了一种新式的在线清洗闭排罐的方法，经过对清洗方案中的关键设备大型篮式过滤器的合理设计，经过实施在线清洗操作，闭排罐杂质清洗效果明显，同时闭排罐和其他附属设备功能恢复，效益明显。

关键词：杂质; 蜡质; 过滤器; 在线清洗

一、闭排罐杂质来源分析

平台闭排罐主要用于收集安全阀的泄压流体及平台上带压设备、管线等排放出的带压流体，还用于接收开排系统的流体，是平台的重要设备。

在平台油井正常生产过程中，由于井口及地面设备的检修，需要将该油井的产液排进闭排罐进行泄压，油井在生产过程中产生的泥沙颗粒等杂质会随着排液过程进入到闭排罐中。

为进一步分析油井产生杂质情况，油田生产人员对每一口生产油井取样品100ml，加入0.2ml破乳剂，离心12分钟，离心温度57℃。离心后，发现其中B7、B14H、B16H、B19、B22可见少量固体类（砂泥颗粒等）杂质。初步判断泥沙状的固体杂质来源于这五口油井。

油井生产原油过程中，原油中的重组分蜡质在油藏条件下一般处于溶解状态。在开采过程中，随着温度、压力的降低和气体的析出，溶解在原油中的石蜡便结晶析出、长大、聚集和沉积在管壁等固体表面上，即出现所谓的结蜡现象。对于高含蜡、高凝油的区块，油井产液中蜡质析出是闭排罐杂质堵塞的一个非常重要的原因。油井产出石油是多种碳氢化合物的混合物，严格地说，原油中的蜡是指那些碳数比较高的正构烷烃。通常把C16—C63的正构烷烃称为蜡，纯净的石蜡是略带透明的白色无味晶体。蜡在地层条件下通常是以液体状态存在，然而在开采的过程中，随着温度和压力的下降以及轻质组分不断逸出，原油溶蜡能力降低，蜡开始析出，聚集，不断地沉积、堵塞、直接影响生产。蜡可以分为两种，一种是石蜡，常为板状或鳞片状或带状结晶，相对分子质量为300—500，分子中C原子数是C16—C35，属于正构烷烃，熔点50℃左右;另一种是微晶蜡，多呈细小的针状结晶，相对分子质量为500—700，分子中的C原子数是C35—C63，熔点是60—90℃。石蜡和微晶蜡的特征主要是碳数范围、正构烷烃数量、异构烷烃数量、环烷烃数量不同，具体见下表：

二、闭排罐杂质堵塞后危害

但是随着平台通球作业收球筒泄压、完井修井作业泄压以及处理开排系统液体，导致固体杂质被流体携带到闭排罐，在闭排罐底部聚集沉淀，导致闭排罐加热器砂埋加热效果不好，闭排泵进口滤网频繁堵塞从而导致闭排泵震动高故障率高。

同时另一方面，油井井液中的蜡质排放到闭排罐后，与固体杂质以及管道压力容器腐蚀杂质后混合，产生复杂的蜡质综合体，这种析出物主要以蜡质为主，产生的危害主要表现在：

1、对管道和过滤器而言大大减少了流通截面，造成了油流附加阻力，降低了流体通过能力、甚至完全堵塞闭排罐进而造成闭排罐功能失效。

2、油田闭排罐结蜡后的蜡质综合体，不仅使油流通道减小，降低闭排泵运行效率，还会使闭排泵产生故障，严重者会将闭排泵彻底卡死，造成设备损坏等。

3、闭排罐将杂质直接打入到海管后，会减少海管运行效率，降低海管输送效率，造成油田上游输送压力上涨而进一步导致油田产量下降。

三、新方法在线清洗闭排罐总体思路

油田生产人员根据现场实际情况，经过多次分析论证，最终设计出一套罐外过滤的在线清洗方案。主要原理是通过在罐体外连通篮式过滤器的方式，将闭排罐内的杂质及流体，在进泵前就进行过滤处理，再经闭排泵回流进罐，同时对过滤后的篮式过滤器进行清洗。如此重复多次就可将闭排罐内的杂质全部清除干净。

由于闭排系统属于油田生产的关键系统，清罐需要利用停产大修才能进行。针对这种情况，油田通过加装一套可移动式的大型篮式除砂过滤器，通过清理除砂过滤器替代了闭排罐清罐，从而成功实现了闭排罐不停产清罐作业。

四、关键设备过滤器的设计思路

为了保证在线清洗的方案顺利实施，关键在于大型篮式过滤器的设计科学合理。总体原则为既要保证大型篮式过滤器能够过滤对油田生产产生重大影响的固体杂质以及蜡质综合体，又要保证在线清洗操作过程中清洗循环流体能够顺利通过整个循环设备。我们采用大型篮式过滤器具有明显的优点：安装方便，占地面积小，清污简单，维护成本低，流量大。在关键设备的篮式过滤器上我们对关键参数选择采取以下原则：

1、进出口通径：

原则上过滤器的进出口通径不应小于相配套的泵的进口通径，一般与进口管路口径一致。

2、公称压力：

按照过滤管路可能出现的最高压力确定过滤器的压力等级。

3、孔目数的选择：

主要考虑需拦截的杂质粒径，依据介质流程工艺要求而定。各种规格丝网可拦截的粒径尺寸查表“滤网规格”。

4、过滤器材质：

过滤器的材质一般选择与所连接的工艺管道材质相同，对于不同的服役条件可考虑选择铸铁、碳钢、低合金钢或不锈钢材质的过滤器。

5、过滤器阻力损失计算：

篮式过滤器，在一般计算额定流速下，压力损失为0.52～1.2kpa。

大型篮式过滤器具有的特点：

1、过滤设备采用可反洗排渣的外部机械结构，实现了真正意义上的反冲洗功能，可轻松彻底地清除滤网截留的雜质，清洗无死角，通量无衰减，保障了过滤效率和长久的使用寿命。

2、篮式过滤器采用304、316L不锈钢楔形滤网，强度大、精度高、耐腐蚀，最高过滤精度可达25微米。

3、篮式过滤器通过自身的压差检测功能，对于过滤杂质较多后，可以实现报警提醒功能，现场实施排渣及反冲洗后，可马上进行过滤透析操作。

4、篮式过滤器在反冲洗过程中，由于管道的尺寸和阻力损失计算已经考虑在内，确保滤网安全、高效清洗，保证清洗后可以马上继续过滤操作。

5、篮式过滤器采用排渣后再进行反洗，反冲洗历时短，操作简单方便。

五、在线清洗闭排罐具体实施

通过利用外置大型篮式除砂过滤器（图2）、临时管线、闭排罐底部的除砂管（图3）和一台闭排泵实现闭排罐不停产清罐作业。

实施操作流程为从闭排罐中间底部的预留口隔离阀下游接4英寸临时管线到除砂过滤器进口，除砂过滤器出口接4寸临时管线到闭排泵进口。

現场人员具体的操作方式为：油田高压海水通过闭排罐的除砂管冲洗闭排罐底部的泥沙杂质，让杂质悬浮在液体中，悬浮在液体中的杂质通过闭排泵的抽吸作用从闭排罐底部中间的4寸临时管线进入除砂过滤器进行除砂，通过清理除砂过滤器内部的固体杂质实现对闭排罐内的杂质的清理。

六、在线实施后的效果

经过大约12小时，油田此次在线清罐作业共清除闭排罐内各类杂质超过40KG，罐外循环”的清罐工艺相比常规的进罐清洗降低了作业风险，避免了停产造成的产量损失，清洗后的闭排罐经过化验的样品分析蜡质杂质含量减少90%以上，腐蚀及砂泥含量为0，闭排罐的临时收集存储排放液的功能完全恢复，闭排罐内部加热器加热功能使用正常，避免了砂埋的风险，同时闭排泵能够保持高效的运行。本次在线清洗闭排罐节约作业费用1万元，同时在线清洗避免了停产半天的产量损失450 石油液体。

七、结论

1、 油井井液中的蜡质排放到闭排罐后，与固体杂质以及管道压力容器腐蚀杂质后混合，产生复杂的蜡质综合体，使闭排罐和闭排泵堵塞。

2、 采取在线透析方式进行闭排罐清洗方式，关键在于新加入的大型篮式过滤器的设计科学合理性，保证在线清洗闭排罐方案顺利实施。

3、 经过在线清洗闭排罐的方案操作和实施，油田清理闭排罐杂质超过40KG，同时恢复闭排罐的功能和其他设备的使用性能，效果明显。

参考文献：

[1]涠洲11-4N油田生产/维修手册.

[2]牟爱婷.油井清蜡防蜡工艺的研究及应用.

[3]毛智勇，刘宝权.液压与气压传动.