分離器改進技術研究

摘要：本文針對井流物油氣比高和凝析油的特點，通過采用一系列新型高效分離元件，并開孔補強方面進行了技術研究，不僅分離效果完全達到所要求的技術性能指標，而且有效地保證了高壓容器的安全可靠運行，對凝析氣田的開發利用起到了重要作用。

關鍵詞：高壓凝析氣分離器;開孔補強。

一 前言

牙哈凝析氣田位于新疆維吾爾自治區庫車縣境內，其油藏流體類型復雜、埋藏深（5000m以上）、地層壓力高（50MPa），是特殊類型的油氣藏，開發難度大，技術含量高，是目前已開發的國內最大的、唯一的高壓、高產凝析氣田，是第一個采用循環注氣部分保持地層壓力開采的整裝凝析氣田，凝析氣集輸處理規模為320×104m3/d，凝析油處理和外輸能力為50×104 t3/a，其注氣量（300×104m3/d）和注氣設計壓力（52MPa）也都創下了國內外之最，要開發建設好這樣的凝析氣田，需要解決一系列技術難題。由于井口壓力高，凝析油產量大，油氣比高，而凝析油具有“三低兩高”即低密度、低黏度、低含硫、高含蠟、高凝固點的特點，使得與之配套的關鍵設備—計量、生產分離器壓力很高，設計壓力達12.6 MPa，屬高壓容器，而高壓容器在選材、設計、制造、檢驗和驗收等方面要求非常高，需要解決很多技術難題才能滿足要求，而且結構上采用一般油田常規的分離元件，達不到理想的分離效果。因此要實現地面復雜工藝技術設計的關鍵在于高壓凝析氣分離器的成功研制上，其核心問題是分離元件的研制和材料的創新。

二、分離器現狀

在遼河油田的地面集輸工藝中，計量、生產分離器的壓力一般為0.6 MPa、1.6 MPa和2.5 MPa三個壓力等級，極少數壓力為4.0 MPa，屬中低壓容器，其常用的規格已成為定型設備，其適用的常規分離元件，分離效果比較好，技術基本成熟，主要材料也是采用市場上用量最大的容器用鋼Q235B和Q345R，板厚為中薄板。而設計壓力達12.6MPa的高壓容器，若殼體材料選用常規Q345R鋼板，殼體壁厚達到70mm，由于軋制原因常規的厚板質量往往不如中薄板，加之厚板焊接坡口深，熔覆金屬量大，焊接接頭處組織不細致，晶格非常復雜，是容器的薄弱環節，尤其是焊縫熱影響區由于母材被熔化，重要的合金元素未能得到有效補充，是焊接接頭最薄弱環節，焊接接頭處的韌性儲備下降;另外，高壓容器的應力狀態是三向應力狀態，且周向應力和徑向應力沿壁厚的分布是不均勻的，它不同于中低壓容器的沿壁厚方向均勻分布的兩向應力狀態，二者計算模型和失效形式也有很大區別，因此高壓容器在選材時對材料的塑性和韌性（包括斷裂韌性）指標以及焊接工藝性等要求較高。常規Q345R鋼板很難保證上述要求，若選用單層厚壁用低合金高強鋼13MnNiMoNbR，則殼體厚度雖可減薄，但其價格卻比前者高3倍還多，整臺設備造價太高，所以如何找到一種質優價廉的單層厚壁容器用鋼是高壓凝析氣分離器的研制的關鍵。

三、主要技術問題

高壓凝析氣分離器的研制需要解決以下問題：

1、高效新型分離元件的研制

針對井流物油氣比高和凝析油“三低兩高”的特點，采用一般油田常規的分離元件，達不到理想的分離效果，因此高壓容器結構設計必須綜合考慮分離器各段的分離特點，篩選出最佳方案，取得最好的分離效果。

2、主要材料的選擇

高壓容器壁厚較厚，常規技術要求的Q345R材料難以保證厚板的質量，而選用低合金高強鋼13MnNiMoNbR，價格太高，也太浪費，必須尋求厚度方向性能指標高于Q345R的新材料。

3、開孔補強研究

由于高壓容器應力狀態的不同，常規的開孔補強方法已不適用，必須研究在相應應力狀態下的安全可靠的開孔補強方法。

4 方案確定

針對上述技術問題，課題組進行了大量的調查研究，文獻檢索，并與國內多家高壓容器設計、制造單位進行了技術交流，了解最新的技術動態，對現狀有了清楚的認識。在此基礎上，課題組制定了多種方案，經過方案評審后確定了優選方案：第一，分離元件：入口采用新型“捕鼠器”式的動能吸收器進行初分離，沉降段采用了國家科技攻關課題-油氣水分離處理成套裝置中開發的高效聚結元件PERFORMAX（改進型）板，捕霧段采用不銹鋼絲網除霧器;第二，開孔補強采用密集補強方法;第三，尋找到Q345R（正火）這一綜合機械性能優于Q345R的鋼種。該方案得到了工藝專業和業主的認可。

5 開孔補強技術研究

為滿足工藝操作、容器制造、安裝、檢驗及維修等要求，在壓力容器上開孔是不可避免的。容器開孔后，一方面由于器壁承受載荷截面被削弱，引起局部應力的增加和容器承載能力的減弱;另一方面，器壁開孔和接管也破壞了容器原有結構的連續性，在工藝操作條件下，接管處將產生較大的彎曲應力，開孔邊緣會出現很高的應力集中，形成了壓力容器的薄弱環節。因此，設計上必須對開孔采取有效的補強措施，使被削弱的部分得以補償。可見密集補強法無論從受力，還是殼體厚度上都比等面積補強法優越得多，它將補強面積集中在應力最高點，充分利用補強面積，使補強更經濟、合理，使殼體厚度減薄，減少投資。

四、結論

高壓凝析氣分離器的研制和成功運用，驗證了整臺設備的安全可靠性和高效的分離效果，為塔里木油田分公司上產穩產起到了重要作用，總體技術水平達到國內同類產品的領先水平，國外同類產品先進水平。該項目獲2007年度石油天然氣集團公司優秀設計獎、2008年國家優秀工程設計金獎。

作者簡介：

錢媛（1980-）女，漢，遼寧盤錦人，中油遼河工程有限公司，工程師，本科學歷，現從事化工設備與機械設計工作。