接轉站三相分離器排砂系統堵塞的分析與措施

周建新，史 昆，王國梁

（青海油田公司采油一廠躍進接轉站，青海 茫崖816400）

油井在產油過程中，往往會有地層的砂子隨油產出，帶有泥砂的原油混合液進入三相游離水分離器，首先進行液氣的分離，氣進入氣系統輸送至聯合站進一步加工，液相再通過整流、機械破沫等過程進入沉降室。液相中的油、水和少量的固相泥砂在沉降室內分離，形成上部油層，下部水層，底部固相泥砂；處理后的油進入油室，水進入水室，再分別通過管道進入站場的油儲運系統和水處理系統；底部的泥砂在重力作用下進入容器下部的集砂斗，定時通過閥門開啟排砂系統排出容器。最后收集在排污池內進一步處理。但在分離器處理過程中，當泥砂沉積量不斷增加后，依靠重力沉降除砂效果不是十分理想，在集砂斗的遠端和部分死角泥砂仍會不斷沉積，泥砂沉積到一定量后，三相分離器處理效果降低，水出口機械雜質指標超標不合格，必須打開容器清理。由于排砂效果不理想，不僅影響生產的正常運行，也縮短了三相分離器的維護周期，增加了運行成本。

1 原油中砂子來源的分析

1.1 儲層的膠結狀態

躍進油田儲層的膠結物以泥質為主，膠結類型以孔隙膠結為主，膠結物含量較少，膠結疏松，尤其在油層含水后，部分膠結物被溶解，降低了巖石膠結強度，導致儲層易出砂。砂子和原油一同進入接轉站的三相分離器中。

1.2 應力狀態的變化

儲層垂向應力的大小取決于油層埋藏深度和上覆巖石的密度。鉆井前砂巖油層處于應力平衡狀態，但隨著油田的開發，油層壓力下降，儲層砂巖體承載的負荷逐漸增加，砂粒間的應力平衡被破壞，增加了地應力對巖石顆粒的擠壓作用，擾亂了顆粒間的膠結，也易導致地層出砂帶入接轉站的三相分離器中。

1.3 細粉砂影響

部分油井地層壓力較高，進行繞絲管充填防砂充填施工時，地層細粉砂回吐進入充填層，使礫石層不致密，生產過程中地層砂容易進入井筒，使油井出砂被帶到接轉站的三相分離器中。

2 排砂系統堵塞的原因分析和風險因素

2.1 工藝流程的分析

三相分離器到排污池的排砂管線有彎頭、三通、閥門等，容易造成局部阻力，砂子在管線中容易沉積下來，排完砂后需進行掃線，當天然氣吹掃壓力低時會吹掃不干凈，正常運行情況下外輸天然氣低于0.2MPa。天然氣的推力減小，砂子的流動性降低，排砂管線就會堵塞。由于排砂系統的管線都是金屬管材，加之來液流速高且摻雜著大量泥砂，對三相分離器下部造成很強腐蝕性的水相，分離出來的污水，不僅礦化度，Cl2含量高，pH值低，而且含有CO2、H2S以及硫酸鹽還原菌。這些因素使污水成為了腐蝕性極強的介質，并導致三相分離器內部受到強烈的電化學腐蝕。不但產生腐蝕，如果不及時排除砂子還會使其堆積在分離器內，大量積砂使容積變小，設備的液體有效處理能力大大減小，沉降時間縮短，甚至阻礙液體的正常流動，造成系統不平穩，增加了崗位工人的勞動強度，也縮短了三相分離器的維護周期，增加了運行成本，最終導致三相分離器無法正常運行。

2.2 環境溫度的分析

冬季時三相分離器排砂系統容易凍堵，天氣越冷凍堵越頻繁。分離器到排污池排砂管線比較長，閥門、三通、彎頭處存在的流動阻力，會使水合物滯留在管線中，溫度越低凝結速度越快。管線中的泥砂雜質吹掃不干凈，會積聚在管線中，泥砂越聚集越多，最后造成堵塞而無法流入排污池。凍堵后用熱洗車加熱水燙管線解凍。時間越長，地面的冰越多，增加了工人的勞動強度和不安全因素，也造成三相分離器和管線鱉壓。嚴重時管線凍裂造成天然氣泄漏，會使人員中毒或傷亡，增加了安全隱患，也造成了環境污染。

2.3 人為因素的分析

在排砂操作過程中，由于工作人員責任心不強，手動排砂時間太短，排砂不徹底，或者排砂閥門沒關嚴，導致排砂管線中泥砂積聚。排完砂后沒有用天然氣吹掃管線，或者吹掃時間太短，會導致排砂管線中泥砂積聚，造成堵塞。由于閥門沒關嚴造成的泄漏，可能造成排污池溢池，還會造成環境污染或著火爆炸，嚴重時帶來人員傷亡。還可能造成分離器液位太低，污水系統進油，加大污水處理工作量，調儲罐污油上升，增加污水處理難度。嚴重時造成污水系統核桃殼過濾器和石英砂過濾器堵塞，使系統停產。

2.4 設備因素的分析

分離器原有的排砂閥門是球閥，球閥具有密封性能好、操作方便、使用壽命長等優點，可球閥用在排砂系統開關并不實用，使用過程中會造成砂卡，使控制閥門失靈而無法正常生產，導致管線清砂和維修工作量巨增，分離器附件及內壁腐蝕嚴重，維護周期短，成本高。在整個分離過程中，由于來液流速高且摻雜著泥砂，對分離器造成很強的沖蝕與磨蝕。排砂系統的泥砂如果不及時排出，砂子會越積越多，會造成水箱去污水處理系統的水質變差，機雜含量升高。不僅增加了崗位工人的勞動強度，還會使整個系統不平穩，使水箱油水界面無法控制而停產。

3 三相分離器排砂系統堵塞的措施

3.1 預防措施

提高三相分離器氣體的壓力，運行時天然氣氣壓控制在0.2～0.3MPa。壓力低于0.2MPa時，管線中的砂子流動性降低。保證砂子流動時的壓力必須大于0.25MPa，壓力越大推動砂子流動的速度越快。為了使排砂順利進行，天然氣氣壓控制在0.25～0.3MPa，保證天然氣壓力能保證砂子流到排污池。

嚴格控制好水套爐的溫度，正常運行時水套爐出口溫度為60～70℃，也是三相分離器運行的正常溫度。溫度越低三相分離器分離的效果越差，液體的流動性也越慢，分離器集砂斗分離砂子的效果也變差。使排砂管線內介質的流動黏度增加。為了減少流動阻力，增加流動性，需嚴格控制好水套爐的加熱溫度。

降低排污池的液位，排污池的液位越高，分離器與排污池的壓力差越小，砂子的流動越差。排污池的液位越低，分離器與排污池的壓力差越大。為使排污池與分離器的壓差增大，增加泥砂的流動速度，需降低排污池液位。

排砂時開大排砂閥門。排砂閥門開得越大，水沖砂子的壓力越大，液體的流量增加，砂子的推力會增加，流動阻力就會降低，加大流動速度。

氣溫低于5℃時，排砂管線增加電伴熱的運行時間，排砂管線到排污池的管線纏上電伴熱后，外包毛氈，起到保溫效果，防止排砂管線內介質被凍堵。

嚴格按照操作規程，排完砂后關好排砂閥門，打開天然氣管線的吹掃閥門進行吹掃，吹掃時間不少于10min。

掃線時先用排污泵出口啟泵壓力掃線后，用天然氣外輸氣壓掃線，正常泵出口壓力可達1.5MPa，天然氣壓力為0.25MPa。泵壓力和負壓導流管的共同作用，使排砂系統的掃線更徹底。

3.2 進行工藝性適應性改進

針對分離器排砂系統正常堵塞、排砂系統冬季凍堵，無法正常排砂的情況，通過規劃、論證、實驗，最后確定利用零位泵出口管線與分離器排砂系統連接，形成了一組沖砂系統，沖砂系統的液體進入排砂系統，通過零位泵的壓力和負壓導流管的雙重作用，將砂子頂出，順利地排到排污池，從而達到排砂的目的。新的排砂系統工藝管線全部采用鋼骨架復合管線，既防腐又防結垢。排砂系統安裝了遠程自動排砂裝置，只要在電腦上設置好排砂時間就會自動完成。取代了原有的手動排砂，解決了手動排砂不徹底的問題，操作方便好用。這樣不但解決了三相分離器堵塞問題，而且降低了崗位工人的勞動強度，也提高了排砂質量，減少了三相分離器的內部腐蝕，延長了三相分離器的清理周期，保障了注水水質，保證了三相分離器的平穩運行。

3.3 進行零部件適應性的改換

將球閥改換成閘閥，球閥操作方便，但容易砂卡，如果砂卡會造成閥門關不嚴而泄漏，排污池液位上升，排污泵起泵頻繁，增加了崗位工人的勞動強度和操作難度。泄漏量大還會造成排污池溢池，增加安全風險。閘閥流動阻力小，啟閉行程長，流動方向不受限制，結構緊湊，閥門剛性好，通道流暢，使用壽命長，密封可靠，操作輕便靈活，不易砂卡。所以，將排砂閥門改換成閘閥，解決了排砂系統堵塞問題。

4 效益評價

通過改進，解決了排砂系統堵塞問題，單次可節約清罐8000元，每年清罐兩次需要16000元。利用泵車頂線大約需要3000元，每個月泵車頂線一次，每年需要36000元。每年清罐加上泵車頂線共花費5.2萬元。接轉站兩臺分離器每年可節約10.4萬元。大幅延長了清三相分離器使用周期，減少了三相分離器內部的腐蝕。保證水質機雜超標問題，保障了三相分離器的正常運行，降低了成本，減輕了工人的勞動強度，為接轉站的平穩運行做出了實實在在的貢獻。