页岩气井测试分离器抗刺蚀改造及应用

页岩气井测试分离器抗刺蚀改造及应用

马胜君 ,杨庆辉,平徳全,杨斌 ,郭建忠,廖雄,陈超

中石化西南石油工程有限公司井下作业分公司

摘要：随着页岩气井“大液量、大砂量”试气改造工艺方式的改变，为消除原测试分离器存在管线冲蚀爆管、阀体泄漏的隐患，结合现场生产作业情况，对其进行了缺陷分析，提出了改造方案；通过改造后的现场应用，表明改造能有效提升测试分离器的抗刺蚀能力，提高了设备本质安全性，对页岩气井测试设备改造具有一定的指导意义。

关键词：页岩气  测试分离器  抗刺蚀  改造

0引言

页岩气井试气改造主要为大液量、大砂量的工艺方式，排液期间单井出砂量可达80m³以上；同时，为满足增储上产的要求，从开井排液至后期采输全程使用分离器，延长了排液周期（单井60～90天），而原测试分离器设计主要用于测试期间井筒清洁程度较好、具备计量求产的工况，未考虑大液量、大砂量、长时间采输等因素。因此，在工艺条件发生变化的情况下，目前测试分离器存在管线冲蚀爆管、阀体泄漏的隐患，在人员操作、观察分离器时，存在造成员工人身伤害的安全风险。

1 缺陷分析

结合页岩气井试气现有工况，测试分离器主要存在以下不耐刺蚀缺陷：

（1）FISHER阀的缺陷

FISHER阀具有节流、控压的功能，是分离器控制气路、液路、油路操作的核心部件，分为阀体、阀笼、阀芯三部分。原厂阀体为铸件结构，阀笼、阀芯材质为不锈钢，硬度小于HB187，无法承受长时间含固相物高速流体的持续冲刷，存在阀体泄漏的风险。如图1-1所示。

图1-1 fisher阀本体腐蚀严重/阀笼冲蚀严重

（2）管线材质及尺寸的缺陷

分离器本体主要有4条管线：气液进口、气体出口、液体出口、油出口，材质为SA105普通碳钢，尺寸Φ89×8mm、Φ60×6mm，在材质抗刺蚀能力不足、管径尺寸较小的情况下，气(含H2S)、液(酸性)、固相颗粒（出砂）等流体的长期冲刷，存在管线刺蚀爆管的风险。检查分离器管线最大凹坑深度达到7mm，如图1-2所示。

图1-2 分离器进气管线冲刷造成凹坑

（3）管线连接处的缺陷

分离器连接管线转弯处壁薄（7mm左右）不耐刺，存在管线刺蚀爆管的风险；管线连接均采用焊接方式，存在损坏后现场不易更换的缺陷。

2 改造方案

为了有效解决上述问题，消除冲蚀爆管隐患，降低施工风险，需从阀件、管道材质和尺寸、连接方式等方面进行升级改造，消除测试分离器使用过程中的安全隐患，保证设备本质安全。

通过前期的技术交流和调研，在保留分离器筒体完好、管线走向不变的情况下，改造方案如下：

（1）FISHER阀改造

阀体由铸件结构改为35CrMo整体锻造（硬度HB197～235）；阀笼、阀芯由不锈钢材质改为碳化钨硬质合金材质（硬度HBC46～56），达到耐冲蚀、防刺的效果，提高使用寿命。

（2）管线材质及尺寸改造

管线材质：由SA105普通碳钢(硬度为HB100～130)，改为35CrMo材质(硬度在HB197～235)，具有更高的耐腐蚀及抗冲蚀性。

管线尺寸：加大管线通径和壁厚。

①进口管线尺寸Φ89×8mm改为Φ114×16mm；

②油路、水路出口管线尺寸Φ89×8mm改为Φ114×16mm；Φ60×6mm改为Φ76×12mm；

③气路出口管线尺寸Φ168×10mm改为Φ168×12.5mm。

（3）管线连接改造

焊接弯管改为直角法兰弯头，连接方式改为法兰连接，原转弯处管线壁厚由7mm提升至40～50mm。

图1-3 分离器改造前示意图                图1-4分离器改造后示意图

说明：蓝色为进口管线，黄色为气路出口管线，绿色为水路出口管线，棕色为油路出口管线。

3 应用情况

目前改造后的测试分离器在四川威荣页岩气工区、重庆永川工区等多个平台井进行了应用，在日产天然气20万方、日产液80-220方、单井出砂量50-80方的工况下，改造后的测试分离器共作业了106天，各阀件开关灵活、管件未见刺蚀，运作正常，达到改造效果。

4 结论

1、通过改进FISHER阀材质、管线材质，加大管径和壁厚，改进焊接弯管为直角法兰弯头，有效提升了测试分离器FISHER阀、管线的抗刺蚀性，提升了设备本质安全，降低了测试分离器冲蚀爆管的安全风险。

2、通过提升测试分离器FISHER阀、管线的抗刺蚀性，满足了测试分离器在页岩气工区大液量、大砂量的工况下，从开井排液至后期采输全程使用分离器的生产要求。

参考文献：

1、[1]王雷,谢奎,刘卓旻.威远区块页岩气试采分离器工艺管线腐蚀原因及防治对策[J].天然气技术与经济,2021,15(04):35-40.

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