孫興梅，蔡廣新

（1.承德江鉆石油機械有限責任公司，河北 承德067000；2.承德石油高等?？茖W校，河北 承德067000）

泥漿氣體分離器是鉆井過程中對來自節(jié)流管匯中的氣侵鉆井液進行凈化處理，除去混入鉆井液中的空氣與天然氣，回收初步凈化的鉆井液的專用設備。本文從該產(chǎn)品實際應用出發(fā)，對產(chǎn)品存在的一些問題進行探討，希望設計、制造、使用該產(chǎn)品的各方專家發(fā)表自己的觀點，以使該產(chǎn)品設計更合理，使用、管理更方便。

1 產(chǎn)品介紹

1.1 產(chǎn)品結構

分離器為立式容器，主要由容器、支腿、進出口管線、梯子等組成。容器上的主要開孔有氣液進口、氣出口、液出口和人孔，容器內(nèi)部有防沖板、螺旋板、折流板等。

1.2 分離原理

來自節(jié)流管匯的氣侵鉆井液，通過液氣分離器的進液管線，從罐頂注入罐中；氣侵鉆井液以較大的速度撞擊擋板，使鉆井液中含有的氣泡破碎釋放，之后鉆井液薄層流過金屬表面，流動阻力可產(chǎn)生紊流將這些氣泡帶到表面從而分離。分離出的氣體從分離器排氣管線排出，并引至距井口75 m以外點燃；沉積在罐底的鉆井液則經(jīng)液出口排出并引至鉆井液凈化系統(tǒng)進一步凈化處理。

1.3 設計技術參數(shù)

工作介質(zhì)：含 H2S、CO2的水基、油基泥漿，壓裂液等。

壓力等級（MPa）：0.6、1、1.6、2.5、4

設計溫度：≤100℃

容器容積（m3）：1.91、2.57、5、6.95、7.49

1.4 現(xiàn)場連接

圖1為鉆井過程中節(jié)流管匯、分離器的實際連接狀態(tài)。圖中分離器的氣液進口通過管線與節(jié)流管匯出口相連，分離出的氣體通過氣管線引至距井口75 m以外點燃；分離出的液體通過排液管線進入振動篩或泥漿罐（池），在容器與氣管線、容器與泥漿罐之間沒有裝設閥門，容器頂部通過管線與大氣連通，容器下部排出的泥漿與泥漿罐（常壓）連通，也就是說該容器在運行狀態(tài)下是一個敞口容器，自然也應該是一個常壓容器?；谶@樣的使用狀況，該分離器作為壓力容器進行設計和制造，似有欠妥之處。

圖1 泥漿氣體分離器使用現(xiàn)場連接示意圖

2 對相關問題的思考

2.1 安全閥問題

分離器的設計、生產(chǎn)、制造、檢驗、驗收等一系列工作都是按壓力容器的管理程序執(zhí)行的，受特種設備監(jiān)察機構的監(jiān)管。在分離器的設計中一般都裝設了安全閥，它的整定壓力一般在工作壓力與設計壓力之間，在用戶的訂貨協(xié)議中工作壓力一般有3.5 MPa、2.5 MPa、1.0 MPa、0.7 MPa等等，制造廠則按對應的標準壓力等級設計，但這只是表明容器的承壓能力，實際的操作壓力就是常壓，即1個標準大氣壓（1 at m）。介質(zhì)在容器上游的壓力是通過節(jié)流管匯中的節(jié)流閥控制的，通過容器釋放后壓力會降至常壓，否則是難以實現(xiàn)氣、液分離的。現(xiàn)場也出現(xiàn)過失控狀況：也就是容器上游壓力過高，致使介質(zhì)在容器內(nèi)沒有足夠的滯留時間，不能分離而直接通過排氣口、排液口溢出，這是事故，不是正常的工作狀態(tài)。由此可見，該容器上安全閥的裝設只是一個擺設，它沒有打開的可能，也就是沒有工作的機會，它起不到安全泄放的作用，因此作者認為泥漿氣體分離器上設置安全閥是不合理的 。

2.2 硫化氫問題

大多數(shù)分離器技術協(xié)議中要求分離器的主要承壓元件所用金屬材料符合NACE MR 0175－2002的規(guī)定。圖2是 MR 0175－2002中的酸性系統(tǒng)圖。圖中H2S在氣體中的百萬分率（PPM）小于100，總壓力小于400 psi（2.76 MPa）的區(qū)域內(nèi)是非硫化應力裂紋區(qū)域，我們的分離器大多數(shù)在這一區(qū)域，所以是安全的，更何況分離器是敞口工作（常壓 ），MR 0175中1.3.2.1條是：當總壓力低于0.4 MPa時不必應用 MR 0175。所以容器材料的硫化物應力開裂問題不必考慮過多，在SY／T 0515－2007《分離器規(guī)范》附錄B中關于硫化氫是這樣描述的：1）硫化氫尚未確定無腐蝕的下限，只要有硫化氫存在，就應考慮腐蝕問題；2）當系統(tǒng)總操作壓力（絕對壓力 ）低于0.45 MPa（65 psia）或硫化氫分壓低于0.3 KPa（0.05 psi）時，可不考慮硫化物應力開裂問題。綜上所述，對鉆井過程中使用的泥漿氣體分離器而言，筆者認為設計時應忽略硫化氫應力開裂。

圖2 MR0 175－2002酸性系統(tǒng)圖

2.3 處理量問題

常有用戶在配置分離器時，咨詢103 MPa～35 MPa、103 MPa～70 MPa的管匯各配置之多大的分離器。在這個問題上，用戶的認識存在一個誤區(qū)。分離器的配置與管匯的壓力、通徑?jīng)]有必然的聯(lián)系，而是與要處理的氣體、液體量有關。分離器的氣體處理能力取決于液體在容器中的滯留時間和液－氣界面面積，只有使液體有足夠長的滯留時間和足夠的界面面積才能使液體中夾帶的氣體充分逸出；而筒體的有效長度決定了分離器的液體處理能力。依據(jù) API Spec 12 J和SY／T 0515－2007中分離器的定尺計算，現(xiàn)將我公司常規(guī)分離器（操作壓力0.1 MPa，操作溫度20℃，流動泥漿密度1.08 Kg／c m3，滯留時間1 min）的處理能力列表（見表1），僅供選型時參考。

表1 常規(guī)分離器處理能力

3 結論及建議

1）泥漿氣體分離器在運行狀態(tài)下就是一個敞口常壓容器，為了降低設計、制造、使用成本，建議對該設備按常壓容器進行設計、制造和使用管理。

2）從泥漿氣體分離器的工作狀態(tài)考慮，設計時可忽略H2S應力開裂的影響，不設置安全閥。

［1］張榮蘭，靳國輝，羅星環(huán)，等.SY／T0515－2007，分離器規(guī)范［S］.

［2］NACE MR0175－2002，油田設備用抗硫化應力裂紋的金屬材料［S］.