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(shù)研究，不僅分離效果完全達到所要求的技術(shù)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(fā)利用起到了重要作用。

關(guān)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(qū)庫車縣境內(nèi)，其油藏流體類型復(fù)雜、埋藏深（5000m以上）、地層壓力高（50MPa），是特殊類型的油氣藏，開發(fā)難度大，技術(shù)含量高，是目前已開發(fā)的國內(nèi)最大的、唯一的高壓、高產(chǎn)凝析氣田，是第一個采用循環(huán)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(guī)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(shè)計壓力（52MPa）也都創(chuàng)下了國內(nèi)外之最，要開發(fā)建設(shè)好這樣的凝析氣田，需要解決一系列技術(shù)難題。由于井口壓力高，凝析油產(chǎn)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(guān)鍵設(shè)備—計量、生產(chǎn)分離器壓力很高，設(shè)計壓力達12.6 MPa，屬高壓容器，而高壓容器在選材、設(shè)計、制造、檢驗和驗收等方面要求非常高，需要解決很多技術(shù)難題才能滿足要求，而且結(jié)構(gòu)上采用一般油田常規(guī)的分離元件，達不到理想的分離效果。因此要實現(xiàn)地面復(fù)雜工藝技術(shù)設(shè)計的關(guān)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(chuàng)新。

二、分離器現(xiàn)狀

在遼河油田的地面集輸工藝中，計量、生產(chǎn)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(shù)壓力為4.0 MPa，屬中低壓容器，其常用的規(guī)格已成為定型設(shè)備，其適用的常規(guī)分離元件，分離效果比較好，技術(shù)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(shè)計壓力達12.6MPa的高壓容器，若殼體材料選用常規(guī)Q345R鋼板，殼體壁厚達到70mm，由于軋制原因常規(guī)的厚板質(zhì)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(fù)雜，是容器的薄弱環(huán)節(jié)，尤其是焊縫熱影響區(qū)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(huán)節(jié)，焊接接頭處的韌性儲備下降;另外，高壓容器的應(yīng)力狀態(tài)是三向應(yīng)力狀態(tài)，且周向應(yīng)力和徑向應(yīng)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(yīng)力狀態(tài)，二者計算模型和失效形式也有很大區(qū)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(guī)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(shè)備造價太高，所以如何找到一種質(zhì)優(yōu)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(guān)鍵。

三、主要技術(shù)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(guī)的分離元件，達不到理想的分離效果，因此高壓容器結(jié)構(gòu)設(shè)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(guī)技術(shù)要求的Q345R材料難以保證厚板的質(zhì)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(yīng)力狀態(tài)的不同，常規(guī)的開孔補強方法已不適用，必須研究在相應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)下的安全可靠的開孔補強方法。

4 方案確定

針對上述技術(shù)問題，課題組進行了大量的調(diào)查研究，文獻檢索，并與國內(nèi)多家高壓容器設(shè)計、制造單位進行了技術(shù)交流，了解最新的技術(shù)動態(tài)，對現(xiàn)狀有了清楚的認識。在此基礎(chǔ)上，課題組制定了多種方案，經(jīng)過方案評審后確定了優(yōu)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(guān)課題-油氣水分離處理成套裝置中開發(fā)的高效聚結(jié)元件PERFORMAX（改進型）板，捕霧段采用不銹鋼絲網(wǎng)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(yōu)于Q345R的鋼種。該方案得到了工藝專業(yè)和業(yè)主的認可。

5 開孔補強技術(shù)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(yīng)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(jié)構(gòu)的連續(xù)性，在工藝操作條件下，接管處將產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力，開孔邊緣會出現(xiàn)很高的應(yīng)力集中，形成了壓力容器的薄弱環(huán)節(jié)。因此，設(shè)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(yōu)越得多，它將補強面積集中在應(yīng)力最高點，充分利用補強面積，使補強更經(jīng)濟、合理，使殼體厚度減薄，減少投資。

四、結(jié)論

高壓凝析氣分離器的研制和成功運用，驗證了整臺設(shè)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(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)起到了重要作用，總體技術(shù)水平達到國內(nèi)同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平，國外同類產(chǎn)品先進水平。該項目獲2007年度石油天然氣集團公司優(yōu)秀設(shè)計獎、2008年國家優(yōu)秀工程設(shè)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(xué)歷，現(xiàn)從事化工設(shè)備與機械設(shè)計工作。