气体钻井地面分离系统的现场试验研究

气体钻井地面分离系统是用来回收环空返回到地面的携岩气体.为检验气体钻井地面分离系统的现场适应性能以及对钻井操作的影响,在气体钻井现场进行现场试验.试验结果表明:两级旋风分离器分离总效率维持在99.8%以上,分离性能高效稳定;过滤器出口浓度在0.02～0.05 mg/m3之间,且出口气体中粉尘最大粒径小于5 μm,完全能够达到回收利用的要求.该地面分离系统的使用对气体钻井立管压力影响较小,证明井口携岩气体回收利用可行.     

天然气钻井气体回收设备的研制

天然气钻井过程中,井筒返回至地面的携岩天然气直接放燃,这样既浪费能源又污染环境。为了回收井筒返回至地面的携岩天然气,研究了天然气回收工艺,设计了由一级分离器、二级分离器、缓冲罐和过滤器组成的回收设备。一级分离器起预分离的作用,具有分离效率高、防粘壁、防返混的特点;二级分离器利用导叶式旋分管做分离元件。两级分离器能够除净气体中粒径大于7μm的钻屑颗粒。一级和二级分离器均采用液体输送方式进行连续排料。过滤器选用了外层玻璃纤维滤芯加内层金属纤维滤芯的双层复合滤芯,过滤分离效率可达99.8%以上,能够除净气体中粒径大于5μm的钻屑颗粒,可以保证过滤后的气体达到压缩机的进气要求。该回收设备不仅适用于天然气钻井中的携岩天然气回收,同时适用于其他气体钻井过程中携岩气体的净化和回收。     

气体钻井地面分离器撬装技术

现行气体钻井工艺都是将井筒携岩气体直接排放或放燃,既污染环境又浪费能源,对于成本较高的钻井介质氮气或者天然气,钻井成本更高.为了回收钻井介质氮气或者天然气,设计了气体钻井地面分离工艺和分离器撬装,分离器撬装由一级、二级旋风分离器、料罐、缓冲罐及料罐液位自控系统组成.料罐的排料系统可以循环利用井场污水池中的污水进行液体输送,节约了成本.在缓冲罐上设计了安全阀,当分离器撬装压力超过设计压力时,可以对分离系统进行卸压.该分离器撬装具有分离效率高、自动连续排料的特点,而且便于运输和现场安装.气体钻井现场应用结果表明,该分离设备分离效率能够稳定地维持在99.6%以上,过滤器净化后的气体完全可以达到进入压缩机进行回收的要求.     

气体钻井分离设备液体排料临界流速的影响因素分析

现行气体钻井存在污染环境、浪费能源等问题。为了回收钻井介质氮气或者天然气,设计了气体分离设备和液体排料方案;为了使气体钻井地面分离设备液体排料系统能够连续工作,必须要保证排料速度大于排料,临界流速。运用R．Durand临界流速计算公式分析得出,在设备结构确定以后,排料临界流速随着井口钻屑粒径、排料流体体积分数的增加而增加。通过对井口钻屑粒径影响因素的分析和排料流体体积分数的计算,将排料临界流速与钻井工况参数进行了关联,得出排料,临界流速随着注气量、钻井速度、分离器分离效率的增加而增加;随着井深、岩层硬度和孔隙率的增加而减小。     

焦化塔顶油气分离用旋风分离器分离性能实验研究

为了研究颗粒入口数量对旋风分离器分离性能的影响,以延迟焦化工艺的焦化塔顶油气除焦为背景,在一套旋风分离器冷模实验装置上,研究了不同焦粉颗粒入口质量浓度和入口体积流量对单切、双切2种旋风分离器总分离效率、粒级效率和压降的影响。实验结果表明,2种旋风分离器的总分离效率均随入口质量浓度的增大而升高,随入口体积流量的增大先升高后降低;2种旋风分离器粒级效率均随颗粒粒径的增大先降低后升高;2种旋风分离器的压降均随入口体积流量的增大而升高,但随入口质量浓度的增大而降低。当入口体积流量为85 m³/h、入口质量浓度为30 g/m³时,单切旋风分离器最佳总分离效率在98.89%,压降为710 Pa,临界粒径为6μm;入口体积流量为95 m³/h、入口质量浓度为24 g/m³时,双切旋风分离器最佳总分离效率在99.16%,压降为1 110 Pa,临界粒径为3μm。     

天然气钻井气体回收装置设计探讨

针对天然气钻井没有气体回收设备,采用放空燃烧产生巨大浪费的现象,在调研的基础上确定了天然气钻井气体回收的工艺流程,在理论上建立了回收效率的计算模型,且进行了分离效率的推算。根据国内油田天然气钻井的现状,开发了一种高效、实用的天然气钻井气体回收装置,该装置由旋流分离器、过滤器、沉砂罐、控制阀组等部分组成,其处理量达120m3/min。     

气体钻井地面分离设备液体排料系统的设计研究

目前,氮气、天然气欠平衡钻井过程中将由井筒返回至地面的气体进行直排放燃,这样既污染了环境,又浪费了能源,增加了钻井成本.为此,设计了一套气体钻井地面分离系统对由井筒返回至地面的气体进行回收,并对分离设备的排料系统进行了设计研究.为充分回收气体并保证连续排料,采用了液体排料的方案.液体输送需要保证排料速度大于临界流速,而临界流速与所输送固体的粒径有关,通过调研和采样分析,掌握了井口钻屑粒度分布范围,确定采用相应的B.C.克诺罗兹公式计算排料临界流速.同时,为了达到带压锁气排料的目的,设计了料罐液位自控方案.最后,针对气体钻井的实际工况对排料系统进行了实例设计,并进行了排料系统携岩排料能力试验,证明所做的设计可行.     

催化裂化装置油浆固体质量浓度升高原因分析及对策

针对某石化公司3.3 Mt/a催化裂化装置在第1个运行周期内出现油浆固体质量浓度升高的现象,分析了油浆细粉变化规律以及沉降器催化剂跑损原因,并采取相应处理措施。结果表明:当油浆细粉粒径＞20~40 μm颗粒增加,是由于平衡剂细粉含量升高导致的催化剂跑损;当粒径40 μm以上的大颗粒明显增加,则是由于沉降器旋风分离器分离效率下降导致的催化剂跑损;降低油浆固体质量浓度的有效措施为:通过控制喷嘴线速度不大于95 m/s,减少原料油对催化剂的冲击破碎;控制新鲜剂及助剂粒径小于40 μm的细粉粒度分布不大于13%,磨损指数偏差不大于0.2 %/h,防止2种剂相互摩擦破碎,减少平衡剂细粉含量;改善沉降器旋风分离器分离效率,清理重锤阀结焦,避免料腿窜气,防止催化剂跑损。     

基于FLUENT软件分析旋风分离器的结构优化

为了提高旋风分离器的工作性能,以Stairmand型高效旋风分离器为基础模型,利用FLUENT软件中RNG k-ε模型对传统旋风分离器和带螺旋导流装置的旋风分离器进行数值模拟,从速度分布和分离效率两方面分析了两种旋风分离器的分离性能,分析结果证明带螺旋导流装置的旋风分离器的分离性能强于传统旋风分离器,能够完成粒径小于5μm微细颗粒的分离任务,为旋风分离器的结构优化提供了参考。     

火烧山北部石炭系推覆体气体钻井技术

火烧山北部（简称火北）石炭系推覆体厚度超过1 000 m,机械钻速低,为了提高钻速,在火北021井和火北022井进行了气体钻井技术试验。为了确保气体钻井的顺利实施,利用邻井钻井/测井资料建立了地层三压力剖面,根据地层三压力剖面进行了井眼稳定性评价,通过优选井身结构封隔不稳定地层,利用环空钻屑传输比计算最佳注气量。试验结果表明,火北地区石炭系推覆体适用于气体钻井技术,气体钻井的平均机械钻速达到5.37 m/h,较邻井同井段常规钻井提高4倍左右,钻井周期大幅缩短。这表明,火北地区应用气体钻井技术可以提高钻速,能为加快该地区致密油的勘探进程提供技术保障,同时也为准噶尔盆地火山岩地层钻井提速积累了宝贵经验。      

0.5Mt/a重油催化裂化装置三旋的技术改造

针对催化裂化能量回收装置高温烟气轮机(简称烟机)出现的故障,采用中国石油大学(华东)开发的新型导叶式旋风分离技术,提出了新型高效低阻型立管多管式三旋的改造方案。三旋出口烟气在线采样催化剂浓度与粒度分析表明:改造后三旋入口烟气中催化剂平均质量浓度为362.8 mg/m3(工况下湿基),主要是40μm以下的颗粒,其中10μm以下的颗粒占30%～50%,细颗粒含量较高;改造后三旋出口烟气中催化剂平均质量浓度为31.8 mg/m3(工况下湿基);已完全没有10μm以上的大颗粒,工况下三旋的总效率为91.2%。改造后烟机入口催化剂质量浓度及粒度指标远远低于控制指标,三旋分离性能指标完全达到烟机入口烟气的净化要求,保证了烟气轮机长周期安全运行。     

气体钻井钻具冲蚀磨损试验装置

针对现有冲蚀磨损试验方法和试验装置不能模拟实际气体钻井过程气体携岩冲蚀钻具的问题,开发了气体钻井钻具冲蚀磨损试验装置。该装置由风机、送风管、加料管、混合室、加速管、试验管、连接管、旋风分离器、尾管、水箱、气体流量计等组成。它能模拟气体钻井过程中,不同气体排量、机械钻速等钻井工艺参数及不同属性岩屑对钻具冲蚀磨损的情况,具有结构简单、管道封闭、不污染环境、运行噪声小等特点;也可以开展管道气固两相流的相关试验研究。     

BSX新型三级旋风分离器在催化裂化装置上的应用

介绍了BSX新型三级旋风分离器(三旋)在中国海洋石油总公司惠州炼油分公司1.2 Mt/a催化裂化装置上的应用情况。应用结果表明:采用BSX新型三旋,三旋出口(烟气轮机入口)粉尘浓度平均值为70.5 mg/m~3,低于烟气轮机入口粉尘浓度控制指标(≤200 mg/m~3);三旋出口的粉尘粒径分布为:小于1μm的颗粒占46.2%;小于2μm的占72.3%;小于3.49μm的占90%;小于7.0μm的占99.2%,远低于烟气轮机入口粉尘粒度控制指标。为烟气轮机的长周期安全运行提供了保障。     

螺线型旋风分离器的结构改进研究

采用螺线型旋风分离器实验装置,考察了排气管插入深度、螺线通道延伸段对螺线型旋风分离器分离性能的影响。结果表明,随着排气管插入深度的增加,螺线型旋风分离器的分离效率先增后减,当排气管的插入深度与进气口高度相等时,分离效率最高;添加螺旋通道延伸段,可在压力降不变的情况下有效提高分离器的分离效率。在本实验条件下,与普通螺线型旋风分离器相比,在相同压力降时,改进后的螺线型旋风分离器分离效率可提升6%~10%,能除尽10 μm以上的颗粒,对2 μm以下的超细颗粒也有较好的捕集效果。基于边界层分离理论,建立了螺线型旋风分离器的粒级效率计算公式,计算值与实验数据吻合性较好。     

轴流式气-液旋流分离器分离特性

针对内部设有中心体的轴流式气-液旋流分离器,根据液滴在分离器内部旋流场的受力情况,建立分离器分离效率模型。实验发现,当液滴直径大于10 μm时,通过理论模型求得的液滴粒级分离效率与实验值吻合较好;在一定气速范围内,减小导流叶片出口角、增加中心体直径以及减小排气管直径均能够提高分离效率,即对于一定结构的分离器,存在相应的临界气速能够使分离器的分离效率达到最大值,随气速继续增大,分离效率呈下降趋势。根据实验结果提出分离器在不同工况下的设计准则,当气速高于临界气速时,为保证分离器分离效率,维持较低压降,设计导叶出口角为45°,中心体直径与筒体直径比为0.5,排气管直径与筒体直径比为0.85,分离器长度与筒体直径比为3。当入口气速低于临界气速时,可根据理论模型对分离器结构参数进行调整。     

天然气藏欠平衡水平井钻井技术在HW801井的应用

HW801井是新疆油田第1口采用欠平衡方式实施的天然气藏大位移水平井,也是新疆油田首次部署水平段长达1000 m左右的水平井。长水平段延伸钻进中存在钻具摩阻、扭矩大,井眼净化困难,容易形成岩屑床,轨迹控制效率和精度低,采用液相欠平衡控压钻井作业,如何有效实现井控目标等技术难题。通过优化钻具组合和钻井参数,保证了钻压的有效传递,井眼轨迹平滑;FJQ-245型井下封井器和双节流管汇的合理应用,实现了三开全套欠平衡钻井作业;利用固控设备来控制好钻井液性能,以"净化"保"优化",满足有效携岩的要求。通过解决以上难题,HW801井安全钻进至井深3358 m,其中水平段长1051.92 m,为以后欠平衡大位移水平井钻井提供了成功经验。     

催化裂化装置四旋分离系统内气相流场的数值研究

采用雷诺应力模型(RSM)对两种催化裂化装置四旋分离系统内气相流动的三维流场进行数值模拟,分析了两种第四级旋风分离系统（简称四旋）内气相流场的特点。结果表明：在传统式结构中,储料罐内部分区域气流向上运动,不利于颗粒沉降,料腿内产生气流反窜现象,四旋内存在偏流,影响颗粒输送,结构设计不合理是导致颗粒堵塞的主要原因;改进式结构中,储料罐内气相速度很小,有利于颗粒沉降,料腿中周期性的二次涡影响颗粒的气力输送,可能对壁面产生磨损,四旋分离空间内流场稳定,有利于颗粒分离,改进式结构可以有效避免颗粒堵塞现象的发生。两种结构内部气相流场的对比为合理设计四旋分离系统结构提供了参考依据。