基于传统清管球接收器的滤杂防堵工艺设计

在海洋石油行业中，海上油气田广泛采用定期发送清管球的方式来清除积聚在海底管线内壁的泥、砂、垢、蜡、锈等杂质[1-5]。清管球在海底管线管输压差的作用下，将因刮削、冲蚀等作用产生的杂质在海底管线中推动运移至清管球接收器。清管球接收器在清管球到达后，由收球流程切换至旁路流程，进行清管球的回收。在打开清管球接收器收球筒快开盲板回收清管球前，需要给收球筒泄压并对之进行惰化处理，泄压过程中由于清管球接收器缺乏滤杂防堵功能，积聚在清管球前端的杂质会被管输介质裹挟着进入闭排系统，极易造成闭排管线堵塞，影响后续正常通球。

闭排管线的堵塞使油田面临极大安全和环保风险，清堵需要在油气田停产的条件下实施，这使油气田面临巨大的经济损失。此外，杂质流失不利于后期的刮板取样工作，还会直接影响海底管线结蜡、结垢、腐蚀、油气井地层出砂等情况的分析和判断结果。经查阅国内外文献资料发现，关于清管球接收器滤杂防堵功能的研究目前尚属空白[6-7]。文中从清管球接收器的工艺设计入手，探讨清管球接收器滤杂防堵功能的实现方式。

1 海底管线清管球接收器简介

清管球接收器由收球筒、腐蚀监测旁路、闭排流程及仪表安全附件组成，工艺流程见图1。收球筒用于实现清管球接收功能，腐蚀监测旁路用于实现海底管线的腐蚀监测，闭排流程用于实现清管球接收器的泄压及排液功能，仪表安全附件用于实现清管球接收器对各项生产参数的监测及安全保护等功能[8-12]。当海底管线处于正常生产状态时，管输介质通过腐蚀监测流程进入海上油气田下游生产处理系统，清管球接收器的腐蚀监测旁路安装的腐蚀挂片等装置可以实现海底管线的腐蚀监测。当海底管线处于清管的非正常状态时，腐蚀监测流程处于被隔离状态，管输介质通过收球筒流程进入下游生产处理系统。

图1 清管球接收器工艺流程简图

2 新型清管球接收器工艺设计

2.1 新型清管球接收器工艺设计

考虑到各类杂质的流失主要产生于收球筒的泄压以及排液过程当中，因此在进行新型清管球接收器的工艺设计时主要从收球筒的工艺设计入手，通过改造传统清管球接收器工艺，实现清管球接收器的滤杂防堵功能。

清管球接收器收球筒结构剖示图见图2。

  

图2 收球筒结构及其局部结构改造方案示图

改造在图2中B部位进行，改造时，在收球筒靠近快开盲板一端与闭排系统管线连接处对清管球接收器实施扩孔处理，并在孔中焊接过滤槽，用变径管将过滤槽接入清管球接收器的闭排系统管线。过滤槽中设置过滤器，过滤槽、过滤器分别设置过滤槽台阶和过滤器台阶。过滤器通过过滤器台阶坐封在过滤槽台阶上，过滤器内径比过滤槽台阶内径略小，过滤器台阶宽度比过滤槽台阶宽度略小，方便从过滤槽中取出和装回过滤器，过滤槽台阶的顶部平面位于清管球接收器扩孔处最低点以下，且在过滤器安装到过滤槽台阶上后，过滤器台阶的顶部平面不超过扩孔处最低点，这样可避免过滤器台阶在清管球经过时损伤清管球，过滤器为侧面与底部均设有滤孔的圆筒状金属滤网，过滤器顶部还设置有十字把手，方便过滤器的取放操作，在闭排系统管线入口处设置有隔离球阀。

2.2 滤杂防堵功能工作原理及操作方法

2.2.1 工作原理

在清管球泄压、排液操作过程中，在收球筒与闭排系统(常压)的压差及其自身重力作用下，收球筒内流体经过过滤器进入闭排系统管线中。过滤器位于闭排系统管线前的流体流通截面上，其侧面及底面均为过滤网。流体中的液体、气体和泥、砂、垢、蜡等杂质通过过滤网时受到不同的流动阻力。相对泥、砂、垢、蜡等杂质，液体和气体受到的阻力很小。流体经过过滤器时，液体和气体会顺利通过过滤网进入闭排系统管道，而泥、砂、垢、蜡等杂质则会被过滤网截留，此过程既是对流体的过滤除杂，也是对泥、砂、垢、蜡等的收集，能极大减少闭排系统管道的堵塞机会，也能避免杂质损失，使清管球接收器具有滤杂防堵功能和杂质自动取样功能。

2.2.2 操作方法

回收清管球时，先打开靠近快开盲板端的后端隔离球阀排液泄压，待流体中的滤液及气体进入闭排系统管线，而泥、砂、垢等杂质堆积在筒状过滤器内后，再打开前端隔离球阀进一步泄压排液，完成泄压及惰化操作以后，隔离关闭前端球阀和后端球阀，打开快开盲板进行清管球回收，然后通过筒状过滤器的十字把手取出筒状过滤器。收集截留在过滤器内的杂质并妥善保存，清洗筒状过滤器的滤网，然后回放筒状过滤器，从而实现重复使用。

3 新型清管球接收器应用效果

南海西部海域某海上油田一条海底管线在清管球回收过程中一直未有效取到杂质，另外一条海底管线则由于杂质过多导致闭排系统管线出现堵塞，在通球后清管球回收操作过程中，压力无法完全释放，收球筒内部的物流也无法彻底排放，使清管球回收过程面临很大的操作安全风险和环保隐患。将新型清管球接收器应用到这2条海底管线进行试点，试用结果表明，之前未有效取到杂质的海底管线取样完整，取样分析结果与海底管线结垢及该油田所辖井口平台地层出砂评价结果吻合良好，借助取样对相关指标实施动态跟踪也为油田生产的决策提供了参考。堵塞的管道在应用新型清管球接收器后，再未发生过闭排管线的堵塞情况，消除了安全及环保隐患，避免了潜在的停产清堵经济损失。

4 结语

对传统清管球接收器实施工艺改造，使之升级成为具备滤杂防堵功能和自动取样功能的新型清管球接收器[13-15]。改造过程中的扩孔处理会影响收球筒的强度指标，应用在新型清管球接收器时应重新校核收球筒的各项强度指标。油田现场应用结果表明，新型清管球接收器有效防止了泥、砂、垢、蜡等杂质堵塞闭排管线，避免了杂质损失，提高了海底管线结蜡、结垢、腐蚀、油气井地层出砂等情况分析和判断的可靠性，其研究对于海上油气田，特别是易出砂油气田的海底管线运营和维护具有借鉴意义。