■ 于 波

气体钻井是目前钻速最快、最经济的钻井方式之一，具有泥浆钻井所不具备的诸多优点。气体钻井服务过程中，气源中未能分离的液态油水、输送管路中的铁锈和管线安装时意外进入的泥砂等固体颗粒，如果不及时清除，一旦进入增压机，将会导致增压机进气过滤器堵塞、气缸高温、缸头断裂、拉缸、气阀组件和活塞环损伤等现象，对增压机造成损坏，明显增加设备运行和维修成本。增压机损坏后，将进行停气操作，处理不当将导致卡钻等井下复杂情况，影响气体钻井的安全实施，同时增加气体钻井成本。因此，研制一种气体净化装置，除去增压机气源中的液、固相杂质，对于保证气体钻井增压设备的可靠性和气体钻井高效、安全的实施，已成为一项迫切的任务。

气体净化装置设计与分析

（1）根据气体钻井增压机的工作原理、结构特点、调试参数以及气体净化装置的使用环境，提出了气体净化装置的设计要求和技术指标：额定工作压力2.4MPa；额定压降≤0.1MPa；额定气体处理量60～180Nm3/min；额定净化温度100℃；分离效率≥99%；过滤精度（简称过滤度，即以微米级颗粒计数的过滤效率）≤10μm。

（2）对气体净化方法和净化设备进行了调研与分析，提出了旋风分离+挡板分离+滤芯过滤分离的三级净化方案。

（3）压缩空气过滤器的选型与设计。对压缩空气过滤器的特点、滤芯材质，使用场合、过滤效率、经济性和使用寿命进行了分析，完成了滤芯选型与设计：滤芯数量为10只(每个分离罐内5只)；滤芯材质为烧结不锈钢丝毡；单只滤芯的过滤能力为：额定处理量25Nm3/min；过滤精度10μm；过滤效率>99.5%；初始压力降<500Pa；终了压力降7000Pa；工作寿命（连续工作时间）>6000h。

（4）旋风分离器的设计。结构参数设计上，分析了旋风分离器的主要结构形式，完成了筒锥形标准旋风分离器的结构设计；旋风分离器的压降及分离效率计算，选择Stairmand模型和Barth模型分别对旋风分离器进行压降计算和分离效率计算，当气体流量为90 Nm3/min时压降6064Pa，颗粒直径为10μm时的分级效率为99.6%，达到了净化装置初级净化的设计要求。

装置样机

气体净化装置是两个并联的分离罐，该装置结构紧凑，分离效率高，有压差指示、安全泄压、手自动排污等功能，其布置图如图1所示，主要技术性能见表2。

图2 气体净化装置布置图

表2 气体钻井气体净化装置的主要技术性能

该装置实现了以下目标：(1)气体净化装置具有强制旋风分离+挡板分离+滤芯过滤分离的三级净化能力；（2）气体净化装置具有压差指示、安全泄压、手自动排污的功能；（3）并列的双分离罐配置，增加了气体净化装置对不同气量的分离效果，具有更强的现场适应性，可以满足增压机进气质量要求，减少因油水和固体颗粒杂质引起的增压机组的维护次数和故障损失，减少因为停气导致的卡钻等井下复杂情况，为气体钻井的安全顺利实施提供保障。