分离器磁浮子液位计浮子发生卡阻的原因及对策
返回列表发布日期：2019-12-24 14:44:59 |
摘要：针对磁浮子液位计在使用过程中浮子发生卡阻导致显示失准的现象，通过分析查找出存在问题的原因，并从现场管理和设备本身的改进上提出了解决问题的方法及改进建议，取得了良好效果。可对类似工况条件下使用的磁浮子液位计在故障处理和液位计结构改进上提供参考。
引言
GST 气田灯四气藏于 2014 年正式投入开采，至2018 年底共投产气井 25 口，集气站 5 座。生产过程中，当生产现场环境温度较低的季节，单井和集气站分离器上使用磁浮子液位计多次发生卡阻导致显示失准的故障。经对液位计筒体、浮子等进行清洗，能短暂恢复正常，但有效时间均较为短暂，一般长则半月短则三两天又会再次发生，严重地干扰到对气井产水量的有效监控及自控排液系统的运行。
本文通过在生产现场对发生卡阻现象的多列磁浮子液位计进行故障的查找和原因分析，结合现场情况采取了相应的解决措施，取得了较好的效果。对确保气井正常生产具有重要意义。
1 磁浮子液位计结构原理
1.1 磁浮子液位计结构
磁性浮子式主要由主导管、磁浮子、上下引流管、排污阀、带刻度尺的磁翻板、检测杆等构成。磁浮子安装于主导管内，主导管内下部有缓冲弹簧，上部有泄压堵头。
1.2 磁浮子液位计工作原理
磁浮子液位计是根据连通器原理和磁性耦合作用原理工作的。磁浮子液位计通过上下引流管连接法兰、上下控制阀与被检测的分离器相连接，与分离器形成一个互通结构。当分离器内液位高于液位计下引流管口时，分离器内液体进入磁浮子液位计主导管，主导管内浮子随分离器液位升降而升降，浮子内的磁钢通过磁耦合作用驱动磁翻板上的红、白翻柱翻转 180°，当液位上升时，翻柱由白色转为红色，当液位下降时，翻柱由红色转为白色，磁翻板上的红、白界位处为容器内介质液位的实际高度，从而实现分离器液位的就地显示。
同理，安装有检测杆的液位计，检测杆内部电器元件在浮子磁钢作用下，产生电流的变化，这种变化被转化为数字信号，可实现液位信息的就地显示和远程传送，用于液位监控、报警或对排液装置的自动控制。
2 卡阻原因分析
分离器液位计浮子发生卡阻后，主要表现为磁翻板显示停顿在某一示值，不论分离器内液位如何变化，显示值始终保持不变或变化较小，不能真实反映分离器内液位的变化情况。
在实际处理时，一般情况下，通过关闭液位计上下引流管控制阀后，开启主导筒下端排污阀进行排污，观察浮子位置变化情况。当浮子能随主导筒内液位下降而下降，且开启控制阀后浮子能随分离器液位变化而变化，表明故障处置成功。但对于该气田上使用的磁浮子液位计而言，这种处置方式经常失效，主要表现为以下两种情况 ：一是磁浮子显示不变，即磁浮子仍停留在原卡阻位置 ；二是磁浮子随主导管内液位下降而下降，但开启控制阀后磁浮子不会随主导管内液位上升而上升，故障问题不能得到解决。此时，需关闭控制阀，拆卸主导管下部法兰，取出磁浮子，对磁浮子和管内进行清洗后才能恢复正常。由于清洗期间只能根据经验对分离器液位进行监控，以及清洗后故障仍可能随时发生，对气井产液情况的监控造成了较大影响。
2.1 故障发生的主要原因
2.1.1 主要卡阻物分析
从生产现场磁浮子液位计的安装位置分析，固体物质一般难于进入液位计主导管内，清洗时发现磁浮子表面及主导管内壁粘附有大量稠状物，未发现表面结垢及水合物存在现象，故排除结垢或水合物冻堵导致磁浮子卡阻的原因。进入主导管内的物质应为气井所产液体中的悬浮物，或因温度变化而发生凝结的稠状物。故导致磁浮子卡阻的主要物质应为该类似黄油状灰黑色粘稠物，其附着力较强，采用常温（在发生卡阻季节时环境温度一般在 10 ℃左右）水洗方式很难将其清洗干净，当采用 40 ℃以上的温热水清洗时，能比较容易清洗。经化验分析，该粘稠物为气井试油酸化时未排尽的残酸及酸与地层岩石反应生成物。当温度较高时，其粘度较低。当温度较低时，其粘度随之增加，导致分离器液位计在环境温度较低的季节发生卡阻的故障频率上升。
2.1.2 采用常规排液冲洗不能排除故障的原因
在一般情况下，磁浮子液位计发生卡阻现象，只需要反复开关几次主导管下部的排污阀进行短暂的排污冲洗，使磁浮子在主导管内产生反复位移，卡阻介质随气流被排出后即可消除故障。但在 GST 气田上使用的液位计，采用该方法时，经常发生排污通道被堵塞的现象。通过拆卸主导管下部法兰，发现导致排污通道堵塞的原因主要是由卡阻介质与液位计结构缺陷共同作用所导致。
发卡阻时，当磁浮子外壁及主导管内壁均附有粘稠状物物质，磁浮子外径仅比主导管内径小约 5~10 mm，在粘稠状卡阻介质作用下，浮子被粘附与管壁。在排污操作中，主导管内液体下降速度过小，磁浮子的重力不足以克服磁浮子与管壁的粘附力时，磁浮子仍被粘接于管壁位置，卡阻故障不能得到解除。
当磁浮子重力大于其与管壁的粘附力时，磁浮子随排污液下沉至缓冲弹簧。在实际拆卸检查过程中发现，由于个别厂家缓冲弹簧弹力过小或圆柱形弹簧直径较大，在压差作用下，磁浮子下降压缩弹簧，其下端面直接降至排污出口处。由于磁浮子两端为半圆形结构，法兰内部排污口为圆形，两者接触处形成较为严密的接触，加之沉降于主导管底部的粘稠物的密封作用，磁浮子下端面对排污口形成了堵塞，磁浮子本身被主导管内部剩余压力压紧在排污口上。在重新启用液位计时，分离器内的液体进入主导管，在主导管内外压差作用下，此时即便磁浮子被完全浸泡在液体中，其所产生的浮力也远远不能克服压差对磁浮子的下压力，磁浮子被压紧在液位计主导管底端不能上浮，故故障不能得到排除。
3 解决措施
该气田所产液体主要为反排的酸化作业液，作业液中的胶凝酸及反应生成物等在进入地面工艺流程后，由于气流温度较高且流速较快，不会对主要生产通道形成堵塞，但在液位计等流速较慢且受环境温度变化影响较大的部位，形成的稠状物会对磁浮子位移造成影响。因此，在现场采取对磁浮子液位计进行恒温电伴热加热措施，在环境温度＜ 15 ℃时，电伴热带自动启用，解决了磁浮子液位计卡阻故障问题，取得了较好效果。
4 结论及建议
（1）对于不同的气田，气井所产液体性质不尽相同，导致磁浮子液位计发生卡阻故障的原因也可能有多种，对于因环境温度下降导致液体内某些物质物性变化所引起的卡阻现象，可采用上述局部电伴热的方式加以解决。
（2）对于采用圆柱形缓冲弹簧的液位计，安装前建议更换为塔型弹簧，以免在排污时磁浮子底端面与法兰出口形成密封影响解卡措施。
（3）对于已安装使用的磁浮子液位计，在无合适的塔型弹簧更换时，可对圆柱形弹簧顶端一圈形状进行永久性变形处理，使之在被压缩后，变形处弹簧丝位于液位计主导管底法兰排污口中间位置。这样，在磁浮子下降时，其底端半圆形结构不会与排污出口形成密封，可解决排污出口被堵塞的问题。
引言
GST 气田灯四气藏于 2014 年正式投入开采，至2018 年底共投产气井 25 口，集气站 5 座。生产过程中，当生产现场环境温度较低的季节，单井和集气站分离器上使用磁浮子液位计多次发生卡阻导致显示失准的故障。经对液位计筒体、浮子等进行清洗，能短暂恢复正常，但有效时间均较为短暂，一般长则半月短则三两天又会再次发生，严重地干扰到对气井产水量的有效监控及自控排液系统的运行。
本文通过在生产现场对发生卡阻现象的多列磁浮子液位计进行故障的查找和原因分析，结合现场情况采取了相应的解决措施，取得了较好的效果。对确保气井正常生产具有重要意义。
1 磁浮子液位计结构原理
1.1 磁浮子液位计结构
磁性浮子式主要由主导管、磁浮子、上下引流管、排污阀、带刻度尺的磁翻板、检测杆等构成。磁浮子安装于主导管内，主导管内下部有缓冲弹簧，上部有泄压堵头。
1.2 磁浮子液位计工作原理
磁浮子液位计是根据连通器原理和磁性耦合作用原理工作的。磁浮子液位计通过上下引流管连接法兰、上下控制阀与被检测的分离器相连接，与分离器形成一个互通结构。当分离器内液位高于液位计下引流管口时，分离器内液体进入磁浮子液位计主导管，主导管内浮子随分离器液位升降而升降，浮子内的磁钢通过磁耦合作用驱动磁翻板上的红、白翻柱翻转 180°，当液位上升时，翻柱由白色转为红色，当液位下降时，翻柱由红色转为白色，磁翻板上的红、白界位处为容器内介质液位的实际高度，从而实现分离器液位的就地显示。
同理，安装有检测杆的液位计，检测杆内部电器元件在浮子磁钢作用下，产生电流的变化，这种变化被转化为数字信号，可实现液位信息的就地显示和远程传送，用于液位监控、报警或对排液装置的自动控制。
2 卡阻原因分析
分离器液位计浮子发生卡阻后，主要表现为磁翻板显示停顿在某一示值，不论分离器内液位如何变化，显示值始终保持不变或变化较小，不能真实反映分离器内液位的变化情况。
在实际处理时，一般情况下，通过关闭液位计上下引流管控制阀后，开启主导筒下端排污阀进行排污，观察浮子位置变化情况。当浮子能随主导筒内液位下降而下降，且开启控制阀后浮子能随分离器液位变化而变化，表明故障处置成功。但对于该气田上使用的磁浮子液位计而言，这种处置方式经常失效，主要表现为以下两种情况 ：一是磁浮子显示不变，即磁浮子仍停留在原卡阻位置 ；二是磁浮子随主导管内液位下降而下降，但开启控制阀后磁浮子不会随主导管内液位上升而上升，故障问题不能得到解决。此时，需关闭控制阀，拆卸主导管下部法兰，取出磁浮子，对磁浮子和管内进行清洗后才能恢复正常。由于清洗期间只能根据经验对分离器液位进行监控，以及清洗后故障仍可能随时发生，对气井产液情况的监控造成了较大影响。
2.1 故障发生的主要原因
2.1.1 主要卡阻物分析
从生产现场磁浮子液位计的安装位置分析，固体物质一般难于进入液位计主导管内，清洗时发现磁浮子表面及主导管内壁粘附有大量稠状物，未发现表面结垢及水合物存在现象，故排除结垢或水合物冻堵导致磁浮子卡阻的原因。进入主导管内的物质应为气井所产液体中的悬浮物，或因温度变化而发生凝结的稠状物。故导致磁浮子卡阻的主要物质应为该类似黄油状灰黑色粘稠物，其附着力较强，采用常温（在发生卡阻季节时环境温度一般在 10 ℃左右）水洗方式很难将其清洗干净，当采用 40 ℃以上的温热水清洗时，能比较容易清洗。经化验分析，该粘稠物为气井试油酸化时未排尽的残酸及酸与地层岩石反应生成物。当温度较高时，其粘度较低。当温度较低时，其粘度随之增加，导致分离器液位计在环境温度较低的季节发生卡阻的故障频率上升。
2.1.2 采用常规排液冲洗不能排除故障的原因
在一般情况下，磁浮子液位计发生卡阻现象，只需要反复开关几次主导管下部的排污阀进行短暂的排污冲洗，使磁浮子在主导管内产生反复位移，卡阻介质随气流被排出后即可消除故障。但在 GST 气田上使用的液位计，采用该方法时，经常发生排污通道被堵塞的现象。通过拆卸主导管下部法兰，发现导致排污通道堵塞的原因主要是由卡阻介质与液位计结构缺陷共同作用所导致。
发卡阻时，当磁浮子外壁及主导管内壁均附有粘稠状物物质，磁浮子外径仅比主导管内径小约 5~10 mm，在粘稠状卡阻介质作用下，浮子被粘附与管壁。在排污操作中，主导管内液体下降速度过小，磁浮子的重力不足以克服磁浮子与管壁的粘附力时，磁浮子仍被粘接于管壁位置，卡阻故障不能得到解除。
当磁浮子重力大于其与管壁的粘附力时，磁浮子随排污液下沉至缓冲弹簧。在实际拆卸检查过程中发现，由于个别厂家缓冲弹簧弹力过小或圆柱形弹簧直径较大，在压差作用下，磁浮子下降压缩弹簧，其下端面直接降至排污出口处。由于磁浮子两端为半圆形结构，法兰内部排污口为圆形，两者接触处形成较为严密的接触，加之沉降于主导管底部的粘稠物的密封作用，磁浮子下端面对排污口形成了堵塞，磁浮子本身被主导管内部剩余压力压紧在排污口上。在重新启用液位计时，分离器内的液体进入主导管，在主导管内外压差作用下，此时即便磁浮子被完全浸泡在液体中，其所产生的浮力也远远不能克服压差对磁浮子的下压力，磁浮子被压紧在液位计主导管底端不能上浮，故故障不能得到排除。
3 解决措施
该气田所产液体主要为反排的酸化作业液，作业液中的胶凝酸及反应生成物等在进入地面工艺流程后，由于气流温度较高且流速较快，不会对主要生产通道形成堵塞，但在液位计等流速较慢且受环境温度变化影响较大的部位，形成的稠状物会对磁浮子位移造成影响。因此，在现场采取对磁浮子液位计进行恒温电伴热加热措施，在环境温度＜ 15 ℃时，电伴热带自动启用，解决了磁浮子液位计卡阻故障问题，取得了较好效果。
4 结论及建议
（1）对于不同的气田，气井所产液体性质不尽相同，导致磁浮子液位计发生卡阻故障的原因也可能有多种，对于因环境温度下降导致液体内某些物质物性变化所引起的卡阻现象，可采用上述局部电伴热的方式加以解决。
（2）对于采用圆柱形缓冲弹簧的液位计，安装前建议更换为塔型弹簧，以免在排污时磁浮子底端面与法兰出口形成密封影响解卡措施。
（3）对于已安装使用的磁浮子液位计，在无合适的塔型弹簧更换时，可对圆柱形弹簧顶端一圈形状进行永久性变形处理，使之在被压缩后，变形处弹簧丝位于液位计主导管底法兰排污口中间位置。这样，在磁浮子下降时，其底端半圆形结构不会与排污出口形成密封，可解决排污出口被堵塞的问题。