川南页岩气开采中分离器排污系统的冲蚀分析及改进方案

在页岩气开采过程中，井里采出的页岩气会携带大量的砂粒等杂质，在经过分离器气液分离之后，底部携砂污水在高压驱动下，会使高速流动的砂粒对排污阀造成严重的冲蚀。针对该问题，以川南长宁地区某生产井为例，建立相应CFD模型，基于ANSYS Fluent求解器，针对不同压力、砂质量流量和颗粒特性条件下，对排污阀的冲蚀情况进行模拟分析。模拟结果表明：①当分离器运行压力越大，砂量质量流量越大，冲蚀速率及年冲蚀厚度逐渐增大，并呈现线性相关关系；②当颗粒形状系数越小，砂粒粒径越大，冲蚀速率以及年冲蚀厚度急剧增大。③运行压力为1.5MPa~5.5MPa时, 年冲蚀厚度为8.6mm~76.1mm，根据行业标准得知目前的排污系统存在快速减薄穿孔现象。为此提出了一种新型的排污系统改进方案，并对该方案进行验证模拟分析。模拟结果表明，当排污管内流速12 m/s时，排污阀最大冲蚀速率为4.53×10-5 kg/(s·m2)，折算成年冲蚀厚度为0.9 mm，相较于未改进的排污系统缓蚀率可达99.7 %以上。