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氮氣液位計結構原理與卡阻原因分析及解決措施
摘要：針對氮氣液位計在使用過程中浮子發生卡阻導致顯示失準的現象，通過分析查找出存在問題的原因，并從現場管理和設備本身的改進上提出了解決問題的方法及改進建議，取得了良好效果?？蓪︻愃乒r條件下使用的氮氣液位計在故障處理和液位計結構改進上提供參考。
引言
GST 氣田燈四氣藏于 2014 年正式投入開采，至2018 年底共投產氣井 25 口，集氣站 5 座。生產過程中，當生產現場環境溫度較低的季節，單井和集氣站分離器上使用氮氣液位計多次發生卡阻導致顯示失準的故障。經對液位計筒體、浮子等進行清洗，能短暫恢復正常，但有效時間均較為短暫，一般長則半月短則三兩天又會再次發生，嚴重地干擾到對氣井產水量的有效監控及自控排液系統的運行。
本文通過在生產現場對發生卡阻現象的多列氮氣液位計進行故障的查找和原因分析，結合現場情況采取了相應的解決措施，取得了較好的效果。對確保氣井正常生產具有重要意義。
1 氮氣液位計結構原理
1.1 氮氣液位計結構
磁性浮子式主要由主導管、磁浮子、上下引流管、排污閥、帶刻度尺的磁翻板、檢測桿等構成。磁浮子安裝于主導管內，主導管內下部有緩沖彈簧，上部有泄壓堵頭。
1.2 氮氣液位計工作原理
氮氣液位計是根據連通器原理和磁性耦合作用原理工作的。氮氣液位計通過上下引流管連接法蘭、上下控制閥與被檢測的分離器相連接，與分離器形成一個互通結構。當分離器內液位高于液位計下引流管口時，分離器內液體進入氮氣液位計主導管，主導管內浮子隨分離器液位升降而升降，浮子內的磁鋼通過磁耦合作用驅動磁翻板上的紅、白翻柱翻轉 180°，當液位上升時，翻柱由白色轉為紅色，當液位下降時，翻柱由紅色轉為白色，磁翻板上的紅、白界位處為容器內介質液位的實際高度，從而實現分離器液位的就地顯示。
同理，安裝有檢測桿的液位計，檢測桿內部電器元件在浮子磁鋼作用下，產生電流的變化，這種變化被轉化為數字信號，可實現液位信息的就地顯示和遠程傳送，用于液位監控、報警或對排液裝置的自動控制。
2 卡阻原因分析
分離器液位計浮子發生卡阻后，主要表現為磁翻板顯示停頓在某一示值，不論分離器內液位如何變化，顯示值始終保持不變或變化較小，不能真實反映分離器內液位的變化情況。
在實際處理時，一般情況下，通過關閉液位計上下引流管控制閥后，開啟主導筒下端排污閥進行排污，觀察浮子位置變化情況。當浮子能隨主導筒內液位下降而下降，且開啟控制閥后浮子能隨分離器液位變化而變化，表明故障處置成功。但對于該氣田上使用的氮氣液位計而言，這種處置方式經常失效，主要表現為以下兩種情況 ：一是磁浮子顯示不變，即磁浮子仍停留在原卡阻位置 ；二是磁浮子隨主導管內液位下降而下降，但開啟控制閥后磁浮子不會隨主導管內液位上升而上升，故障問題不能得到解決。此時，需關閉控制閥，拆卸主導管下部法蘭，取出磁浮子，對磁浮子和管內進行清洗后才能恢復正常。由于清洗期間只能根據經驗對分離器液位進行監控，以及清洗后故障仍可能**發生，對氣井產液情況的監控造成了較大影響。
2.1 故障發生的主要原因
2.1.1 主要卡阻物分析
從生產現場氮氣液位計的安裝位置分析，固體物質一般難于進入液位計主導管內，清洗時發現磁浮子表面及主導管內壁粘附有大量稠狀物，未發現表面結垢及水合物存在現象，故排除結垢或水合物凍堵導致磁浮子卡阻的原因。進入主導管內的物質應為氣井所產液體中的懸浮物，或因溫度變化而發生凝結的稠狀物。故導致磁浮子卡阻的主要物質應為該類似黃油狀灰黑色粘稠物，其附著力較強，采用常溫（在發生卡阻季節時環境溫度一般在 10 ℃左右）水洗方式很難將其清洗干凈，當采用 40 ℃以上的溫熱水清洗時，能比較容易清洗。經化驗分析，該粘稠物為氣井試油酸化時未排盡的殘酸及酸與地層巖石反應生成物。當溫度較高時，其粘度較低。當溫度較低時，其粘度隨之增加，導致分離器液位計在環境溫度較低的季節發生卡阻的故障頻率上升。
2.1.2 采用常規排液沖洗不能排除故障的原因
在一般情況下，氮氣液位計發生卡阻現象，只需要反復開關幾次主導管下部的排污閥進行短暫的排污沖洗，使磁浮子在主導管內產生反復位移，卡阻介質隨氣流被排出后即可消除故障。但在 GST 氣田上使用的液位計，采用該方法時，經常發生排污通道被堵塞的現象。通過拆卸主導管下部法蘭，發現導致排污通道堵塞的原因主要是由卡阻介質與液位計結構缺陷共同作用所導致。
發卡阻時，當磁浮子外壁及主導管內壁均附有粘稠狀物物質，磁浮子外徑僅比主導管內徑小約 5~10 mm，在粘稠狀卡阻介質作用下，浮子被粘附與管壁。在排污操作中，主導管內液體下降速度過小，磁浮子的重力不足以克服磁浮子與管壁的粘附力時，磁浮子仍被粘接于管壁位置，卡阻故障不能得到解除。
當磁浮子重力大于其與管壁的粘附力時，磁浮子隨排污液下沉至緩沖彈簧。在實際拆卸檢查過程中發現，由于個別廠家緩沖彈簧彈力過小或圓柱形彈簧直徑較大，在壓差作用下，磁浮子下降壓縮彈簧，其下端面直接降至排污出口處。由于磁浮子兩端為半圓形結構，法蘭內部排污口為圓形，兩者接觸處形成較為嚴密的接觸，加之沉降于主導管底部的粘稠物的密封作用，磁浮子下端面對排污口形成了堵塞，磁浮子本身被主導管內部剩余壓力壓緊在排污口上。在重新啟用液位計時，分離器內的液體進入主導管，在主導管內外壓差作用下，此時即便磁浮子被完全浸泡在液體中，其所產生的浮力也遠遠不能克服壓差對磁浮子的下壓力，磁浮子被壓緊在液位計主導管底端不能上浮，故故障不能得到排除。
3 解決措施
該氣田所產液體主要為反排的酸化作業液，作業液中的膠凝酸及反應生成物等在進入地面工藝流程后，由于氣流溫度較高且流速較快，不會對主要生產通道形成堵塞，但在液位計等流速較慢且受環境溫度變化影響較大的部位，形成的稠狀物會對磁浮子位移造成影響。因此，在現場采取對氮氣液位計進行恒溫電伴熱加熱措施，在環境溫度＜ 15 ℃時，電伴熱帶自動啟用，解決了氮氣液位計卡阻故障問題，取得了較好效果。
4 結論及建議
（1）對于不同的氣田，氣井所產液體性質不盡相同，導致氮氣液位計發生卡阻故障的原因也可能有多種，對于因環境溫度下降導致液體內某些物質物性變化所引起的卡阻現象，可采用上述局部電伴熱的方式加以解決。
（2）對于采用圓柱形緩沖彈簧的液位計，安裝前建議更換為塔型彈簧，以免在排污時磁浮子底端面與法蘭出口形成密封影響解卡措施。
（3）對于已安裝使用的氮氣液位計，在無合適的塔型彈簧更換時，可對圓柱形彈簧頂端一圈形狀進行永久性變形處理，使之在被壓縮后，變形處彈簧絲位于液位計主導管底法蘭排污口中間位置。這樣，在磁浮子下降時，其底端半圓形結構不會與排污出口形成密封，可解決排污出口被堵塞的問題。
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