第八章气井井场工艺

1、CQUSTCQUST采采 气气 工工 程程重庆科技学院石油工程学院第八章第八章 气井井场工艺气井井场工艺 CQUSTCQUST 1 节流调压节流调压 2 35 5 4CQUSTCQUSTv问题的提出问题的提出：采出的气体必须在井口完成调节产量、调压、保温、分离、计量等工艺，然后经输、配气站分别输给用户或净化厂。因此，没有采气、集气与净化处理，以及长输不配套，气井也就无法连续采气而形成生存能力，不同性质的天然气有不同的井场工艺。v气井井场工艺：将气井井场工艺：将气井采出的天然气，经分离、调压、计量后，集中起来输送到天然气处理厂或者直接进入输气干线的全过程。v本章重点：本章重点：仅对采气站场工艺流

2、程、节流调压、气井井场的主要设备的工艺原理及选择计算以及天然气水合物及其预防等进行介绍。 CQUSTCQUST采气井场流程：采气井场流程： 把从气井采出的、含有各种杂质的高压天然气，变成适合矿场输送的合格天然气的各种井场设备的组合。矿藏集输气流程矿藏集输气流程：指收集气田上各气井或集气站的天然气，集中输送到输气干线或净化厂的管网，它包含采气干线和集气支线。一、采气井站流程一、采气井站流程气井井场流程多为单井集气井场和多井集气井场流程。1.单井常温集气井场：CQUSTCQUST（1）工艺流程）工艺流程（2）特点：）特点：在井场完成开关气井、节流降压、气水分离、计量、防止水化物形成等工作。设备、仪

3、表、管理人员多。 （3）应用范围：）应用范围：1)气田边远气井采气。不含硫，建集气站困难。2)产水量较大的气水同产井的采气。就地把分离气水后输气。3)低压气井的采气。目前，四川部分矿区仍保留有这种集输流程，其缺点是井口须有人值守，造成定员多，管理分散，污水不便于集中处理等困难。2.多井常温集气井场多井常温集气井场：把几口单井的采气流程集中在气田适当部位进行集中采气和管理的流程。（1）工艺流程）工艺流程（2）流程特点：）流程特点：井场调压（以不形成水化物为准）、升温、阀调压进入集气站。集气站完成分离计量等后输入集气干线。优点：便于对气井进行集中调节和管理，减少管理人员，实现水、电、蒸汽的一机多用

4、。 CQUSTCQUST（3）应用范围：1）气井压力相近、气体性质相同，不需要单井集气流程的地方。2）为降低管输回压，将产水量较大的气井从多井集气流程改为单井集气流程，对稳定气水井的产能收到了明显的效果。CQUSTCQUSTCQUSTCQUST二、低温集输工艺流程二、低温集输工艺流程1-1-井场来气井场来气 . 6. 6. 12-12-截断阀截断阀 - -节流阀节流阀 - -高压分离器高压分离器.1.1- -孔板计量器孔板计量器- -抑制剂注入器抑制剂注入器- -换热器换热器- -低温分离器低温分离器 5. 16-16-液位控制阀液位控制阀1 1- -闪蒸分离器闪蒸分离器1

5、 1- -压力调节阀压力调节阀17-17-计量器计量器CQUSTCQUST三、气井井场常用设备三、气井井场常用设备 以常温单井集气井场设备为例1.采气井口（采气树）采气井口（采气树）（1）结构（重点介绍油压、套压、回压）（2）作用原理CQUSTCQUST2.缓蚀剂注入装置（1）结构（2）作用原理3.换热设备：包括：套管式和水套炉等（1）结构（2）作用原理CQUSTCQUST三、气井井场常用阀门三、气井井场常用阀门 CQUSTCQUST问题：井场上为什么要节流，其目的什么？问题：井场上为什么要节流，其目的什么？一、气体的节流一、气体的节流1.天然气节流效应：天然气节流效应：天然气节流：天然气通过

6、管线狭窄断面时，例如孔板或针形阀的孔眼，由于摩擦耗能使气压显著下降，这种现象称为节流。天然气节流效应：高压气体通过节流后成为低压气流，气体温度要发生变化，温度变化的范围随气体性质、节流前后的压差大小以及气体节流前压力、温度等因素而定。对天然气而言，节流后的温度总是降低的。对天然气而言，节流后的温度总是降低的。2.节流效应在采气工程中的用途节流效应在采气工程中的用途（1）控制产量，调节流量；针形阀是井场及低温或常温集气站的主要节流手段。（2）调压；（3）天然气净化。3.节流的危害节流的危害对于针形阀节流，人们最关心的事情是节流后会不会生成水合物，这是采气工艺对于针形阀节流，人们最关心的事情是节流

7、后会不会生成水合物，这是采气工艺中的重要问题之一。中的重要问题之一。 CQUSTCQUST二、微分节流效应二、微分节流效应1.节流特点：节流特点：（1）天然气通过孔眼，在孔眼附近的气流会发生扰动，因此节流是不可逆过程。（2）通过孔眼时流速很高，在孔眼附近的气流和外界的热交换一般很小，可以忽略不计，节流过程可视为绝热过程。（3）实际气体的焓值是温度和压力的函数，所以节流后的温度将发生变化。2.微分节流效应：微分节流效应：（1）节流效应公式节流时，微小压力变化所引起的温度变化称微分节流效应，用微分节流效应系数i表示：iipT 由热力学基本关系式，可导出表示微分节流效应系数i与节流前气体状态参数p、

8、V、T之间关系的一般表达式：ppiCVTVTCQUSTCQUST（2）节流后温度变化分析：）节流后温度变化分析：对于理想气体，由于PV=RT， TVpRTVp由式（9-2）得i =0，意指理想气体节流时温度不发生变化。对于实际气体，节流后温度的变化决定于式（9-2）中的分子 VTVTp的正负（因Cp0）。可能有三种情况： VTVTpVTVTpVTVTpi 0，节流后温度降低；，节流后温度降低； i=0，节流后温度不变；，节流后温度不变； i0，节流后温度升高。，节流后温度升高。 CQUSTCQUST（3）天然气节流后温度变化：）天然气节流后温度变化： 在热力学上，从麦克斯韦关系式导出的焓的普遍

9、式并整理可得出：TpTpippVCpEC11（9-3） E内能，内能，kJ/kg； pV移动功，移动功，J/kg；对所感兴趣的天然气节流过程：对所感兴趣的天然气节流过程：由于天然气在绝热膨胀过程中，压力降低、比容增大，此时必须消耗功来克服分子间的吸引力。但是由于外界无能量供给气体，分子间位能的增加只能来自分子动能的减少，因此产生使气体温度降低的效应。即：0TpE或或对于天然气节流，其移动功随压力降低而增加。即： 0TppV01TpppVC或或0)(1TppECCQUSTCQUST结论：结论：天然气节流后温度降低。二、积分节流效应二、积分节流效应1.定义：定义：实际节流时，压力变化为一有限值，有

10、限压力变化所引起的温度变化，称积分效应，用符号表示： 2212ppiidpTTTT积分节流效应积分节流效应T1、T2 气体节流前、后的温度，气体节流前、后的温度，K；p1、p2气体节流前、后的压力，气体节流前、后的压力，MPa。（9-4） 2.计算：计算：由于积分符号内的不仅是压力的函数，而且还是温度的函数。因此（9-4）不能积分，积分节流效应不可能有精确的解析解。近似计算时：21ppiipT（9-5） 由于计算机的普及，对天然气节流效应的计算，目前大多采用适当的实际气体状态方程，利用节流后焓相等的关系，迭代计算得到积分效应。CQUSTCQUST概述：概述：1、天然气流量、天然气流量单位时间内

11、流过管路横截面积的天然气数量。常用体积流量表示，计量单位是m3/d 或104m3/d。计量的标准状态：温度温度=293.15K，压力，压力=0.101MPa。2、测量气体流量的方法：、测量气体流量的方法：1）容积式流量计使气体充满一定容积的空间来测量流量。如罗茨、湿式和皮囊式流量计等2）速度式流量计利用气体流过某一断面时，气体体积流量与气体流速的相关关系测量气体流量。如孔板差压流量计、临界速度流量计等。3）质量式流量计为一种处于发展中的仪表，它不受温度、压力、气体偏差系数影响，具有直读瞬时和累计的特点，如涡轮流量计，靶式流量计等。在我国天然气工业用的流量计90以上为孔板差压流量计，按石油天然气

12、行业标准：SY/T 61431996天然气流量的标准孔板计量方法执行。CQUSTCQUST一、天然气计量分级与仪表配备一、天然气计量分级与仪表配备1.天然气计量分级天然气计量分级一级计量油田外输干气的交接计量。二级计量油田内部干气的生产计量。三级计量油田内部湿气的生产计量。2.天然气计量仪表的配备天然气计量仪表的配备 （1）一级计量。油田外输气为干气，排量大。选用标准节流装置，选用高级孔板阀。选用准确度为0.5%的压力及温度变送器。在直管段前安装过滤器。（2）二级计量。计量介质为干气。选用普通孔板阀。可选用准确度为1%的压力及温度变送器。（3）三级计量。计量介质为湿气。不适合选用孔板计量，可选

13、用气体腰轮流量计、涡街流量计等。仪表的准确度应不低于1.5%，一般为离线检定，应保证拆装方便，流量计前应配过滤器。三级计量的综合计量误差应在7%以内。 CQUSTCQUST二、天然气的计量仪表二、天然气的计量仪表当前，我国天然气工业中使用的流量计仍以孔板差压流量计为主，仅采输部门的统计已占天然气流量仪表的98%以上。1.孔板差压流量计（1）差压式流量计结构：由节流装置、导压管和差压计三大部分所组成，如图所示。1）节流装置作用：使管道中流动的流体产生静压力差的一套装置结构：由标准孔板、带有取压孔的孔板夹持器和上下游测量管所组成。标准孔板是机械加工获得的一块园形穿孔薄板，其园孔入口边缘是尖锐的，安

14、装时孔板开孔与测量管应在同一轴线上；孔板夹持器是用来安置和定位节流装置中孔板的带压管路组件；测量管是安装在孔板前后，其长度符合计量标准规定横截面积相等、形状相同、轴线重合的直管。导压管作用：联结节流装置与差压计的管线，是传输差压信息的通道。CQUSTCQUST（2）作用原理 当它流经节流装置(如孔板)时，流速将在节流装置处形成局部收缩，将使部分压能转为动能，其结果使流速增加，静压降低，在节流装置前后产生压差。对于一定型式、一定尺寸的节流装置，所发生的压差与气体流量有关，流量愈大，压差也愈大；流量减小，压差也减小。因此，通过测量压差的大小，就可间接地计算气体流量，这种方法就称差压法测气体流量。图

15、9-1孔板差压流量计示意图 CQUSTCQUST（3）取压方式：角接取压和法兰取压。 角接取压：角接取压：角接取压孔板夹持器可以是单独钻孔取压器件，或是环室取压。 单独钻孔取压规定：上游侧静压由前夹紧环取出，下游侧静压由后夹紧环取出。 环室取压规定：孔板上游侧静压由前环室取出，下游侧静压由后环室取出。 法兰取压：法兰取压：指测量管法兰上带有符合规定的取压器件，上游取压孔轴线距孔板上端面25.4mm，下游取压孔轴线距孔板下端面也是25.4mm。 标准孔板所产生的压差，通过导压管将压差讯号传送给差压计，并由差压计显示出来。差压计的类型也很多，目前气田上用的是双波纹管差压计，占所有差压计的95%以上

16、。 法兰取压标准孔板组件法兰取压标准孔板组件角接取压单独钻孔取压角接取压单独钻孔取压角接取压环室取压角接取压环室取压CQUSTCQUST2、气体涡轮流量计、气体涡轮流量计（1）原理：在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体流速成正比由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。 CQUSTCQUST（2）结构：）结构： 固定涡轮的中心轴支撑在两个轴承上，并安装在专用支架上。在涡轮的上游和下游处装有若干片幅射形整

17、流板，用以对气流进行整流并防止涡流的出现，以提高其线性。为提高流量计的可靠性和使用寿命，在传动系统中，装有油路润滑装置。 CQUSTCQUST三、压差式流量计气量计算三、压差式流量计气量计算对流量确定的三种方式：（1）将压差和上游静压通过导压管引入到双波纹管记录仪进行记录，通过现场测量气体温度后，进行人工计算；（2）用差压变送器、压力变送器代替双波纹管记录仪，用温度变送器测温并将信号变成数值信号输入计算机进行自动计量；（3）由差压变送器、压力变送器、温度变送器以及运算器和比例积算器等组合仪表进行流量计量。不管那种方法，流量计算基本公式一样。 （一）标准孔板计量公式：（一）标准孔板计量公式：wT

18、ZGnschpFFFCdAQ12式中：式中：Qsc标准条件下气体的体积流量，标准条件下气体的体积流量，m3/h；An单位计量系数，流量用标准条件表示时，单位计量系数，流量用标准条件表示时，An =0.0003619；若为；若为“h”Ah0.011446，Ad0.27470 C流出系数；流出系数； d工作温度下孔板开孔直径，工作温度下孔板开孔直径，mm；FG相对密度系数；相对密度系数； 流束膨胀系数；流束膨胀系数；FZ超压缩系数；超压缩系数； FT流动温度系数；流动温度系数；P1孔板上游侧取压口气流绝对静压，孔板上游侧取压口气流绝对静压，kPa；hw气流流经孔板时产生的差压，气流流经孔板时产生的

19、差压，Pa。 CQUSTCQUST（二）公式中各参数的确定（二）公式中各参数的确定要把该式用于实际，还应对公式中的参数及计算方法进行讨论。1.流出系数C (Discharge Coefficient)（1）定义：通过节流装置的实际流量值与理论理论值之比。C=f（安装条件、节流装置和取压方式、直径比、雷诺数），直接影响流量计算的准确性。（2）影响流出系数C的因素分析直径比对流出系数的影响孔板开孔直径/孔板直径；愈小，使C值也愈小。雷诺数ReD 对流出系数的影响流体经过孔板时的收缩情况与雷诺数有关。惯性力大，雷诺数大，摩擦力大，雷诺数小。流出系数与雷诺数有关，ReD 愈小，即摩擦力大，流束收缩截面

20、增大，C就大；反之，ReD 愈大，流束收缩截面减小，C就小。CQUSTCQUST标准孔板入口边缘不尖锐对流出系数的影响标准孔板结构：标准孔板结构： 孔口边缘不尖锐将使C 增大。 一般说来，同样一个不尖锐程度，在小的孔板上影响大，而在大的孔板上影响小。因此因此，孔板使用一段时间后，应进行全面检查，若发现开孔直角入口边缘有划痕、冲蚀和撞擦伤等，应更换孔板。CQUSTCQUST4)测量管壁粗糙程度对流出系数的影响管壁粗糙也将使管壁粗糙也将使C 增大。增大。测量管使用一段时间后，应对其内壁的粗糙度进行检查，当发现内表面有明显冲刷或腐蚀，应更换内表面符合标准要求的测量管。综上所述，影响流出系数C值大小的

21、因素较多，其计算公式是根据流体力学相似理论为基础、以实验所确定的数值为依据而得到的。（3）流出系数C的计算： 32144175. 0eD65 . 281 . 20337. 0)1 (0900. 0)10(0029. 01840. 00312. 05959. 0LLRC式中：L1 、L2 分别为孔板上、下游端面到上、下游取压孔的距离l1、l2与测量管D的比值(L1=l1/D、L2=l2/D)。当取压方式为法兰取压时，L1L225.4/D；当角接取压时，L1L20。D值的单位为mm。当L10.0390/0.0900时，4(1-4)-1的系数用0.0390。CQUSTCQUST复习复习wTZGnsc

22、hpFFFCdAQ12式中：式中：Qsc标准条件下气体的体积流量，标准条件下气体的体积流量，m3/h；An单位计量系数，流量用标准条件表示时，单位计量系数，流量用标准条件表示时，An =0.0003619；若为；若为“h”Ah0.011446，Ad0.27470 C流出系数；流出系数； d工作温度下孔板开孔直径，工作温度下孔板开孔直径，mm；FG相对密度系数；相对密度系数； 流束膨胀系数；流束膨胀系数；FZ超压缩系数；超压缩系数； FT流动流动温度系数；温度系数；P1孔板上游侧取压口气流绝对静压，孔板上游侧取压口气流绝对静压，MPa；hw气流流经孔板时产生的差压，气流流经孔板时产生的差压，Pa

23、。 流出系数流出系数C及其影响因素：及其影响因素：1.定义；定义；2.影响因素：直径比的影响（影响因素：直径比的影响（小，小，C小）；雷诺数的影响（雷诺数小，小）；雷诺数的影响（雷诺数小，C大）；孔板尖锐度的影响（孔板不尖锐，大）；孔板尖锐度的影响（孔板不尖锐，C大）；测量管壁粗糙度大）；测量管壁粗糙度的影响。的影响。一级计量油田外输干气的交接计量。二级计量油田内部干气的生产计量。三级计量油田内部湿气的生产计量。对流量确定的三种方式：CQUSTCQUST（3）流出系数）流出系数C的计算：的计算： 32144175. 0eD65 . 281 . 20337. 0)1 (0900. 0)10(00

24、29. 01840. 00312. 05959. 0LLRC式中：式中：L1 、L2 分别为孔板上、下游端面到上、下游取压孔的距离分别为孔板上、下游端面到上、下游取压孔的距离l1、l2与与测量管测量管D的比值的比值(L1=l1/D、L2=l2/D)。当取压方式为法兰取压时，当取压方式为法兰取压时，L1L225.4/D；当角接取压时，当角接取压时，L1L20。D值的单位为值的单位为mm。CQUSTCQUST2.渐进速度系数渐进速度系数E (Approch velocity coefficient) （1）定义：）定义：描述在节流装置上游测量管的流速到孔板开孔处的流速之间的关系（2）计算公式：）计

25、算公式：E 114 3.可膨胀性系数可膨胀性系数( Expensibility factor )（1）定义：）定义：用以修正天然气流径孔板时因密度的变化而引起的流量变化。 当流体为不可压缩流体，1；当流体为可压缩流体，1。（2）计算）计算 值的经验方程式：值的经验方程式： 16w410)35. 041. 0(1ph式中 hw孔板前后差压值，Pa； p1 孔板上游侧绝对压力，MPa； 天然气绝热指数，一般可采用1.3。CQUSTCQUST4.天然气超压缩因子天然气超压缩因子FZ（1）定义： 1scZZZF式中 Zsc 天然气在标准状态下的偏差系数，计算中可近似为1； Z1 天然气在流动状态下的偏

26、差系数。5.其它参数的确定其它参数的确定（1）相对密度系数）相对密度系数FG定义：定义：因天然气实际相对密度 g 不等于设定的 g 为1.00时而引入的修正系数计算公式：计算公式： gG1F实际相对密度 g 应按实际气体取样分析后，通过计算得出。(2)流动温度系数流动温度系数FT定义：定义：天然气流经节流装置时，由于实测气流的平均热力学温度T1偏离标准状态热力学温度(293.15K)而引入的修正系数。CQUSTCQUST计算公式：计算公式： 1T15.293TF (3)工作条件下孔板开孔直径工作条件下孔板开孔直径d和测量管径和测量管径D在精确计算中，工作条件下孔板开孔直径d和测量管径D均可按下

27、式计算：)(1 20d20ttddd2020条件下孔板开孔直径，条件下孔板开孔直径，mm20孔板材料的线型膨胀系数，查阅孔板材料的线型膨胀系数，查阅相关手册得到。相关手册得到。t20检测时室内温度。检测时室内温度。(4)管径雷诺数管径雷诺数ReD在天然气流量计算中常需计算管径雷诺数ReD，其值可由下式计算： DqRggsc76.17eD 计算雷诺数的牛顿迭代逼近计算法步骤：1）先假设管径雷诺数为无穷大(手工计算)或106(计算机计算)，2）计算出初始流出系数C1，3）求出初始流量q1用以代替的实求流量qsc，5）计算出管径雷诺数的近似值，这样重复计算直到得到满意的结果。 32144175. 0

28、eD65 . 281 . 20337. 0)1 (0900. 0)10(0029. 01840. 00312. 05959. 0LLRCCQUSTCQUST（三）天然气流量计算实用计算（三）天然气流量计算实用计算1.按照流量确定的第一种方式的实用公式现场实用计算时的不变参数：节流装置的取压方式、孔板直径和测量管内径在更换周期内不变；二氧化碳和氮气含量在一个化验周期内也是固定的；实际计算中也可以20时计量管径和孔板孔径代替工作状态下的计量管径值和孔板孔径值。 因此，可令：因此，可令： K=AdEC1d2FG K流量计算常数。流量计算常数。 (1)现场实用计算公式根据前面分析可知，流量计算需要进行

29、迭代计算。如按一次迭代法，设雷诺数为无穷大，此时流量为q1，流出系数为C1，则天然气体积流量计算公式如下： qsc=q1C/C1 CQUSTCQUST因此，流量计算公式的完整表达(8-8）可改写成： qscKFZFTp1hwC/C1 式中： q1、C1 雷诺数为无穷大时，流量计算近似值和流出系数近似值。（2）流量计算近似值q1的确定。先令ReD= ，计算流量的近似值q1 whpFFKq1TZ1其中 可膨胀系数； 104103510461( .)/ ()PP 标准中建议 取1.3，此时相当于0.1MPa、37下的绝热指数。 近似流量的流出系数C1的计算：设 时，流出系数C计算式中： 0)/10(

30、0029. 075. 0eD65 . 2R此时可求出在eDR时的流出系数C1CLL121824412305959003120184000940100337.().eDRCQUSTCQUST将各参数及现场测得的静、差压平均值、气流温度代入q1计算式，即可得到日流量的近似值q1。 把日流量近似值q1 、C1带入qsc计算式，即可求得实际流量qsc 。（3）流量计算步骤）流量计算步骤 按一次迭代法，天然气流量计算步骤如下 求出流量计算所需常数：E、FZ、FT、FG、g等； 计算ReD 时流出系数近似值C1； 计算流量计算常数K； 计算ReD 时的流量近似值q1； 计算管径雷诺数：用流量近似值q1代替

31、公式中流量值计算管径雷诺数 计算实际流出系数：75. 0eD65 . 21)/10(0029. 0RCCCQUSTCQUST 计算实际流量值： 11/CCqqsc2.按照流量确定的第二种、第三种方式的流量计计量实用公式流量计可计量出工作条件下的气体体积，而要得到标准体积，须进行温度、压力修正：Q)t.(.)pp(.Qan1527310325015293p工作状态下的气体表压力，工作状态下的气体表压力，MPa； pa当地大气压力，当地大气压力，MPa； t工作条件下的气体温度，工作条件下的气体温度，；Q流量计指示值，流量计指示值，m3/d。CQUSTCQUST四、涡轮流量计流量计算四、涡轮流量计

32、流量计算在线使用的涡轮流量计，其计数器所显示的数值，是被测气体在实际工作压力和工作温度下的体积量，若将它换算到标准状态下，其体积可用下式计算：mgagTpT)pp(000式中：vo标准状态下的气体体积，标准状态下的气体体积，m3； pg管线中的气体表压力，管线中的气体表压力，kPa； po标准大气压力，标准大气压力，po =101.325kPa； Tg工作状态下的温度，工作状态下的温度，K； Vm流量计计数器实际显示值，流量计计数器实际显示值，m3； pa 当地大气压力，当地大气压力，kPa； T0标准状态下的温度，标准状态下的温度，K。CQUSTCQUST五、垫圈流量计和临界速度流量计五、垫

33、圈流量计和临界速度流量计 以上讲述的差压法测量气体流量，虽具有计算方法成熟、精确度高等优点，但由于设计和安装必须按规定进行，因此只适用于采气井场、集气站和输配气站的天然气流量测量，不适用于流量变化大的或未知流量的探井防喷测试。为此，介绍两种勘探试气常用的流量计。1.垫圈流量计垫圈流量计用途：用途：主要是用于小产量(小于8000m3/d)的气井，尚未安装输气管线时，在井场试气测气井流量。（1）结构和工作原理：由直径50mm、长125mm的金属测气短节、孔板、 压帽和胶皮管组成。U形管内盛水银(或水)，当有压力差时，即可测出压力差的大小。CQUSTCQUST垫圈流量计也是压差式流量计。气体流经孔板

34、产生节流，形成压力差。当气流速度当气流速度小于临界流速时，压力差越大，流量越大。只要测出压力差，即可求出流量。小于临界流速时，压力差越大，流量越大。只要测出压力差，即可求出流量。 垫圈流量计的孔板下游直接通大气，因此上流压力实际就代表压力差。 （2）适用范围：垫圈流量计只适用于测量较小气体流量，一般为几十到几km3/d。它具有结构简单，携带方便等优点，一般适用于钻井中途测试和完井测试，也适合于油井测伴生气量。 2.临界速度流量计临界速度流量计特点：特点：结构简单、所取参数少、计算简便、测量范围广；用途：用途：广泛用于气藏探井和尚未接通输送管线的新井产气量的放喷测量。但该流量计对生产井不宜采用，

35、因输气管最大允许压差一般都不能满足该流量计的要求。CQUSTCQUST工作原理：工作原理：临界速度流量计也是一种用孔板作节流元件的速度式流量计。与前述差压式流量计不同的是，孔板只是起着限流作用。由临界流速条件可知：当孔板上下游压力满足p20.546p1时，通过孔板的天然气流即达到临界气流状态。此时，再降低p2不会使流量增加，再增加p1时，流束最小截面处的流速仍保持为声速也不会增加。但增加p1时由于气流的密度增加，从而使气流的流量增加。这说明流过临界速度流量计的气体流量与下游压力p2无关，仅决定于上游压力p1。根据这一原理，测量孔板前的压力p1即可求得天然气的流量值。条件：条件：临界速度流量计测

36、量流量时，必须使气流达到临界流动状态，否则，需换用孔径更小的孔板，直到满足临界流动状态条件。如果测试时，下游不能接管线，需进行放空测试，则p2为大气压力，只要上游压力p1大于两个大气压力(绝对压力)，气流即达到临界状态。CQUSTCQUST习题：习题： 已知某差压流量计参数为：计量管径D20143.521mm，孔板开孔直径d20100.044mm；取压方式为法兰取压；天然气相对密度为0.5691；测得气流日平均温度18.3；平均静压1.7004MPa；平均差压24649Pa；生产时间24小时；计量管为新无缝钢管，孔板入口尖锐。假设天然气偏差系数为0.86。试计算日输气量？思考题：1.差压法测量

37、天然气流量原理是什么？2.有哪些因素影响天然气的流出系数？它们是如何影响的？3.天然气流量计算中各公式如何确定？4.会用差压法进行天然气流量计算。5.垫圈流量计和临界速度流量计测量原理及使用条件？CQUSTCQUST一、概述一、概述从井中采出的天然气或多或少都带有一部分液体（凝析油、矿化水）和固体杂质（岩屑、砂粒）。这些液体和固体杂质带进站场，会堵塞管线和磨损设备。因此，在单井井场和多井集气站都安装有分离器，对气对气液、气液、气固进行初步分离。固进行初步分离。1.天然气中的杂质及其危害天然气中的杂质及其危害液体杂质：水和油；固体杂质：泥砂，岩石颗粒等。这些杂质如不及时除掉，会对采气、输气、脱硫

38、以及用户带来很大危害，影响生产正常进行。主要危害有： (1)增加输气阻力，使管线输送能力下降气液两相流动比气体单相流动时的摩阻大，对直径一定的管线来说，摩阻增大意味着通过能力下降。含液量越高，气流速度越低，通过能力降低越严重，且越易在管线低凹部位积液，形成液堵，严重时甚至中断输气。如果气液两相一起进入脱硫厂，还会污染脱硫溶液，使脱硫溶液发泡而产生冲塔，影响脱硫厂的正常生产。 CQUSTCQUST (2)含硫地层水对管线和采气设备的腐蚀 (3)天然气流中的固体杂质在高速流动时对管壁的冲蚀 (4)使天然气流量测量不准为了避免上述危害，天然气从井底产出后，先必须进行气液分离。2.分离设备类型及适用范

39、围分离设备类型及适用范围气液分离包括相平衡分离和机械分离。相平衡分离：在一定的分离条件下，将液相物料送进分离器进行闪蒸，或是将气相物料送进分离器进行部分冷凝，两者都可能分离出气、液两相产品。特点：物料经过相平衡分离获得不同数量和质量的气液两相。机械分离：机械分离：主要是靠重力作用，通过分离器及其部件，实现气、液两相的重力分割，分离成气、液产品。特点：机械分离按两相密度差异将它们分开。CQUSTCQUST 机械分离的主要设备是分离器。机械分离的主要设备是分离器。 包括常用的油气分离器和气水分离器、输气干线上的分水器、进压缩机前的除尘器等。分离器的类型有立式分离器、卧式单筒分离器、卧式双筒分离器、

40、球形分离器和卧式三相分离器等类型。 （1）分离器设备 按类型分：可分为立式分离器、卧式分离器、球形分离器和卧式三相分离器等类型。 按作用原理：重力式、离心式和混合式。3.分离器的共同功能：分离器的共同功能：就分离气井产出的流体来说，分离器应具有以下功能：1)实现液相和气相的初次分离。例如，气水井产出的流体包括天然气和自由水，初次分离要实现气、水分开。2)改善初次分离效果，将气相中夹带的雾状液滴分离。3)进一步将液中夹带的气体分离。4)在确信气体中无液滴、液体中无气体情况下，连续地将气体和液体分别排出分离器。CQUSTCQUST4.分离器内部结构都应有共同点：为实现上述功能，分离器的内部结构都有

41、某些共同之处：气液的初次分离段一般通过离心式入口装置实现；有足够高(或足够长)的沉降段，使液滴能从气体中沉降到分离器底部；分离器的气体出口处装有除雾器，捕捉气流中不能靠自身重力沉降的微小液滴；分离器具有控制阀件及仪表，如液位控制器、安全阀、止回阀、压力表等附件。二、多级分离概念二、多级分离概念 1.定义：定义：逐级降低分离器压力，经过两级或两级以上的闪蒸或部分冷凝，将气井所产的流体分离成气、液两相的工艺方法称为多级分离。图 9-3 是多级分离的流程图。 2.特点：特点：在多级中，由于最后一次闪蒸分离是在油罐中发生，因此总是将油罐当作气液分离的最后一级。 多级分离的目的：使气井所产生的流体在逐级

42、减压时稍事停留以便获得更稳定的液相产品和较高的液相收率。 高压凝析气田的地面分离流程通常采用多级分离，目的就是多回收液烃。 CQUSTCQUST井流井流1级（a）51(b)1级级2级级3级级5324321级级2级级3级级54级级3.影响分离效果因素：影响分离效果因素：多级分离并不意味着分离器用的愈多愈好。影响液烃收率的因素不仅是分离级数，还包括气井所产流体的组成、分离温度和压力等。从经济效益上看，两级以上分离，多增加一台分离器的成本，可能超过这台分离器多回收液烃增加的收入。因此，对于凝析气田地面分离流程，由两台分离器和一个油罐组成的三级分离流程一般认为较为合理和经济。CQUSTCQUST三、分

43、离器类型、结构及原理三、分离器类型、结构及原理（一）重力式分离器（一）重力式分离器1.立式重力式分离器立式重力式分离器作用原理：作用原理：利用天然气和被分离物质的密度差来实现的。设计参数：设计参数：最大处理量。只要实际处理量在最大设计处理量的范围内，重力分离器能够适应较大的负荷波动。（1）结构：主要由筒体、进口管、伞形板、滤网、出口管、排污等组成。 CQUSTCQUST（2）工作原理： 初级分离段：含有液滴和固体颗粒的天然气进入分离器，在离心力或急剧改变气流方向的惯性力作用下，大量的液滴和固体颗粒从天然气中初步分出。沉降段：仍然悬浮在气体中的较小液滴或固体颗粒，在此阶段依靠气体流速减小后在其自

44、身的重力作用下从气流中沉降分离。 除雾段：设置在气体流出口前，用于捕集沉降段未能分离出来的液雾或固体微粒。微小液滴在此段发生碰撞、凝聚，最后结合成较大液滴下沉至集液段。 积液段：前三部分分离出的液体通过不同的渠道进入积液段。积液段应有足够的容积，具有减少流动气流对已沉降液体扰动的功能，设置有测量液面的部件及自动排液装置。（3）特点、适用条件： 立式重力分离器占地面积少，易于清除筒体内污物，便于实现排污与液位自动控制。通常用于分离含液量较多，液体或固体微粒较大的天然气，以及对净化要求不高的采气井口、集气站的天然气初级分离。CQUSTCQUST2.卧式重力式分离器卧式重力式分离器 卧式重力式分离器

45、的主体为一卧式圆筒体，气流一端进入，另一端流出，其作用原理与立式分离器大致相同。 CQUSTCQUST卧式分离器与立式分离器的比较：卧式分离器与立式分离器的比较：卧式分离器适合处理含液量大的气体。从分离器重力沉降部分液滴下沉方向与气流运动方向看，在立式分离器中两者相反；而在卧式分离器中两者互相垂直。在后一种情况下，液滴更易于从气流中分离出来。卧式分离器气液界面面积较大，集液部分液体中所含气泡易于上升至气相空间。卧式分离器还有单位处理量成本低，易于安装、检查、保养，易于制成翘装式装置等优点。立式分离器占地面积小，易于实现液面控制，适合于处理含固体杂质较多的气水混合物，可在底部排污口定期排放和清除

46、固体杂质。（二）离心式分离器（二）离心式分离器问题提出：问题提出：天然气中所含粉状杂质仅靠重力分离是不能满足工艺要求的，因为要想分离的颗粒直径越小，所需的分离器直径就愈大。这样不仅耗费钢材，而且筒体直径增大，壁厚增加，加工困难，很不经济。因此，现场还常用另一种分离器离心式分离器。CQUSTCQUST复复 习习1.分离器的共同功能、共同特点；分离器的共同功能、共同特点；共同功能：共同功能：1)实现液相和气相的初次分离。2)改善初次分离效果，将气相中夹带的雾状液滴分离。3)进一步将液中夹带的气体分离。4) 气体和液体分别排出分离器。共同特点：共同特点：气液的初次分离段一般通过离心式入口装置实现；有足够高(或足够长)的沉降段，使液滴能从气体中沉降到分离器底部；分离器气体出口处装有除雾器，捕捉气流中的微小液滴；分离器具有控制阀件及仪表。2. 重力式分离器工作原理：（四个工作段）。CQUSTCQUST离心分离器特点：处理气体能力大，分离效果好，结构较简单，分离粉状杂质好。1.结构：由筒体、锥形管、螺旋叶片、中心管、积液包等组成。2.作用原理：利用离心力原理分离液(固)体杂质的。天然气和被分离液体沿分离器筒体切线方向以一定速度进入分离器，并沿筒体内壁作旋转运动，在其离心力作用下，达到气液分离目的。（二）离心式分离器（二）离心式分离器CQUSTCQUST分