油气集输概论

1、油气集输概论油气集输概论东北石油大学东北石油大学 机械科学与工程学院机械科学与工程学院任永良任永良油气集输油气集输把分散的油井所生产的石油、伴生天然气把分散的油井所生产的石油、伴生天然气和其他产品集中起来，经过必要的处理、和其他产品集中起来，经过必要的处理、初加工，合格的油和天然气分别外输到炼初加工，合格的油和天然气分别外输到炼油厂和天然气用户的工艺全过程称为油气油厂和天然气用户的工艺全过程称为油气集输。主要包括油气分离、油气计量、原集输。主要包括油气分离、油气计量、原油脱水、天然气净化、原油稳定、轻烃回油脱水、天然气净化、原油稳定、轻烃回收等工艺。收等工艺。 第一章第一章 绪论绪论n油气集输

2、在油田建设中的地位油气集输在油田建设中的地位n油气集输系统的研究对象油气集输系统的研究对象n油气集输系统的工作范围油气集输系统的工作范围n油气集输系统的主要工艺环节油气集输系统的主要工艺环节n油气储运系统发展概况油气储运系统发展概况一、油气集输在油田建设中的地位一、油气集输在油田建设中的地位油田的工业开采价值被确定以后，在油田地油田的工业开采价值被确定以后，在油田地面上需建设各种生产设施、辅助生产设施和附面上需建设各种生产设施、辅助生产设施和附属设施，以满足油气开采和储运的要求。属设施，以满足油气开采和储运的要求。油气集输与处理系统：油气集输与处理系统：、是油田建设中的主要生产设施、是油田建设

3、中的主要生产设施地面工程的地面工程的“龙头龙头”，地面工艺技术的，地面工艺技术的“核核心心”，建设工程量和投资一般占整个地面工程，建设工程量和投资一般占整个地面工程的的40 50。、在油田生产中起着主导作用保持油气开采与销售之间的平衡油田平稳生产使原油、天然气、液化石油气、天然汽油产 品质量合格 采用的油气集输工艺流程、确定的工程建设规模及总体布局，将对油田的可靠生产、建设水平、生产效益起着关键性的作用。二、油气集输系统的研究对象二、油气集输系统的研究对象油气集输系统的研究的油气集输系统的研究的主要对象主要对象就是油、气田生就是油、气田生产过程中产过程中原油及天然气的收集和输送原油及天然气的收

4、集和输送问题。问题。油田：油田内部的原油及其伴生气的收集、油田：油田内部的原油及其伴生气的收集、加工和输送加工和输送三、油气集输系统的工作范围（任务）三、油气集输系统的工作范围（任务）就油田的生产全局来讲，油气集输是继油藏勘探、就油田的生产全局来讲，油气集输是继油藏勘探、油田开发、采油工程之后的重要生产阶段。油田开发、采油工程之后的重要生产阶段。该阶段是的任务就是把该阶段是的任务就是把分散的原料集中、处理使分散的原料集中、处理使之成为油田产品之成为油田产品的过程。的过程。油田生产中的油田生产中的“三脱三脱”“”“三回收三回收” 油田生产中的油田生产中的“三脱三脱”“”“三回收三回收”：“三脱三

5、脱”是指油气收集和输送是指油气收集和输送过程中的原油脱水、原油脱天然气和天然气脱轻质油；过程中的原油脱水、原油脱天然气和天然气脱轻质油；“三回收三回收”是指污水回收、天然气回收和轻质油回收。是指污水回收、天然气回收和轻质油回收。油井计量站联合站合格原油合格天然气达到排放或回注标准的水或砂气井气体处理设施压气站输气管道系统用户四、油气集输系统的主要工艺环节四、油气集输系统的主要工艺环节n油气分离：实现原油与伴生气的分离油气分离：实现原油与伴生气的分离n原油净化：原油脱水、脱砂原油净化：原油脱水、脱砂n原油稳定：减少原有的蒸发损耗，增加原油稳定：减少原有的蒸发损耗，增加 原油的收率。原油的收率。n

6、天然气净化：脱除天然气净化：脱除H2O，CO2，H2Sn轻烃回收：扩大石油化工的原料来源轻烃回收：扩大石油化工的原料来源n合格原油主要标准：国家规定在净化后合格原油主要标准：国家规定在净化后的原油中含水不能超过的原油中含水不能超过0.5%，含盐不，含盐不大于大于50毫克毫克/升，每吨原油含气不超过升，每吨原油含气不超过1立方米。立方米。五、油气储运系统发展概况五、油气储运系统发展概况n油气高效的处理方法与新型处理设备、油气高效的处理方法与新型处理设备、n原油、成品油、天然气的全国输送网络原油、成品油、天然气的全国输送网络形成。形成。n油气处理与输送的高效节能技术和安全油气处理与输送的高效节能技

7、术和安全输送技术。输送技术。n储存系统安全和国家石油储备。储存系统安全和国家石油储备。第二章第二章 矿场油气集输系统矿场油气集输系统一、油气集输系统的工作内容一、油气集输系统的工作内容n油井计量油井计量n集油、集气集油、集气n油气水分离油气水分离n原油脱水原油脱水n原油稳定原油稳定n原油储存原油储存n天然气脱水天然气脱水n天然气凝液天然气凝液回收和储存回收和储存n含油污水处含油污水处理理二、油田油气集输流程二、油田油气集输流程n油气收集流程油气收集流程-油井至联合站油井至联合站n油气处理流程油气处理流程-联合站内流程联合站内流程n油气输送流程油气输送流程-联合站至原油库联合站至原油库n流程设计

8、的基本原则：流程设计的基本原则： “适用、可靠、经济、高效、注重环保适用、可靠、经济、高效、注重环保”（一）油气集输流程命名（一）油气集输流程命名1.按不同加热方式：不加热集油流程、井按不同加热方式：不加热集油流程、井场加热集油流程、热水伴随集油流程、场加热集油流程、热水伴随集油流程、蒸汽伴随集油流程、掺稀油集油流程、蒸汽伴随集油流程、掺稀油集油流程、掺热水集油流程、掺活性水集油流程、掺热水集油流程、掺活性水集油流程、掺蒸汽集油流程。掺蒸汽集油流程。2.按通往油井的管线数目：单管集油流程、按通往油井的管线数目：单管集油流程、双管集油流程和三管集油流程。双管集油流程和三管集油流程。（一）油气集输

9、流程命名（续）（一）油气集输流程命名（续）3、按集油管网形态：米字型管网集油流程、环型、按集油管网形态：米字型管网集油流程、环型管网集油流程、树状管网集油流程和串联管管网集油流程、树状管网集油流程和串联管网集油流程。网集油流程。4、按油气集输系统布站级数：油井和原油库之间、按油气集输系统布站级数：油井和原油库之间集输站场级数；集输站场级数；n一级布站集油流程：只有集中处理站；一级布站集油流程：只有集中处理站；n二级布站集油流程：计量站和集中处理站；二级布站集油流程：计量站和集中处理站；n三级布站集油流程：计量站、接转站（增压）三级布站集油流程：计量站、接转站（增压）和集中处理站；和集中处理站；

10、5、集输系统密闭程度：开式和密闭流程、集输系统密闭程度：开式和密闭流程（二）油田集油流程举例（二）油田集油流程举例1、双管掺活性水流程、双管掺活性水流程2、二级布站油气集输流程、二级布站油气集输流程3、单管环形集油流程、单管环形集油流程4、稠油集输流程、稠油集输流程（1）高温集油流程：单管加热集油流程和掺稀）高温集油流程：单管加热集油流程和掺稀降粘流程。降粘流程。（2）掺蒸汽集油流程）掺蒸汽集油流程5、气田集气流程、气田集气流程n高压（高压（10MPa）、中压（）、中压（1.610MPa )、低压（、低压（ 1.6MPa ）n两级降压两级降压n采气站：气液分离、计量、调压和脱除采气站：气液分离

11、、计量、调压和脱除有害气体。有害气体。 第三章第三章 矿场集输管路矿场集输管路n按管路内流动介质的相数，集输管路可分为单按管路内流动介质的相数，集输管路可分为单相、两相和多相管路。相、两相和多相管路。 输油管和输气管都属于单相管路，而油气或输油管和输气管都属于单相管路，而油气或油气水混输管路分属两相或多相管路，简称混输油气水混输管路分属两相或多相管路，简称混输管路。管路。n矿场集输管路中大约有矿场集输管路中大约有70属于两相或多相混属于两相或多相混输管路。输管路。 油田范围内主要存在油气水三相，用一条管油田范围内主要存在油气水三相，用一条管路输送一口或多口油井所产油气水的管路。路输送一口或多口

12、油井所产油气水的管路。在矿场的条件下，混输管路在经济上往往 优于用两条管路分别输送输量不大的原油 和天然气。 在某些特定环境下，混输管路更有单 相路不可比拟的优点。特别是随着滩海油 气田的开发，两相或多相混输管路越来越 多，混输管路的研究受到广泛重视。 一、油气混输的应用一、油气混输的应用n混输技术广泛于：混输技术广泛于： 沙漠油田沙漠油田 陆地上的边际油田陆地上的边际油田 滩海油田及海上油田滩海油田及海上油田n目前混输管路也象长距离输油管路一样，目前混输管路也象长距离输油管路一样，从过去的小直径、短距离逐步向大直径、输从过去的小直径、短距离逐步向大直径、输送距离长的方向发展。位于北海英国与挪

13、威送距离长的方向发展。位于北海英国与挪威海域交界处的弗列海域交界处的弗列格（格（Frigg）大气田至苏）大气田至苏格兰萨恩格弗古斯（格兰萨恩格弗古斯（Saint Fergus）的管径）的管径32英寸、管长英寸、管长365公里的输送天然气凝析公里的输送天然气凝析液的混输管路便是一例。液的混输管路便是一例。二、油气混输的特点二、油气混输的特点1、流型变化多、流型变化多n气液两相流流型的划分不能通过简单的气液两相流流型的划分不能通过简单的雷诺数的大小来划分，通常通过观察气雷诺数的大小来划分，通常通过观察气液两相在管内的流动情况并根据压力波液两相在管内的流动情况并根据压力波动特征来确定流型。埃尔乌斯流

14、型划分动特征来确定流型。埃尔乌斯流型划分法较好地说明了气液两相流动的流型变法较好地说明了气液两相流动的流型变化特点。埃尔乌斯把两相管路的流型分化特点。埃尔乌斯把两相管路的流型分为为气泡流、气团流、分层流、波浪流、气泡流、气团流、分层流、波浪流、冲击流、不完全环状流、环状流和弥散冲击流、不完全环状流、环状流和弥散流流等八种。等八种。 油气混输流型油气混输流型 气泡流气泡流 气团流气团流点击图片播放动画点击图片播放动画油气混输流油气混输流型型 分层流分层流 波浪流波浪流油气混输流型油气混输流型 冲击流冲击流 不完全环状流不完全环状流油气混输流型油气混输流型 环状流环状流 弥散流弥散流油气混输的特点

15、油气混输的特点2、存在相间能量交换和能量损失、存在相间能量交换和能量损失n在气液两相流动中，由于两相的速度常在气液两相流动中，由于两相的速度常常不同，使气液相间产生能量交换和能常不同，使气液相间产生能量交换和能量损失。量损失。 例如，在两相管路内液体的剧烈例如，在两相管路内液体的剧烈起伏造成相间界面粗糙，增加了相间滑起伏造成相间界面粗糙，增加了相间滑脱损失；液面的起伏使气体的流通面积脱损失；液面的起伏使气体的流通面积忽大忽小，气体忽而膨胀忽而压缩，气忽大忽小，气体忽而膨胀忽而压缩，气体流动方向亦随着液面起伏而变化，这体流动方向亦随着液面起伏而变化，这些都使两相流动时的相间能量损失增加。些都使两

16、相流动时的相间能量损失增加。n流速较高的气体，常常把一部分液体拖流速较高的气体，常常把一部分液体拖带到气体中去，脱离液流主体时要消耗带到气体中去，脱离液流主体时要消耗能量；能量； 被气流吹成液滴或颗粒更小的雾滴被气流吹成液滴或颗粒更小的雾滴要消耗能量；要消耗能量； 由流速较慢的液流主体进入流速较由流速较慢的液流主体进入流速较快的气流中的液滴或雾滴获得加速度要快的气流中的液滴或雾滴获得加速度要消耗能量，这些都存在能量交换。消耗能量，这些都存在能量交换。 油气混输的特点油气混输的特点3、存在传质现象、存在传质现象n油气混输管路中，随着管线的延长，压油气混输管路中，随着管线的延长，压力越来越低，有气

17、体析出，此时气体的力越来越低，有气体析出，此时气体的质量流量增加，密度增加；而液体的质质量流量增加，密度增加；而液体的质量流量减少，密度增加。量流量减少，密度增加。n注蒸汽管路中，起点压力约在注蒸汽管路中，起点压力约在150170大气压，温度为大气压，温度为300，质量含气，质量含气率约率约70。随着压力的降低，散热量增。随着压力的降低，散热量增加，质量含气率下降。加，质量含气率下降。4、流动不稳定、流动不稳定n在气液两相管路中，气液两相各占一部在气液两相管路中，气液两相各占一部分管路体积，当气液输量发生变化时，分管路体积，当气液输量发生变化时，各相所占管路体积的比例也将发生变化，各相所占管路

18、体积的比例也将发生变化，这就会引起管路的不稳定工作。在滩海这就会引起管路的不稳定工作。在滩海油气混输管路中甚至出现严重冲击流，油气混输管路中甚至出现严重冲击流，影响油田生产。影响油田生产。第四章第四章 原油与天然气的分离原油与天然气的分离二、二、油气分离油气分离（一）分离器的类型和工作要（一）分离器的类型和工作要求求1、分离器类型、分离器类型 （1）重力分离型：常用的为卧式和立）重力分离型：常用的为卧式和立式重力分离器。式重力分离器。 （2）碰撞聚结型：丝网聚结、波纹板）碰撞聚结型：丝网聚结、波纹板聚结分离器。聚结分离器。 （3）旋流分离型：反向流、轴向流）旋流分离型：反向流、轴向流旋流分离器

19、、紧凑型气液分离器。旋流分离器、紧凑型气液分离器。 （4）旋转膨胀型。）旋转膨胀型。卧式重力分离卧式重力分离器器立式分离器立式分离器波纹板型波纹板型- vane packs波纹板波纹板旋风分离旋风分离器器紧凑型气液分离器紧凑型气液分离器传统分离与分离新概念传统分离与分离新概念旋转膨胀型分离旋转膨胀型分离器器GLCC2、对分离器工作质量的要求、对分离器工作质量的要求n气液界面大、滞留时间长；油气混合物气液界面大、滞留时间长；油气混合物接近相平衡状态。接近相平衡状态。n具有良好的机械分离效果，气中少带液，具有良好的机械分离效果，气中少带液，液中少带气。液中少带气。（二）分离器的工艺设计原则（二）分

20、离器的工艺设计原则1、从气体中分出油滴、从气体中分出油滴n要求：油滴沉降至气液界面的时间小于要求：油滴沉降至气液界面的时间小于气流把油滴带出分离器时间。气流把油滴带出分离器时间。n沉降时间主要与液滴直径有关，油滴直沉降时间主要与液滴直径有关，油滴直径为径为10270微米。微米。n由上述原则设计出分离器尺寸。由上述原则设计出分离器尺寸。2、从原油中分出气泡、从原油中分出气泡n原油中气泡上升速度大于任一液面的下原油中气泡上升速度大于任一液面的下降速度。降速度。n不起泡原油停留时间不起泡原油停留时间1-3分钟，起泡原油分钟，起泡原油停留时间停留时间5-20分钟。分钟。3、分离器总体设计要求、分离器总

21、体设计要求n同时满足气中除液和液中除气的要求；同时满足气中除液和液中除气的要求；n不同气液比用液位调节器进行调节；不同气液比用液位调节器进行调节；n处理量大时多台并联工作处理量大时多台并联工作。（三）油气水三相分离器（三）油气水三相分离器n液相停留时液相停留时间间5-30分钟分钟（四）分离缓冲罐（四）分离缓冲罐n对缓冲能力要求高的分离器称分离缓冲对缓冲能力要求高的分离器称分离缓冲罐。罐。n分离器最高与最低液位之间的容积称缓分离器最高与最低液位之间的容积称缓冲容积，相应的充满时间为缓冲时间冲容积，相应的充满时间为缓冲时间（15-30分钟）。分钟）。 一次分离、连续分离和多级分离一次分离、连续分离和多级分离（1