油气处理工艺简介

1、油气处理工艺简介海上油气处理工艺设计海上油气处理工艺设计概述海上油气田开发中井流必须经过处理,即进行油、气、水等别离、处理和稳定、才能满足储存、输送或外销的要求.为了到达这一目的,设置了一系列生产设备将井流混合物分成单一相态,其中别离器是一主要设备,其他还包括换热器、泵、脱水器、稳定装置等设备.井流混合物是典型的多组分系统.油气的两相别离是在一定的操作温度和压力下,使混合物到达平衡,尽量使油中的气析出、气中的油凝析,然后再将其别离出来.油、气、水三相别离,除将油气进行别离外,还要将其中的游离水别离出来.油、气、水别离一般是依靠其密度差,进行沉降别离,别离器的主要别离局部就是应用这个原理.液滴的

2、沉降速度和连续相的物性对别离效果具有决定性的影响.下面就基本别离方法、影响因素、别离器的类型、系统流程和参数的选取等方面进行介绍.一、根本别离方法流体组分的物理差异主要表现在密度、颗粒大小和黏度三个方面,这些差异也会受到流速、温度等的影响.根据这些影响因素,油、气、水别离的根本方法主要有三种.1.重力别离重力别离是利用流体组分的密度差,较重的液滴从较轻的流体连续相中沉降别离来.对于连续相是层流状态的沉降速度可以按斯托克斯定律计算：式中W一油滴或水滴沉降速度,油滴或水滴直径,一重、轻组分密度,一连续相的黏度,1/22海上油气处理工艺设计2.离心别离当一个两相流改变运动方向时,密度大的更趋于保持直

3、线运动方向,结果就和容器壁碰撞,使其与密度小的流体分开.气体分液罐的人口一般根据此原理设计,使气体切线进人,离心别离;离心油水别离机也是据此原理设计.如果离心别离的流态是层流,也可用斯托克斯定律计算其离心别离速度.式中的重力加速度g用离心力产生的加速度a代替.因此,增加进口流速,离心力产生的加速度加大,别离效果就提升.3.碰撞和聚结别离流体如果在正常流道内碰到障碍物,其夹带的液滴就会碰撞附着在障碍物上,被别离出来,然后再与其他颗粒聚结从连续相中别离出来,这个过程即是碰撞和聚结别离.气体分液罐出口的捕雾网、别离器中设置填料都是根据这个原理设计考虑的.其中别离器中的填料还根据其放在气、液相位置的不

4、同而选用亲油型或亲水型的材料来提升碰撞和聚结别离的效果.二、影响别离的主要因素1.液滴或颗粒的直径公式(232)可以看出,液滴或颗粒的直径是影响别离效率的重要因素之一.直径越大,沉降速度越大,别离效率越高.2.介质的密度公式(2一32也可以看出,两种介质的密度差越大,沉降速度就越大,别离效率就越好.3.外表和界面张力液滴或颗粒的外表张力越大,越不容易聚结形成大的液滴或颗粒,别离效果就较低;同样,对于不混溶的液体,界面张力越大,也使液滴或颗粒不易聚结,从而降低别离效率.4.黏度2/22海上油气处理工艺设计连续相介质的黏度越小,沉降速度越大,别离效率越高.5.温度温度主要是通过影响连续相介质的黏度

5、来影响别离效果.对于气体,温度升高,气体黏度增加,阻止了较小颗粒的别离；而对于液体,温度升高,黏度降低,提升了别离效果.6.压力压力主要对气液别离影响大,压力增加,使气体黏度增加,阻止了较小颗粒的分离;另一方面,压力越高,气液密度差越小,气泡就越不易浮出液面.7.停留时间流体在别离器的停留时间越长,小液滴就能有足够的时间聚结沉精选公文范文,治理类,工作总结类,工作方案类文档,感谢阅读下载4降别离,别离效率就越高气体流速对于气液别离,如果人口设计考虑了离心别离,切线进人的气体流速大,离心别离效果就好；但在一般别离器的沉降别离段,气体流速必须低于液滴沉降速度,否那么,小液滴未来得及别离即被带走,降

6、低别离效果.9泡沫气液混合物进人别离器时,气体或溶解在液体中的气泡会在液体表面形成一层泡沫,如果起泡严重,可能导致别离器内整个气液别离空间充满泡沫而影响气液的别离效率.10乳化液乳化液是原油和地层水共同运动过程中,一种液滴分散到另一种液体中形成的油包水或水包油混合物,于油包水或水包油液滴相对稳定,别离时其中乳化的油滴或水滴不易聚合成大颗粒,也就不易别离出来.越易乳化的原油,越难别离.除了上述介绍的几个影响别离的主要因素外,还有其他多种影响别离的因素,如流动状态、流体的波动等.为减少精选公文范文,治理类,工作总结类,工作方案类文档,感谢阅读下载5流体波动和流动状态对别离的影响,除了系统设计时尽量

7、保证流体流动稳定外,别离器尺寸设计时要考虑足够的缓冲余量,设置必要的内件,如人口挡板、预别离器或稳流器等,使进入别离器的流体尽量平稳流动,易于别离.3/22海上油气处理工艺设计对于易起泡和乳化的原油,一般通过注人化学药剂来减少其影响.消泡剂可以破坏泡沫的稳定性,提升油气别离效果.破乳剂可以破坏乳化液的稳定性,使油中水滴或水中油滴聚结成大液滴而易于别离.一般原油破乳剂的破乳机理可归纳如下几个方面：1外表活性作用.破乳剂具有高效能的外表活性物质,它们很容易吸附在油水界面上,降低界面膜的外表张力,使W/O型乳状液变的不稳,易于破裂,水滴别离出来.2反相作用.亲水型的破乳剂可以将“W/O型乳状液转化为

8、“O/W型乳状液,借乳化过程的转化和水包油型乳状液的不稳定而使油水别离.3湿精选公文范文,治理类,工作总结类,工作方案类文档,感谢阅读下载6润和渗透作用.破乳剂可以溶解吸附在油水界面的胶质、沥青质等天然乳化剂,还能降低原油的黏度,而且还能透过薄膜与水饱和,形成亲水的吸附层.这样有利于水滴的碰撞合并和沉降别离.反离子作用.于原油乳状液中分散相的水滴外表吸附了一局部正离子,使分散相往往带有正电,使水滴之间相互排斥,难以聚合.如果加人离子型破乳剂,它们吸附于水滴外表,中和正电,减弱斥力,破坏受同性电保护的界面膜,使水滴易于聚合沉降别离.破乳剂分为离子型和非离子型两大类.破乳剂溶于水时,凡能形成电解质

9、的,称为离子型破乳剂；它又分为阴离子型、阳离子型和两性离子型等类别.凡在水溶液中形不成电解质的,称为非离子型破乳剂；按溶解性可分为水溶性、油溶性和局部溶于水、局部溶于油的混溶性三类.于原油的特性不同,破乳剂的优选需要通过试验及实际应用确定；而且,随着油田开采期的不同,要根据原油乳状液的性质发生变化而选用不同的破乳剂.优选时主要考虑破乳剂的脱水率、脱水速度、脱出水的含油率、最正确用薰及低温脱水性能等.三、别离器的类型4/22海上油气处理工艺设计油气田上常用的别离器,按其外形分主要有立式和卧式两种；按功能分有气液两相别离器和油、气、水三相别离器等；按操作压力可分为负压、低压、中压和高压别离器等.下

10、面对别离器的形式和内部结构作简单介绍.1.立式分离器图2316为立式别离器的简单结构示意图.立式别离器一般用于处理高气液比的油气混合物,如用作气体洗涤器、分液罐等,以便除去大量气体中所含少量液体.立式别离器的内部结构如图2316所示,混合物侧面进人别离器,经入口分流器使油气得到初步别离,液体下沉降至别离器的集液局部,析出所携带的气泡后经液控阀流入管线；经人口分流后的气体向上流向气体出口,气体所携带的较重油滴在重力作用下沉降至集液局部;较小的液滴经出口捕雾器碰撞聚集后进一步脱除,然后气体流出别离器.2.卧式别离器5/22海上油气处理工艺设计卧式别离器多用于液气比拟高的情况,像原油别离器和缓冲罐等

11、.别离器的内部结构如图2317所示.流体进入别离器,经过入口分流器后气、液的流向和流速忽然改变,使气液得以初步别离.气体水平地通过液面上方的重力沉降局部,被气流携带的液滴在此局部靠重力沉降至气液界面,未沉降至液面的粒径更小的液滴在出口捕雾器碰撞聚集成大液滴,在重力作用下沉降至集液局部.图2317般三相别离器的简单结构示意图经过初步别离的液体在重力作用下流入别离器的集液局部,集液局部需要有一定的空间,使液体流出前有足够的停留时间;对于两相别离器,足够的停留时间可以使原油中气泡升至液面并进人气相；对于三相别离器,足够的停留时间除使油中气泡析出至气相外,还可以使油中水滴沉降至水层,水层的油滴升至油层

12、,然后再通过限制阀流出别离器.油气界面的高度一般限制在(1/23/4)D之间.为了提升脱水效果,容器内部一般加设填料.填料的形式有斜板、波纹板,或填料和斜板合一等.油水混合液流过这些填料时,可使水滴吸附其外表,在液体的剪力作用下破坏水滴外表张力,使水滴易于聚结；同时,顺着填料下沉,缩短沉降时间.有的别离器气相也设置填料.于气相主要是分出液体,填料可能与油水别离段的填料不同.填料段一般设置12段,如果太多,不经济,且占去较大的别离空间.根据填料和波纹板的功用,它们应满足以下要求：(1)具有良好的润湿性,混合物流经其外表时,水滴(或油滴)易于吸附.(2)能长期使用,不易破碎,并不与油、水发生化学变

13、化.3来源广,价格低廉.6/22海上油气处理工艺设计对于用于浮式生产储油设施上的别离器,于波动原因必须考虑增加内部防浪设施稳定界液面.比拟简单的方法是采用防浪板,如图2317所示,有时填料兼作防浪板.防浪板的多少根据别离器别离段的长度来定.3.高效三相别离器一般为卧式别离器,型的高效三高效三相别离器图2318是典相别离器高效三相别离器结构简图高效三相别离器是通过合理的内部结构设计,利用机械、热和化学等技术,使原油到达高效别离的容器,与同尺寸的普通别离器相比,具有处理量大,脱水效果好的优点.于其内部结构复杂,一般用于处理高密度、高黏度的原油.高效三相别离器在设计方面主要有以下特点：1设计预脱气室

14、.气液别离仅靠重力,需要的空间较大,也就增大了别离器的尺寸.高效别离器设置气体精选公文范文,治理类,工作总结类,工作方案类文档,感谢阅读下载11预别离室如图2,18所示,可以预别离出大局部气体,减少了沉降别离室的气液别离空间,同时保证了液面的稳定.高操作液面.于沉降别离室的气液别离空间减少,高效三相别离器操作液面就可设计相对较高,一般在3/4D左右,与同尺寸的普通别离器相比,就增大了处理量.3原油水洗预别离.高效别离器中预脱气后的原油直接进人油水预别离室的水层,水洗除去其中的杂质,同时利用油在水中上浮快、破坏油包水滴稳定性的原理水洗原油,提升油水别离速度.4设计整流段.液体紊流会严重影响别离效

15、果,设计整流段可以尽量保证液体稳定流动,减少了返混,提升别离效率.7/22海上油气处理工艺设计5采用高效填料.一般高效别离器的气、液别离室都设置高效填料,减少油滴、水滴上升或沉降的时间.填料越好,别离效率就越高.式中一油滴均匀沉降速度,m/s;do一油滴精选公文范文,治理类,工作总结类,工作方案类文档,感谢阅读下载12直径,m;一油滴的密度,kg/m3;一别离条件下气体的密度,km3/m;一别离条件下气体动力黏度,PaS过渡区：(2-3-4)紊流区：(235)为判断某一直径的油滴在给定的别离条件下处于什么流态区,引人阿基米德准数Ar;(23b)9/22海上油气处理工艺设计求出Ar;后按表231

16、5查出雷诺数Re,即可按流态选用油滴沉降速度计算公式.表2315不同流态下Ar-Re关系注;除用计算方法确定油滴沉降速度外,还可按图2319进行简化计算.该图表示原油密度为50kg/m3,天然气相对密度为,工作温度为20c时,不同压力下的油滴直径和沉降速度的关系.使用图2319时,假设原油密度、气体相对密度、工作温度与图表不符时,其修正系数见表2316和表2317当原油密度不是50kg/m3,将影响(PLPg一项,按比例修正即可.10/22海上油气处理工艺设计11/22海上油气处理工艺设计以上介绍的是沉降速度的计算方法,具有一定沉降速度的油滴能否别离出来,还要看别离器的形式和别离器重力沉降局部

17、中气体的流速.下面介绍一下气体流速的计算.1气体的允许流速立式别离器中,气流方向与油滴沉降方向相反.因此,油滴能够沉降的必要条件是:油滴的沉降速度Wu必需大于气体流Wg,即Wu>Wg卧式别离器,气流方向与油滴沉降方向垂直,因此,汕滴能够沉降至集液局部的必要条件是油滴沉降至集液局部液面所需时间应小于油滴流过重力沉降局部所需时间,即式中一重力沉降局部的有效长度,即入口分流器至气体出口的水平距离,一般取为圆筒局部长度的气体流速,m/s;0.8倍,m;Wg-h一油滴沉降高度,一般为(1/4-1/2)D,m为使问题简化,推导油滴沉降速度时作过假设干假设,实际情况较复杂,与假设情况出入较大,但理论上

18、尚无完善解决方法,考虑到以上原因,求取允许气体速度时可利用以下公式：立式别离器中：(237)卧式别离器中：12/22海上油气处理工艺设计当“h=1/2D(239)式中Wn一粒径为的油滴沉降速度,m/s初步计算时,气体的允许流速可按以下经验公式计算：(2-3-10)式中系数K的选取按表册中更详细的参数值也可参考雪夫龙设计手注:h-油气混合入口至液面的距离；L-油气混合物入口分流器至气体出口的距离；2)除雾器的适宜气速Wg网垫除雾器的适宜气速是别离条件下液体密度和气体密度的函数,经验公式如下：(2311)式中K取0.107.13/22海上油气处理工艺设计精选公文范文,治理类,工作总结类,工作方案类

19、文档,感谢阅读下载15求出Wg后,可按别离条件下气体流量确定垂直于气流方向的除雾网面段.除雾网的厚度一般取100150mm,即可除去99%的10100为245490Pa3.从原油中析出气泡的计算影响原油中析出气泡的主要因素有:(1)原油黏度.黏度越大,原油中夹带气泡越不易浮至液面,造成含气量大；2)原油在别离器中停留时间.原油停留时间过短,溶解于原油中气泡就来不及折出；(3)别离压力.压力愈高,气液密度差愈小,气泡就愈不易浮出液面.从原油中分出气泡的过程,与从气体中分出油滴极为相似.于原油黏度大,气泡上浮进度较慢,雷诺数较小,其流态一般总处于层流区.因而气泡匀速上升的速度可用下式计算：的油滴,压降一般(2312)式中da一气泡直径,气泡从原油中分出的必要条件是：气泡上升速度应大于别离器集液局部任一液面下降的平均速度(W)根据W即可分别确定卧式和立式别离器的工艺参数.于理论计算较复杂,一般根据停留时间来保证气泡的别离,从而确定别离器的尺寸.根据我国原石油工业部设计标准,一般原油在别离器中的停留时间为1一3min,起泡原油为5-20min;国际上对原油别离停留时间的要求与我国大致相同,一般推荐API1ZJ?油气别离标准?中的规定,见表23I9和表2-3204油、水别离计算水中油滴和油中