油气分离与计量概述课件

第三章油气分离与计量油气田地面工程概论第三章油气分离与计量油气田地面工程概论集输过程示意图2集输过程示意图2第三章油气分离与计量第一节气液相平衡（油气分离的工作原理基础）

第二节油气分离方式第三节油气分离器第四节油气计量3第三章油气分离与计量第一节气液相平衡（油气分离的工油气分离（气液分离）地层中的石油到达油气井口并继而沿出油管或采气管流动时，随压力和温度条件的变化，常形成气液两相。为了满足油气井产品计量、矿场加工、储存和输送的要求，必须将它们按液体和气体分开，成为通常所说的原油和天然气，这就是油气分离。在水驱油藏开发中油井产物常含大量伴生水，采出水具有很强的腐蚀性、易结垢，应尽早将其与原油分离.4油气分离（气液分离）地层中的石油到达油气井口并继而沿出油管第一节气液相平衡第一节气液相平衡气液相平衡在一定温度、压力条件下，组成一定的物系，当气液两相接触时，相间将发生物质交换，直至各相的性质（如温度、压力和气、液组成等）不再变化为止。达到这种状态时，称该物系处于气液相平衡状态。油气分离为相平衡的典型实例。油气混合物进入分离器内并停留一段时间，使挥发性强的轻组分与挥发性弱的重组分分别呈气态和液态流出分离器，实施轻、重烃类组分的分离。6气液相平衡在一定温度、压力条件下，组成一定的物系，当气液两相气液相平衡油井生产的井流，在不同条件下处于何种状态？若为气液两相，则在某一已知条件下达到相平衡时各相的数量、组成、性质如何？7气液相平衡油井生产的井流，在不同条件下处于何种状态？7第一节油气相平衡一、烃系的相平衡一元体系（纯化合物）相特性完全互溶二元体系相特性多元体系相特性8第一节油气相平衡一、烃系的相平衡81.纯化合物的相特性纯烃的蒸气压曲线曲线左上方的条件下，体系内为单一的液相；曲线右下方的条件下，体系内为单一的气相；曲线上的任一点，体系内存在气液两相。91.纯化合物的相特性纯烃的蒸气压曲线91.纯化合物的相特性气液两相共存并达到平衡状态时，宏观上两相之间没有物质的传递，体系内液相的挥发量与蒸气的凝结量相同，蒸气压力不再变化。这时的气体称为饱和蒸气，液体称为饱和液体，相应压力称为饱和蒸气压。101.纯化合物的相特性气液两相共存并达到平衡状态时，宏观饱和蒸气压饱和蒸气压既表示液体的挥发能力，又表示蒸气的凝结能力。在同一温度下，挥发性强的纯烃的蒸气压大于挥发性弱的纯烃的蒸气压。纯烃的饱和蒸气压随温度的升高而增大。两相平衡时，温度、压力两参数中确定任一参数，另一参数就是定值。11饱和蒸气压饱和蒸气压既表示液体的挥发能力，又表示蒸气的凝结能1.纯化合物的相特性饱和气体比容：恒压水平段起点A对应的比容，表示气体达到饱和状态开始有液体时的比容。饱和液体比容：恒压水平段终点B对应的比容，表示气体气体恰好全部液化为液体时的比容。水平线是纯烃气液两相共存的比容范围。121.纯化合物的相特性饱和气体比容：恒压水平段起点A对应的比容1.纯化合物的相特性饱和气体比容和饱和液体比容随温度升高而相互接近，水平线变短。临界点：

p-v图上的拐点C，在该点饱和蒸气和饱和液体的比容相等。临界温度：使气体液化的最高温度。在临界状态时，气液比容相同，温度、密度、热焓等强度性质亦相同。在临界点附近物质的光学性质发生明显变化。131.纯化合物的相特性饱和气体比容和饱和液体比容随温度升高而相2.二元体系相特性142.二元体系相特性142.完全互溶二元体系相特性泡点、泡点压力、泡点温度、泡点线开始有气体从饱和液体中跑出的点，对应的温度、压力为泡点温度、泡点压力。露点、露点压力、露点温度、露点线开始有液体从饱和蒸气中析出的点，对应的温度、压力为露点温度、露点压力。152.完全互溶二元体系相特性泡点、泡点压力、泡点温度、泡点线12.完全互溶二元体系相特性露点线、泡点线共同包围的区域为气液两相平衡区，在此范围内，越接近泡点线，饱和液体量越多，越接近露点线，饱和气体量越多。露点线和泡点线的交点为临界点。体系处于临界点时，气液两相的强度性质相同，变成均匀的一相。只要体系的状态处于包线范围内，体系内就存在平衡的气液两相。162.完全互溶二元体系相特性露点线、泡点线共同包围的区域为气液二元体系与一元体系的对比气液平衡时的温度和压力：一元体系气液两相平衡时，温度和压力有对应的关系，确定任一参数，另一参数就是定值；二元体系处于气液平衡时，固定任一参数，另一参数可在一定范围内变化。体系的温度高于临界温度或压力高于临界压力：一元体系，温度超过临界温度时，气体不能被液化;压力高于临界压力时,体系内不可能有平衡的气液两相。二元体系，当体系温度高于临界温度或压力高于临界压力时，只要体系的状态处于包络线内，体系就存在平衡的气液两相。17二元体系与一元体系的对比气液平衡时的温度和压力：172.完全互溶二元体系相特性C为临界点。临界冷凝压力：两相区包线的最高压力pM临界冷凝温度：两相区包线的最高温度TM182.完全互溶二元体系相特性C为临界点。182.完全互溶二元体系相特性等温反常凝析：在等温条件下，由于压力降低，反常地发生液化现象。等温反常气化：在等温条件下，由于压力升高，反常地发生气化现象。等压反常凝析、反常气化。反常气化和凝析只有在高温、高压下才发生。192.完全互溶二元体系相特性等温反常凝析：在等温条件下，由于压3.多元体系的相特性多元体系的相特性与二元体系极为相似，它具有二元体系的全部相特性。多组分混合物的临界压力更高，包络线所围面积更大。203.多元体系的相特性多元体系的相特性与二元体系极为相似，它具二、油气分离的相平衡计算已知：进入分离器的油气混合物流量、组成，分离器的操作压力（p）和操作温度（T）求：油、气流量及其组成求解过程：1.求平衡常数（比）2.进行相平衡计算21二、油气分离的相平衡计算已知：进入分离器的油气混合物流量、组1.平衡常数表示在一定条件下，气液两相平衡时，体系中组分i在气相与液相中的分子浓度之比.221.平衡常数表示在一定条件下，气液两相平衡时，体系中组分i在1.平衡常数可作为组分挥发性强弱的衡量标准。K大于1者为挥发性强的轻组分，它倾向与浓集在气相中；K小于1者为挥发性弱的重组分，它具有在液相中浓集的倾向是体系压力和温度的函数：p↑，K↓；T↑，K↑非理想体系，特别是在高压下的K和p、T、化合物组成有关231.平衡常数可作为组分挥发性强弱的衡量标准。K大于1者为挥发1.平衡常数K的求取以实验数据为基础的经验方法（简单、实用）1.查图法2.会聚压法根据状态方程计算（通用性强，计算复杂）241.平衡常数K的求取242.相平衡计算在进行石油相平衡分离计算时，通常已知：(1)石油的组成和C7+假组分的分子量和密度；(2)分离的温度和压力条件；(3)石油中每种组分在分离条件下的平衡常数Ki。通过计算需要确定的参数是：(1)若进入体系的物料为1克分子，或1公斤分子，在分离条件下气液平衡时，气液相的比例，即气液相占整个体系的分子分数V和L；(2)气液相组成，即各种组分在气液相中分子分数yi和xi252.相平衡计算在进行石油相平衡分离计算时，通常已知：252.相平衡计算基本方程：总物料平衡：L+V＝1组分i的物料平衡xiL＋yiV＝zi平衡常数Ki＝yi/xi262.相平衡计算基本方程：26三、影响油气分离液量的因素压力：压力增大，总平衡液量增加低压区：所有组分的平衡液量都随压力的增大而增加，其中分子量较小的组分增长的较快，庚烷以上的组分变化不大。中压区：各组分平衡液量的增长趋于平缓，分子量较高的组分平衡液量甚至有所下降。＞10Mpa的高压区：只有甲烷和乙烷的平衡液量继续增长，其余组分的平衡液量都逐渐减少。27三、影响油气分离液量的因素压力：压力增大，总平衡液量增加三、影响油气分离液量的因素压力：压力增大，总平衡液量增加。温度：温度降低，平衡液量增加，组分的分子量越小，增量越大。0℃以下，特别是-10℃以下，总平衡液量的增加主要是甲烷、乙烷和丙烷的作用，所以，在过低温度下进行油气分离作业，对最后在常压储罐中收获的原油量亦无好处。28三、影响油气分离液量的因素压力：压力增大，总平衡液量增加。第二节油气分离方式第二节油气分离方式一、油气分离方式从油气井采出的油气混合物，总带有一定压力和不同于地表的温度。在沿集输管网流动过程中，随压力降低溶解在液相中的气体不断析出。如何对待这些不断析出的气体，是随析出随从管系中引出，还是积累到一定程度后从管系析出，这就是分离方式问题。30一、油气分离方式从油气井采出的油气混合物，总带有一定压力和不一、油气分离方式分离方式可分为三种：一次分离连续分离多级分离分离方式对所得气液的数量和质量都有很大影响.31一、油气分离方式分离方式可分为三种：31一、油气分离方式①一次分离（常压储罐分离）油气混合物的气液两相一直在保持接触的条件下，逐渐降低压力，最后流入常压储罐，在罐中一下把气液分开。由于有大量气体从储罐中排出，同时油气进入油罐时的冲击力很大，实际生产中并不采用。32一、油气分离方式①一次分离（常压储罐分离）32一、油气分离方式②连续分离（微分分离、微分气化）随着油气混合物在管路中压力的降低，不断地将逸出的平衡气排出，直至压力降为常压，平衡气亦最终排出干净，剩下的液相进入储罐。实际生产中很难实现。33一、油气分离方式②连续分离（微分分离、微分气化）33一、油气分离方式③多级分离油气两相在保持接触的条件下，压力降到某一数值时，把降压过程中析出的气体排出，脱出气体的原油继续沿管路流动、降压到另一较低压力时，把该降压过程中从原油中析出的气体再排出，如此反复，直至系统的压力降为常压，产品进入储罐为止。每排一次气，作为一级；排几次气，叫做几级分离。常压储罐为最后一级。34一、油气分离方式③多级分离34三级油气分离流程示意图1－来自井口的油气混合物；2－油气分离器；3－平衡气；4－未稳定原油；5－稳定塔；6－闪蒸气；7－稳定原油；8－储罐；9－泵35三级油气分离流程示意图1－来自井口的油气混合物；2－油气分二、多级分离效果多级分离所得的储罐原油收率高、密度小、组成合理（C1浓度低、C5＋浓度高）；多级分离所得储罐原油中C1组分含量少，蒸气压低，蒸发损耗少。多级分离所得天然气数量少，气体中重组分含量低。多级分离能充分利用地层能量，减少集气动力消耗。36二、多级分离效果多级分离所得的储罐原油收率高、密度小、组成合二、多级分离效果连续分离所得的液体量最多，一次分离所得的液体量最少，多级分离居中。分离级数愈多，液体收率愈大，液体密度愈小。多级分离是一种投资较省的原油稳定措施。37二、多级分离效果连续分离所得的液体量最多，一次分离所得的液体三、衡量分离效果应考虑的因素所产原油的数量和价值；所产天然气和其它产品的数量和价值；分离级数、分离压力、分离温度对分离设备数量、质量和能耗的影响；使天然气、液化气、轻质油达到国家规定的质量要求（如：露点、组成、蒸气压等）所需加工设备（压缩机、制冷设备）的费用和能耗；应考虑石油综合利用和石油在矿区的初加工方案。38三、衡量分离效果应考虑的因素所产原油的数量和价值；38

在分离作业中，常把C1~C4纳入气相，C5以上纳入液相原油中，这样即可保证销售原油的质量和汽油收率，又不会由于原油蒸气压过高而造成大量蒸发损耗。

因为密度是衡量原油质量优劣的一个重要指标。高质量的原油密度小，含轻组分多，炼制时汽油收率高。

39在分离作业中，常把C1~C4纳入气相，C5以四、分离级数和分离压力分离级数愈多，在储罐中原油收率愈高。但过多地增加分离级数，储罐原油收率增加越来越少，而分离设备的投资和运营费用却大幅上升，使总体效益下降。一级分离压力(表)，MPa分离级数0.15~0.8510.85~2.01~22.0~3.523.5~4.82~3(若原油产量超过1500m3/d可增加级数)>4.84分离级数的选择40四、分离级数和分离压力分离级数愈多，在储罐中原油收率愈高。但四、分离级数和分离压力多级分离时，各级分离器控制的分离压力不同有不同的分离效果。克别尔（Campbell）提出,各级压力为常数时能得到较好的分离效果,即各级分离器压力构成等比数列。可简捷地确定各级分离压力；可为优化各级分离压力提供计算初值。41四、分离级数和分离压力多级分离时，各级分离器控制的分离压力不四、分离级数和分离压力最后一级分离器压力取（0.2～0.3）MPa，使原油进入原油脱水器或储罐，并将水排到水处理系统。42四、分离级数和分离压力最后一级分离器压力取（0.2～0.3）第三节油气分离器第三节油气分离器油气分离器把管路内自发形成并交错存在的气液两相分离为单一的相态的液体和气体的过程，通常在分离器中进行，它是油气田用得最多、最重要的设备之一。气流中分离掉液体和固体；从油流中分离掉气体和固体以及游离水；利用相对密度的差异将混合的液体分离成两种或三种流体。44油气分离器把管路内自发形成并交错存在的气液两相分离为单一的相一、油气分离器的分类①按流体流动方向和安装形式卧式分离器立式分离器②按功能两相分离器、三相分离器计量分离器、生产分离器③按实现分离的物理力重力、离心、混合式④按压力真空(<0.1MPa)、低压(<1.5MPa)、中压(1.5~6MPa)、高压(>6MPa)45一、油气分离器的分类①按流体流动方向和安装形式45二、油气分离器的工作原理46二、油气分离器的工作原理46二、油气分离器的工作原理流体由入口分流器进入分离器，油气的流向和流速突然改变，使油气得以初步分离。经初步分离后的原油在重力（或离心力）作用下流入分离器的集液区。集液区需要有一定的体积，使原油在分离器内有足够的停留时间，使原油携带的气泡上升至液面并进入气相；集液区也提供缓冲容积，均衡进出分离器原油流量的波动集液区原油流经分离器全长后，经由液面控制器控制的出油阀流出分离器。47二、油气分离器的工作原理流体由入口分流器进入分离器，油气的流二、油气分离器的工作原理来自入口分流器的气体通过液面上方的重力沉降部分,被气流携带的油滴在此部分靠重力沉降至集液区。未沉降至液面的、粒径更小的油滴随气体流经捕雾器,在捕雾器内聚结、合并成大油滴，在重力作用下流入集液区。脱除油滴的气体经压力控制阀流入集气管线。48二、油气分离器的工作原理来自入口分流器的气体通过液面上方的重三、两相分离器的工作过程卧式分离器为获得最大气液界面面积和良好的气液分离效果，常将气液界面控制在0.5容器直径处。49三、两相分离器的工作过程卧式分离器为获得最大气液界面面积和良三、两相分离器的工作过程立式分离器50三、两相分离器的工作过程立式分离器50卧式分离器和立式分离器的对比卧式分离器：气体流动方向与液滴沉降方向垂直；优点：气液界面面积较大，有利于分离器内的气液达到相平衡；有较大的集液区体积，被原油携带的气泡有足够的时间进入气相，故所得原油中含气量少；来液量变化时，液位变化较小，缓冲能力强，能向下游设备提供较稳定的流量。51卧式分离器和立式分离器的对比卧式分离器：51卧式分离器和立式分离器的对比卧式分离器：优点：在相同气液处理量下，其尺寸较小，制造成本低；易于安装、检查、保养，易于制成移动装置。缺点：占地面积大、排污相对不便。适合于处理气油比较大的流体。存在乳状液、泡沫的油田。52卧式分离器和立式分离器的对比卧式分离器：52卧式分离器和立式分离器的对比立式分离器：气体流动方向与液滴沉降方向相反；优点：占地面积小，液面控制较容易，排污方便缺点：气液界面小，橇装化困难。适用于：处理含固体杂质较多的油气混合物，海洋采油。53卧式分离器和立式分离器的对比立式分离器：53四、其它形式的分离器离心式分离器主要依靠油气混合物做回转运动时产生的离心力使气体和携带的油滴分离。尺寸小、分离效率高在海洋采油使用较多54四、其它形式的分离器离心式分离器54四、其它形式的分离器双筒卧式分离器上筒体为气体重力沉降部分；下筒体为集液部分，其大小由需要的液体缓冲能力确定。与单筒相比，双筒体分离器可减小每个筒体的直径。55四、其它形式的分离器双筒卧式分离器55四、其它形式的分离器过滤式分离器主要用于从气体中除油。分离器分成两部分，上游部分装过滤管，下游部分装捕雾器。56四、其它形式的分离器过滤式分离器56五、分离器的基本组成入口分流器重力沉降区集液区捕雾器压力、液位控制阀安全防护及其它部件57五、分离器的基本组成入口分流器57五、分离器的基本组成入口分流器主要功能：使入口油气混合物的动量减小，有效地进行气液初步分离；尽量使分出的气液在各自的流通面积上有均匀的流速；防止分出液体的破碎和液体的再携带。主要形式：窄缝式、碰撞式、稳流式、叶片式、旋流式58五、分离器的基本组成入口分流器58入口分流器59入口分流器59常见的入口分流器结构图60常见的入口分流器结构图60五、分离器的基本组成重力沉降区在该区内气体流速减小，湍流度降低，利用重力使气体夹带的油滴沉降至集液区。集液区为液体提供必要的停留时间使液体进一步脱气，收集从重力沉降区和捕雾器分出的液体，平衡进液量和排液量的不均衡，即有一定的缓冲作用。61五、分离器的基本组成重力沉降区61五、分离器的基本组成捕雾器主要功能：从气流中截留更小的油滴，使分离器出口气体的带液量控制在某一允许数量之下。主要工作原理以碰撞和聚结从气流中分离出小油滴。主要形式：折板式、丝网式、填料式、离心式62五、分离器的基本组成捕雾器62常见的捕雾器油滴碰撞折板，气流改变流向和流速，油滴聚结。可水平或垂直安装。价格低廉，不易被蜡、固体杂质堵塞，适用于处理较脏的气体。折板式捕雾器63常见的捕雾器油滴碰撞折板，气流改变流向和流速，油滴聚结。折板常见的捕雾器靠油滴惯性碰撞、丝网直接拦截和油雾的布朗运动捕集油滴。水平安装、气流向上垂直通过捕雾器，丝网上捕集并聚结的大油滴通过向上的气流沉降至分离器的集液部分。64常见的捕雾器靠油滴惯性碰撞、丝网直接拦截和油雾的布朗运动捕集常见的捕雾器在控制液位以上的区域内设置一系列平行薄板，板长几乎为卧式分离器重力沉降段的整个长度，板间距为25mm，与水平面夹角为45度，沿板长度方向每隔一定距离开一缺口。带液气体流经迪克松板组时，由于气体湍流度降低、油滴沉降距离减小，使油滴凝聚在湿润的板表面上，并经缺口流至集液区。可提供捕雾器的除油效率，但不能替代捕雾器。65常见的捕雾器在控制液位以上的区域内设置一系列平行薄板，板长几常见的捕雾器不易堵塞、除雾效率高于丝网和板式捕雾器；气体流量对除雾效率十分敏感，需较大压降产生离心力。66常见的捕雾器不易堵塞、除雾效率高于丝网和板式捕雾器；66五、分离器的基本组成压力、液位控制阀安全防护部件分离器是压力容器，按规定应在容器上安装防止超压的安全阀，有时还装有易爆片与安全阀一起保护分离器的安全运行。其它部件防涡器、防波板、泡沫消除器（消泡板）67五、分离器的基本组成压力、液位控制阀67泡沫消除器处理发泡原油时常在气液界面处积聚气泡层，使气泡通过一系列倾斜板（或管子）可使气泡聚结、破灭。68泡沫消除器处理发泡原油时常在气液界面处积聚气泡层，使气泡通过六、对油气分离器的要求具有良好的机械分离效果，即希望由分离器流出气体中携带的油滴少，原油中携带的气泡少。应创造良好条件，使溶解于原油的气体及气体中的重组分在分离压力和温度下尽量析出和凝析，使油气两相接近平衡状态。这就要求在分离器内的气液接触面积大、气液在分离器内有必要的停留时间。在油气混合物性质、处理量和分离质量相同时，外形尺寸小，金属用量和制造成本低。69六、对油气分离器的要求具有良好的机械分离效果，即希望由分离器六、对油气分离器的要求从气体中分出油滴：气体少带油油滴沉降至分离器集液部分所需的时间应小于气流把液滴带出分离器的时间。油滴沉降速度与油滴直径有关，直径越小沉降速度越慢。重力沉降部分能分出直径大于100μm的油滴；10～100μm的油滴由捕雾器捕捉。70六、对油气分离器的要求从气体中分出油滴：气体少带油70六、对油气分离器的要求从原油中分出气泡：原油中所含气泡不被带出分离器气泡在原油中的上升速度应大于分离器集液部分任一液面的平均下降速度。原油所含气泡上升至油面后并不很快破裂，而是聚集在油面上形成泡沫。为解决气泡问题，要求原油在分离器中停留一定时间。在所要求的时间内，进入分离器的原油量应和集液部分的体积相等。71六、对油气分离器的要求从原油中分出气泡：原油中所含气泡不被带油气分离器内原油停留时间我国现行设计规范规定：非发泡原油：1~3min；发泡原油：5~20min原油相对密度原油停留时间（min）<0.8510.876~0.9341~20.934~1.0002~4美国API规范对分离器内原油停留时间的要求72油气分离器内原油停留时间我国现行设计规范规定：原油相对密度原七、油气水三相分离器油井内产物内常含有水，特别是在水驱油藏生产的中后期油井水含量急剧增多。含水油井产物进入分离器后，在油气分离的同时，由于密度差，一部分水会从原油中沉降至分离器底部。因而处理这类含水原油的分离器常有油、气、水三个出口，称油气水三相分离器。73七、油气水三相分离器油井内产物内常含有水，特别是在油气水三相分离器示意图1－油气水混合物入口；2－进口分流器；3－重力沉降部分；4－捕雾器；5－压力控制阀；6－气出口；7－挡油板；8－出油口；9－出水口；10－挡水板；11－油池74油气水三相分离器示意图1－油气水混合物入口；2－进口分流器；七、油气水三相分离器

工作原理：油气水混合物进入分离器后，入口分流器将混合物初步分成气液两相，液相由导管引至油水界面以下进入集液区；在集液区内，依靠油水密度差使油水分层，底部为分出的水层，上层为原油和含有较小水滴的乳状油层。75七、油气水三相分离器工作原理：75七、油气水三相分离器

工作原理：油和原油乳状液从挡油板溢流进入油池，经由液位控制的出油阀排出。水从油池下面通过，经挡水板流入水室，从由水室液面控制的出水阀排出。气体水平地通过重力沉降部分，经捕雾器后由气出口排出。76七、油气水三相分离器工作原理：76卧式三相分离器1－油气水混合物入口；2－进口分流器；3－重力沉降部分；4－捕雾器；5－压力控制阀；6－气出口；7－挡油板；8－出油口；9－出水口；10－挡水板；11－油池77卧式三相分离器1－油气水混合物入口；2－进口分流器；3－重力立式三相分离器78立式三相分离器78油水界面控制在油室两侧的液体构成连通器：油水挡板的高差：79油水界面控制在油室两侧的液体构成连通器：油水挡板的高差：79液相在三相分离器内的停留时间在油水界面处，油水交错存在，水中油滴上浮，油中水滴沉降。油的粘度远大于水的粘度，故从水中分出油滴要比从油中分出水珠容易；油水密度差远小于油气密度差。要求液相在分离器内有较长的停留时间，一般为5~30min。80液相在三相分离器内的停留时间在油水界面处，油水交错存在，水中第五节油气计量第五节油气计量集输过程示意图82集输过程示意图82第五节油气计量油田生产过程中，从井口至外输分作三级计量井口计量包括计量生产井产油量、产水量和产气量以及注水井（或注蒸气井）的注水量（注蒸气量）交接计量接转战至联合站、联合站至油库之间的油气计量，为生产管理提供数据外输计量是面向用户的，这一级计量精度要求最高83第五节油气计量油田生产过程中，从井口至外输分作三级计量8计量方法井口计量分离法计量利用油气分离器将油井采出物分离成气相和液相，或利用三相分离器将油井采出物分离成气体、油和水，而后分别对气体、液体（三相分离器出口的油和水）流量较小计量。采用多相流量计交接计量和外输计量：单相流量计量84计量方法井口计量84原油及油（气、水）井计量精度和等级计量等级系统误差配合仪器系统误差一级±0.35%0.2级各石油管理局、管道局交接站，油、气交接计量二级±1%0.2～0.5级石油局内部净化油、气的生产计量三级±5%1.0级转油站、集（配）气站生产计量四级±10%（油）1.5级油（气）井、计量站、注水井、配水间、供水井等±5%（气）1.5级±8%（水）2.0级85原油及油（气、水）井计量精度和等级计量等级系统误差配合仪第三章油气分离与计量油气田地面工程概论第三章油气分离与计量油气田地面工程概论集输过程示意图87集输过程示意图2第三章油气分离与计量第一节气液相平衡（油气分离的工作原理基础）

第二节油气分离方式第三节油气分离器第四节油气计量88第三章油气分离与计量第一节气液相平衡（油气分离的工油气分离（气液分离）地层中的石油到达油气井口并继而沿出油管或采气管流动时，随压力和温度条件的变化，常形成气液两相。为了满足油气井产品计量、矿场加工、储存和输送的要求，必须将它们按液体和气体分开，成为通常所说的原油和天然气，这就是油气分离。在水驱油藏开发中油井产物常含大量伴生水，采出水具有很强的腐蚀性、易结垢，应尽早将其与原油分离.89油气分离（气液分离）地层中的石油到达油气井口并继而沿出油管第一节气液相平衡第一节气液相平衡气液相平衡在一定温度、压力条件下，组成一定的物系，当气液两相接触时，相间将发生物质交换，直至各相的性质（如温度、压力和气、液组成等）不再变化为止。达到这种状态时，称该物系处于气液相平衡状态。油气分离为相平衡的典型实例。油气混合物进入分离器内并停留一段时间，使挥发性强的轻组分与挥发性弱的重组分分别呈气态和液态流出分离器，实施轻、重烃类组分的分离。91气液相平衡在一定温度、压力条件下，组成一定的物系，当气液两相气液相平衡油井生产的井流，在不同条件下处于何种状态？若为气液两相，则在某一已知条件下达到相平衡时各相的数量、组成、性质如何？92气液相平衡油井生产的井流，在不同条件下处于何种状态？7第一节油气相平衡一、烃系的相平衡一元体系（纯化合物）相特性完全互溶二元体系相特性多元体系相特性93第一节油气相平衡一、烃系的相平衡81.纯化合物的相特性纯烃的蒸气压曲线曲线左上方的条件下，体系内为单一的液相；曲线右下方的条件下，体系内为单一的气相；曲线上的任一点，体系内存在气液两相。941.纯化合物的相特性纯烃的蒸气压曲线91.纯化合物的相特性气液两相共存并达到平衡状态时，宏观上两相之间没有物质的传递，体系内液相的挥发量与蒸气的凝结量相同，蒸气压力不再变化。这时的气体称为饱和蒸气，液体称为饱和液体，相应压力称为饱和蒸气压。951.纯化合物的相特性气液两相共存并达到平衡状态时，宏观饱和蒸气压饱和蒸气压既表示液体的挥发能力，又表示蒸气的凝结能力。在同一温度下，挥发性强的纯烃的蒸气压大于挥发性弱的纯烃的蒸气压。纯烃的饱和蒸气压随温度的升高而增大。两相平衡时，温度、压力两参数中确定任一参数，另一参数就是定值。96饱和蒸气压饱和蒸气压既表示液体的挥发能力，又表示蒸气的凝结能1.纯化合物的相特性饱和气体比容：恒压水平段起点A对应的比容，表示气体达到饱和状态开始有液体时的比容。饱和液体比容：恒压水平段终点B对应的比容，表示气体气体恰好全部液化为液体时的比容。水平线是纯烃气液两相共存的比容范围。971.纯化合物的相特性饱和气体比容：恒压水平段起点A对应的比容1.纯化合物的相特性饱和气体比容和饱和液体比容随温度升高而相互接近，水平线变短。临界点：

p-v图上的拐点C，在该点饱和蒸气和饱和液体的比容相等。临界温度：使气体液化的最高温度。在临界状态时，气液比容相同，温度、密度、热焓等强度性质亦相同。在临界点附近物质的光学性质发生明显变化。981.纯化合物的相特性饱和气体比容和饱和液体比容随温度升高而相2.二元体系相特性992.二元体系相特性142.完全互溶二元体系相特性泡点、泡点压力、泡点温度、泡点线开始有气体从饱和液体中跑出的点，对应的温度、压力为泡点温度、泡点压力。露点、露点压力、露点温度、露点线开始有液体从饱和蒸气中析出的点，对应的温度、压力为露点温度、露点压力。1002.完全互溶二元体系相特性泡点、泡点压力、泡点温度、泡点线12.完全互溶二元体系相特性露点线、泡点线共同包围的区域为气液两相平衡区，在此范围内，越接近泡点线，饱和液体量越多，越接近露点线，饱和气体量越多。露点线和泡点线的交点为临界点。体系处于临界点时，气液两相的强度性质相同，变成均匀的一相。只要体系的状态处于包线范围内，体系内就存在平衡的气液两相。1012.完全互溶二元体系相特性露点线、泡点线共同包围的区域为气液二元体系与一元体系的对比气液平衡时的温度和压力：一元体系气液两相平衡时，温度和压力有对应的关系，确定任一参数，另一参数就是定值；二元体系处于气液平衡时，固定任一参数，另一参数可在一定范围内变化。体系的温度高于临界温度或压力高于临界压力：一元体系，温度超过临界温度时，气体不能被液化;压力高于临界压力时,体系内不可能有平衡的气液两相。二元体系，当体系温度高于临界温度或压力高于临界压力时，只要体系的状态处于包络线内，体系就存在平衡的气液两相。102二元体系与一元体系的对比气液平衡时的温度和压力：172.完全互溶二元体系相特性C为临界点。临界冷凝压力：两相区包线的最高压力pM临界冷凝温度：两相区包线的最高温度TM1032.完全互溶二元体系相特性C为临界点。182.完全互溶二元体系相特性等温反常凝析：在等温条件下，由于压力降低，反常地发生液化现象。等温反常气化：在等温条件下，由于压力升高，反常地发生气化现象。等压反常凝析、反常气化。反常气化和凝析只有在高温、高压下才发生。1042.完全互溶二元体系相特性等温反常凝析：在等温条件下，由于压3.多元体系的相特性多元体系的相特性与二元体系极为相似，它具有二元体系的全部相特性。多组分混合物的临界压力更高，包络线所围面积更大。1053.多元体系的相特性多元体系的相特性与二元体系极为相似，它具二、油气分离的相平衡计算已知：进入分离器的油气混合物流量、组成，分离器的操作压力（p）和操作温度（T）求：油、气流量及其组成求解过程：1.求平衡常数（比）2.进行相平衡计算106二、油气分离的相平衡计算已知：进入分离器的油气混合物流量、组1.平衡常数表示在一定条件下，气液两相平衡时，体系中组分i在气相与液相中的分子浓度之比.1071.平衡常数表示在一定条件下，气液两相平衡时，体系中组分i在1.平衡常数可作为组分挥发性强弱的衡量标准。K大于1者为挥发性强的轻组分，它倾向与浓集在气相中；K小于1者为挥发性弱的重组分，它具有在液相中浓集的倾向是体系压力和温度的函数：p↑，K↓；T↑，K↑非理想体系，特别是在高压下的K和p、T、化合物组成有关1081.平衡常数可作为组分挥发性强弱的衡量标准。K大于1者为挥发1.平衡常数K的求取以实验数据为基础的经验方法（简单、实用）1.查图法2.会聚压法根据状态方程计算（通用性强，计算复杂）1091.平衡常数K的求取242.相平衡计算在进行石油相平衡分离计算时，通常已知：(1)石油的组成和C7+假组分的分子量和密度；(2)分离的温度和压力条件；(3)石油中每种组分在分离条件下的平衡常数Ki。通过计算需要确定的参数是：(1)若进入体系的物料为1克分子，或1公斤分子，在分离条件下气液平衡时，气液相的比例，即气液相占整个体系的分子分数V和L；(2)气液相组成，即各种组分在气液相中分子分数yi和xi1102.相平衡计算在进行石油相平衡分离计算时，通常已知：252.相平衡计算基本方程：总物料平衡：L+V＝1组分i的物料平衡xiL＋yiV＝zi平衡常数Ki＝yi/xi1112.相平衡计算基本方程：26三、影响油气分离液量的因素压力：压力增大，总平衡液量增加低压区：所有组分的平衡液量都随压力的增大而增加，其中分子量较小的组分增长的较快，庚烷以上的组分变化不大。中压区：各组分平衡液量的增长趋于平缓，分子量较高的组分平衡液量甚至有所下降。＞10Mpa的高压区：只有甲烷和乙烷的平衡液量继续增长，其余组分的平衡液量都逐渐减少。112三、影响油气分离液量的因素压力：压力增大，总平衡液量增加三、影响油气分离液量的因素压力：压力增大，总平衡液量增加。温度：温度降低，平衡液量增加，组分的分子量越小，增量越大。0℃以下，特别是-10℃以下，总平衡液量的增加主要是甲烷、乙烷和丙烷的作用，所以，在过低温度下进行油气分离作业，对最后在常压储罐中收获的原油量亦无好处。113三、影响油气分离液量的因素压力：压力增大，总平衡液量增加。第二节油气分离方式第二节油气分离方式一、油气分离方式从油气井采出的油气混合物，总带有一定压力和不同于地表的温度。在沿集输管网流动过程中，随压力降低溶解在液相中的气体不断析出。如何对待这些不断析出的气体，是随析出随从管系中引出，还是积累到一定程度后从管系析出，这就是分离方式问题。115一、油气分离方式从油气井采出的油气混合物，总带有一定压力和不一、油气分离方式分离方式可分为三种：一次分离连续分离多级分离分离方式对所得气液的数量和质量都有很大影响.116一、油气分离方式分离方式可分为三种：31一、油气分离方式①一次分离（常压储罐分离）油气混合物的气液两相一直在保持接触的条件下，逐渐降低压力，最后流入常压储罐，在罐中一下把气液分开。由于有大量气体从储罐中排出，同时油气进入油罐时的冲击力很大，实际生产中并不采用。117一、油气分离方式①一次分离（常压储罐分离）32一、油气分离方式②连续分离（微分分离、微分气化）随着油气混合物在管路中压力的降低，不断地将逸出的平衡气排出，直至压力降为常压，平衡气亦最终排出干净，剩下的液相进入储罐。实际生产中很难实现。118一、油气分离方式②连续分离（微分分离、微分气化）33一、油气分离方式③多级分离油气两相在保持接触的条件下，压力降到某一数值时，把降压过程中析出的气体排出，脱出气体的原油继续沿管路流动、降压到另一较低压力时，把该降压过程中从原油中析出的气体再排出，如此反复，直至系统的压力降为常压，产品进入储罐为止。每排一次气，作为一级；排几次气，叫做几级分离。常压储罐为最后一级。119一、油气分离方式③多级分离34三级油气分离流程示意图1－来自井口的油气混合物；2－油气分离器；3－平衡气；4－未稳定原油；5－稳定塔；6－闪蒸气；7－稳定原油；8－储罐；9－泵120三级油气分离流程示意图1－来自井口的油气混合物；2－油气分二、多级分离效果多级分离所得的储罐原油收率高、密度小、组成合理（C1浓度低、C5＋浓度高）；多级分离所得储罐原油中C1组分含量少，蒸气压低，蒸发损耗少。多级分离所得天然气数量少，气体中重组分含量低。多级分离能充分利用地层能量，减少集气动力消耗。121二、多级分离效果多级分离所得的储罐原油收率高、密度小、组成合二、多级分离效果连续分离所得的液体量最多，一次分离所得的液体量最少，多级分离居中。分离级数愈多，液体收率愈大，液体密度愈小。多级分离是一种投资较省的原油稳定措施。122二、多级分离效果连续分离所得的液体量最多，一次分离所得的液体三、衡量分离效果应考虑的因素所产原油的数量和价值；所产天然气和其它产品的数量和价值；分离级数、分离压力、分离温度对分离设备数量、质量和能耗的影响；使天然气、液化气、轻质油达到国家规定的质量要求（如：露点、组成、蒸气压等）所需加工设备（压缩机、制冷设备）的费用和能耗；应考虑石油综合利用和石油在矿区的初加工方案。123三、衡量分离效果应考虑的因素所产原油的数量和价值；38

在分离作业中，常把C1~C4纳入气相，C5以上纳入液相原油中，这样即可保证销售原油的质量和汽油收率，又不会由于原油蒸气压过高而造成大量蒸发损耗。

因为密度是衡量原油质量优劣的一个重要指标。高质量的原油密度小，含轻组分多，炼制时汽油收率高。

124在分离作业中，常把C1~C4纳入气相，C5以四、分离级数和分离压力分离级数愈多，在储罐中原油收率愈高。但过多地增加分离级数，储罐原油收率增加越来越少，而分离设备的投资和运营费用却大幅上升，使总体效益下降。一级分离压力(表)，MPa分离级数0.15~0.8510.85~2.01~22.0~3.523.5~4.82~3(若原油产量超过1500m3/d可增加级数)>4.84分离级数的选择125四、分离级数和分离压力分离级数愈多，在储罐中原油收率愈高。但四、分离级数和分离压力多级分离时，各级分离器控制的分离压力不同有不同的分离效果。克别尔（Campbell）提出,各级压力为常数时能得到较好的分离效果,即各级分离器压力构成等比数列。可简捷地确定各级分离压力；可为优化各级分离压力提供计算初值。126四、分离级数和分离压力多级分离时，各级分离器控制的分离压力不四、分离级数和分离压力最后一级分离器压力取（0.2～0.3）MPa，使原油进入原油脱水器或储罐，并将水排到水处理系统。127四、分离级数和分离压力最后一级分离器压力取（0.2～0.3）第三节油气分离器第三节油气分离器油气分离器把管路内自发形成并交错存在的气液两相分离为单一的相态的液体和气体的过程，通常在分离器中进行，它是油气田用得最多、最重要的设备之一。气流中分离掉液体和固体；从油流中分离掉气体和固体以及游离水；利用相对密度的差异将混合的液体分离成两种或三种流体。129油气分离器把管路内自发形成并交错存在的气液两相分离为单一的相一、油气分离器的分类①按流体流动方向和安装形式卧式分离器立式分离器②按功能两相分离器、三相分离器计量分离器、生产分离器③按实现分离的物理力重力、离心、混合式④按压力真空(<0.1MPa)、低压(<1.5MPa)、中压(1.5~6MPa)、高压(>6MPa)130一、油气分离器的分类①按流体流动方向和安装形式45二、油气分离器的工作原理131二、油气分离器的工作原理46二、油气分离器的工作原理流体由入口分流器进入分离器，油气的流向和流速突然改变，使油气得以初步分离。经初步分离后的原油在重力（或离心力）作用下流入分离器的集液区。集液区需要有一定的体积，使原油在分离器内有足够的停留时间，使原油携带的气泡上升至液面并进入气相；集液区也提供缓冲容积，均衡进出分离器原油流量的波动集液区原油流经分离器全长后，经由液面控制器控制的出油阀流出分离器。132二、油气分离器的工作原理流体由入口分流器进入分离器，油气的流二、油气分离器的工作原理来自入口分流器的气体通过液面上方的重力沉降部分,被气流携带的油滴在此部分靠重力沉降至集液区。未沉降至液面的、粒径更小的油滴随气体流经捕雾器,在捕雾器内聚结、合并成大油滴，在重力作用下流入集液区。脱除油滴的气体经压力控制阀流入集气管线。133二、油气分离器的工作原理来自入口分流器的气体通过液面上方的重三、两相分离器的工作过程卧式分离器为获得最大气液界面面积和良好的气液分离效果，常将气液界面控制在0.5容器直径处。134三、两相分离器的工作过程卧式分离器为获得最大气液界面面积和良三、两相分离器的工作过程立式分离器135三、两相分离器的工作过程立式分离器50卧式分离器和立式分离器的对比卧式分离器：气体流动方向与液滴沉降方向垂直；优点：气液界面面积较大，有利于分离器内的气液达到相平衡；有较大的集液区体积，被原油携带的气泡有足够的时间进入气相，故所得原油中含气量少；来液量变化时，液位变化较小，缓冲能力强，能向下游设备提供较稳定的流量。136卧式分离器和立式分离器的对比卧式分离器：51卧式分离器和立式分离器的对比卧式分离器：优点：在相同气液处理量下，其尺寸较小，制造成本低；易于安装、检查、保养，易于制成移动装置。缺点：占地面积大、排污相对不便。适合于处理气油比较大的流体。存在乳状液、泡沫的油田。137卧式分离器和立式分离器的对比卧式分离器：52卧式分离器和立式分离器的对比立式分离器：气体流动方向与液滴沉降方向相反；优点：占地面积小，液面控制较容易，排污方便缺点：气液界面小，橇装化困难。适用于：处理含固体杂质较多的油气混合物，海洋采油。138卧式分离器和立式分离器的对比立式分离器：53四、其它形式的分离器离心式分离器主要依靠油气混合物做回转运动时产生的离心力使气体和携带的油滴分离。尺寸小、分离效率高在海洋采油使用较多139四、其它形式的分离器离心式分离器54四、其它形式的分离器双筒卧式分离器上筒体为气体重力沉降部分；下筒体为集液部分，其大小由需要的液体缓冲能力确定。与单筒相比，双筒体分离器可减小每个筒体的直径。140四、其它形式的分离器双筒卧式分离器55四、其它形式的分离器过滤式分离器主要用于从气体中除油。分离器分成两部分，上游部分装过滤管，下游部分装捕雾器。141四、其它形式的分离器过滤式分离器56五、分离器的基本组成入口分流器重力沉降区集液区捕雾器压力、液位控制阀安全防护及其它部件142五、分离器的基本组成入口分流器57五、分离器的基本组成入口分流器主要功能：使入口油气混合物的动量减小，有效地进行气液初步分离；尽量使分出的气液在各自的流通面积上有均匀的流速；防止分出液体的破碎和液体的再携带。主要形式：窄缝式、碰撞式、稳流式、叶片式、旋流式143五、分离器的基本组成入口分流器58入口分流器144入口分流器59常见的入口分流器结构图145常见的入口分流器结构图60五、分离器的基本组成重力沉降区在该区内气体流速减小，湍流度降低，利用重力使气体夹带的油滴沉降至集液区。集液区为液体提供必要的停留时间使液体进一步脱气，收集从重力沉降区和捕雾器分出的液体，平衡进液量和排液量的不均衡，即有一定的缓冲作用。146五、分离器的基本组成重力沉降区61五、分离器的基本组成捕雾器主要功能：从气流中截留更小的油滴，使分离器出口气体的带液量控制在某一允许数量之下。主要工作原理以碰撞和聚结从气流中分离出小油滴。主要形式：折板式、丝网式、填料式、离心式147五、分离器的基本组成捕雾器62常见的捕雾器油滴碰撞折板，气流改变流向和流速，油滴聚结。可水平或垂直安装。价格低廉，不易被蜡、固体杂质堵塞，适用于处理较脏的气体。折板式捕雾器148常见的捕雾器油滴碰撞折板，气流改变流向和流速，油滴聚结。折板常见的捕雾器靠油滴惯性碰撞、丝网直接拦截和油雾的布朗运动捕集油滴。水平安装、气流向上垂直通过捕雾器，丝网上捕集并聚结的大油滴通过向上的气流沉降至分离器的集液部分。149常见的捕雾器靠油滴惯性碰撞、丝网直接拦截和油雾的布朗运动捕集常见的捕雾器在控制液位以上的区域内设置一系列平行薄板，板长几乎为卧式分离器重力沉降段的整个长度，板间距为25mm，与水平面夹角为45度，沿板长度方向每隔一定距离开一缺口。带液气体流经迪克松板组时，由于气体湍流度降低、油滴沉降距离减小，使油滴凝聚在湿润的板表面上，并经缺口流至集液区。可提供捕雾器的除油效率，但不能替代捕雾器。150常见的捕雾器在控制液位以上的区域内设置一系列平行薄板，板长几常见的捕雾器不易堵塞、除雾效率高于丝网和板式捕雾器；气体流量对除雾效率十分敏感，需较大压降产生离心力。151常见的捕雾器不易堵塞、除雾效率高于丝网和板式捕雾器；66五、分离器的基本组成压力、液位控制阀安全防护部件分离器是压力容器，按规定应在容器上安装防止超压的安全阀，有时还装有易爆片与安全阀一起保护分离器的安全运行。其它部件防涡器、防波板、泡沫消除器（消泡板）152五、分离器的基本组成压力、液位控制阀67泡沫消除器处理发泡原油时常在气液界面处积聚气泡层，使气泡通过一系列倾斜板（或管子）可使气泡聚结、破灭。153泡沫消除器处理发泡原油时常在气液界面处积聚气泡层，使气泡通过六、对油气分离器的要求具有良好的机械分离效果，即希望由分离器流出气体中携带的油滴少，原油中携带的气泡少。应创造良好条件，使溶解于原油的气体及气体中的重组分在分离压力和温度下尽量析出和凝析，使油气两相接近平