新版油气集输工艺.ppt

1、油气集输工艺,寇 杰 邮件：,绪论 油气性质和基础理论 矿场集输管路 气液分离 原油处理 原油稳定,主要内容,第一章 绪论,油气集输的研究对象和在油田建设中的地位 油气集输的工作任务和工作内容 油田产品及其质量指标 油田生产对集输系统的要求 油气集输流程 油气集输设计的评价标准,油藏勘探,油田开发,油气集输,寻找石油资源 地球资源与信息学院,石油工程学院,地下 地上,水、砂、盐等固体杂质,储运与建筑工程学院,钻井 采油,原油、伴生气,收集、净化处理、运输,油气集输的研究对象,采油工程,化学化工学院,石油的炼制与加工,石油加工,油气集输的研究对象,油气集输研究对象是油气田内部原油、伴生天然气的收

2、集、加工和运输。,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后，在油田地面上需要建设各种生产设施、辅助生产设施和附属设施，以满足油气开采和储运的要求。油气集输是油田建设中的主要生产设施，在油田生产中起着主导作用，使油田生产平稳，保持原油开采及销售之间的平衡，并使原油、天然气、液化石油气和天然汽油等产品的质量合格。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、建设水平和生产效益起着关键性的作用。,油气集输的工作任务,将分散的油井产物、分别测得各单井的原油、天然气和采出水的产量值后，汇集、处理成出矿原油、天然气、液化石油气及天然汽油，经储存、计量后输送给用户的

3、的油田生产过程。,油气生产工艺系统,油气集输的工作范围,油气集输的工作范围是指以油井为起点，矿场原油库或输油、输气管线首站为终点的矿场业务。,油气集输的工作内容,气液分离 原油处理 原油稳定 天然气净化 轻烃回收 水处理,三脱三回收,三脱 原油脱水 原油脱气 伴生气、天然气脱轻油 三回收 污水中回收原油 回收污水 回收轻油、液化气,2020年8月11日5时28分,12,油田产品, 商品原油、天然气、液化石油气、稳定轻烃和净化污水,商品原油的质量指标,1、质量含水率 合格原油含水率不大于1，优质原油含水率不大于0.5。对于凝析油和稠油有不同的质量含水率要求。 2、饱和蒸汽压 储存温度(或60)下

4、原油的饱和蒸汽压不大于当地气压。 3、含盐量 不大于50g/m3。,商品天然气的质量指标,1、露点 最高输送压力下天然气的露点应低于输气管埋深处最低环境温度5。 2、硫化氢含量：不大于20mg/m3。 3、C5含量： 不大于50g/m3。 4、有机硫含量：不大于250mg/m3。,液化石油气的质量指标,1、组成要求 C1C2含量：不大于3(分子百分数)； C5含量：不大于2(分子百分数)； 2、饱和蒸汽压要求 38时的饱和蒸汽压不大于15个大气压（绝对）； -10时的饱和蒸汽压大于3个大气压（绝对）； 3、体积含水量要求 不大于0.5% ；,液化石油气的主要成分是C3和C4 ，在质量制定中限制

5、的是C1C2及C5的含量要求，更为合理。,稳定轻烃的质量指标,净化污水标准,对于净化污水有两个标准，分别为回注标准和排放标准，对其所含杂质的要求不同 污水排放水质含油低于5mg/L； 海上排放污水水质要求是：渤海海域排放污水含油量小于30mg/L；南海海域为小于50mg/L； 对回注的污水水质要求是：达到本油田规定的注水水质标准，特别关注回注污水与地层配伍性，包括悬浮物浓度大小、含油浓度及细菌含量。,净化污水质量标准之排放指标,净化污水质量标准之注水指标,油田生产对集输系统的要求,1、满足油田开发和开采的要求 由地质和油藏工程师提出合理的开发设计，由采油工程师制定开发方案，确定相应的采油措施，

6、由此确定相应的集输系统（生产规模、工艺流程、总体布局）以及相应的工程内容，从而保证采输协调、生产平稳，促进油田的开发和开采。 油田生产的特点是连续的、又是不均衡的，主要原因在于： a.油井数量增加，含水量上升，产液量增加； b.自喷井间歇自喷或改抽； c.个别抽油井改为注水井； d.生产层系调整，油品物性发生变化。,油田生产对集输系统的要求,2、集输系统能够反映油田开发和开采的动态 油田开发和开采的变化，反映到地面集输系统中就是：油、气、水产量、出砂量、气油比、气液比、井的油压和回压、井流温度、压力等参数的变化。 油田的这一生产特点要求油气集输系统的工程设施随之作出相应的调整，要考虑能以地面设

7、施的少量变化去适用油田开发不同时期、不同阶段的要求。 同时利用这些基础信息，使油藏工作者能加深对油藏的认识，适时调整油田开发设计和各油井的生产制度。,油田生产对集输系统的要求,3、节约能源、防止污染、保护环境 a.充分利用自喷井、抽油井的能量，减少转油环节，在有条件的油田提高第一级的分离压力，减少动力消耗； b.流程密闭，降低损耗； c.充分收集和利用油气资源，生产稳定原油、干气、液化石油气、天然汽油等产品，减少油田生产的自耗气量； d.采用先进高效的处理设备，如高效分水设备、高效注水泵等。,油田生产对集输系统的要求,3、节约能源、防止污染、保护环境 在油田生产过程中必然要产生： 废液（含油污

8、水、污油）； 废渣（含油泥砂、污垢）； 废气（加热设备排放气、特殊情况下的放空天然气）。 如果不加以处理，随意排放，必然对环境造成污染，甚至破坏生态平衡。因此在制定集输方案时，应该考虑到环境保护方面，使方案附合国家环保制度的要求。,油田生产对集输系统的要求,4、集输系统应安全可靠，并有一定的灵活性 集输系统的生产运行是连续的，无论哪一个环节发生故障都会或多或少地对全局生产产生影响； 另外，油田地域大，点多、面广、线长，抢修困难，要求集输系统简单、可靠、安全。一旦发生异常情况，要有调整的余地。,油田生产对集输系统的要求,5、与辅助系统协调一致，并有经济性 集输系统要满足提高经济效益的原则，具有经

9、济性。满足国家标准或有关规定，并且与供排水、供电、道路、通讯、土建等密切配合，协调一致。,油气集输流程,油气集输流程是油、气在油田内部流向的总说明，即从生产油井井口起到外输、外运的矿场站库，油井产品经过若干个工艺环节，最后成为合格油、气产品全过程的总说明。,（一）油气集输流程命名,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、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、掺蒸汽集油流程。 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。,（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、环型管网集油流程、树状管网集

10、油流程和串联管网集油流程。 4、按油气集输系统布站级数（指油井和原油库之间集输站场的级数）： 一级布站集油流程：只有集中处理站； 二级布站集油流程：计量站和集中处理站； 三级布站集油流程：计量站、接转站（增压）和集中处理站； 5、集输系统密闭程度：开式和密闭流程,（二）油田集油流程举例,1、双管掺活性水流程,2、三级布站单管油气集输流程,3、单管环形集油流程,4、稠油集输流程,（1）高温集油流程：单管加热集油流程和掺稀降粘流程。,（2）掺蒸汽集油流程,集输系统的压力,中华人民共和国国家标准GB503502005中规定：自喷井、气举井的回压为工程适应期间最低油管压力的0.40.5倍，但不宜低于0

11、.4MPa(表压)； 抽油井回压不高于1.5MPa(表压)，而高于4.5Kg/cm2，回压的高低会影响抽油机的工作性能和检泵周期！,集输系统的回压是地面集输系统对油气井的背压，也是集输系统的起点压力，是集输系统强度设计的重要依据。,提高集输系统压力的优势,可使伴生气更多地溶解在原油中，减少气量，降低原油粘度，进而减少管线的水力损失和提高油气分离效率； 可采用多级分离工艺，使原油和大部分伴生气自压输送，增加分离后原油的稳定程度并增加油、气的采收率； 为不加热输送创造条件，可减少油田的自耗燃料。,计量方式, 集中计量 分散计量,计量站 接转站 联合站,流程密闭的措施,1、采用卧式罐代替立式常压罐

12、2、充分利用自喷井和抽油井的能量，减少转油环节。这就需要考虑布站方式,一级布站 集中处理站 一级半布站 选井阀组集中处理站 二级布站 井口计量(计量接转)站集中处理站矿场油库 三级布站 井口计量站接转站集中处理站矿场油库,流程密闭的措施,3、采用油气混输泵 4、采用大罐抽气，避免常压罐中的油气蒸发损耗,集输流程设计的原则,油气集输工艺流程应密闭，降低油气损耗； 充分收集与利用油气井产物，生产符合产品标准的原油、天然气、液化石油气、稳定轻烃等产品； 合理利用油气井流体的压力能，适当提高集输系统压力，扩大集输半径，减少油气中间接转，降低集输能耗； 合理利用热能，做好设备和管道保温，降低油气处理和输

13、送温度，减少热耗； 油气集输工艺设计应结合实际情况简化工艺流程，选用高效设备。,油气集输流程设计的总趋势,简化井口和计量站、尽量采用二级布站和密闭流程、完善联合站、减少占地、方便管理。,油气集输系统的组成,油田地面集输系统有各种站和管线组成。 管线按所输送的介质分为气、油、水单相管和油气混输管以及油气水混输管。出油管线、集油管线 、矿场输油管线、集气管线、输气管线 。 至于站，名称不算统一，大致有：分井计量站 、交接计量站 、接转站 、原油脱水站 、矿场油库 、增压集气站 、压气站 、集中处理站 。,油气集输设计的评价标准, 可靠性 适用性 先进性 经济性,第二章 油气性质,原油分类 溶气原油

14、物性 脱气原油物性,标准状态,国内外计量气体体积采用的状态标准常不相同，常见的有三种: 压力101.325kPa、温度20 压力1atm、温度60（15.6） 压力101.325kPa、温度0,1m3(20)=0.985m3(15)=0.932m3(0),原 油,原油是一种极其复杂的烃类和非烃类的液态混合物，其中碳和氢的质量分数分别为85%、12%，其余为硫、氮、氧和金属化合物。 原油中所含的烃类主要有：正构及异构烷烃；环烷烃；芳香烃。 原油内C16以上的正构烷烃称为石蜡。 原油是一种胶体溶液，常含有胶质、沥青质，还有砂、各种盐类及金属腐蚀产物等。,原油分类,常用的原油分类方法有： 按组成分类

15、 按气油比分类 按收缩性分类 按相对密度和粘度分类 按硫含量分量,按组成分类,根据几种烃类在原油中的比例划分原油种类，Sachanen分类法: 石蜡基原油 烷烃大于75% 环烷基原油 环烷烃大于75% 芳香基原油 芳香烃大于50% 沥青基原油 沥青质大于50%,按气油比分类,按气油比将油气井井流产物分成： 死油 气油比为零 黑油 气油比小于356m3/m3 挥发性原油 气油比356588m3/m3 凝析气 气油比5888905m3/m3 湿气 气油比大于8905m3/m3 干气 不含液体的天然气,按收缩性分类,“收缩”指油藏原油在地面脱气后体积的缩小。收缩系数的定义是单位体积油藏原油在地面脱气

16、后的体积数，用来描述原油收缩性的大小。根据收缩系数的大小划分原油种类: 低收缩原油 low-shrinkage crude oil 收缩系数大于0.5 高收缩原油 high-shrinkage crude oil收缩系数小于0.5,按相对密度和粘度分类,Dowd等人根据原油相对密度和粘度划分原油种类:,按硫含量分类,把硫含量高的原油称为酸性原油，但没有统一标准。 一种说法，H2S体积浓度超过3700mg/L 西方管道界，硫含量超过0.5%（质量）,我国原油分类,是以常压沸点250275和395425两个关键馏分油的密度划分原油类别。首先对关键组分分类，见表：,我国原油分类,溶气原油物性,原油和

17、天然气是两种互溶的流体，在一定压力和温度条件下，天然气会全部和部分溶解在原油中，溶气原油的溶气量、密度、粘度等物性随压力、温度条件而改变。这里主要介绍适用于压力、温度较高的油藏及油气两相流动条件下的溶气原油物性的经验计算方法，称为黑油模型。,美国石油协会相对密度,在描述石油及石油产品时，西方国家常用API相对密度，数值在0 100，与我国惯用的相对密度的关系： o 15下原油对同温度水的相对密度。,溶解度,常压储罐中的原油称为脱气原油 ；高于大气压溶有天然气的原油称为溶气原油。 单位体积脱气原油在某一压力、温度下能溶解的天然气体积数（折算成标准状态下的体积）称天然气溶解度，或称溶解气油比Rs，

18、m3/m3。,Lasater相关式,o 脱气原油相对密度； Mo 脱气原油相对分子质量； yg 天然气摩尔分数，由下式计算：,气体摩尔分数计算式,P 绝对压力，MPa；,T 温度，K；,g 天然气相对密度；,结论,压力愈高，溶解气油比愈大； 温度愈低，溶解气油比愈大； 油、气是相对密度愈接近，原油溶解天然气的能力愈强。,相关式是Laster在实验数据的基础上给出来的。可见，天然气在原油中溶解度与压力、温度和油气组成有关。,Standing相关式,Chierici等人建议： 原油相对密度大于0.966时用Lasater相关式 原油相对密度小于0.966时用Standing相关式,式中 t 温度，

19、,原油体积系数,单位体积脱气原油溶入天然气后具有的体积数称为原油体积系数。 天然气溶入原油使得原油的体积增大，所以原油体积系数总是大于1。,原油体积系数相关式,可见，原油体积系数与温度、油气组成以及天然气在原油中的溶解度有关： 温度愈高，原油体积系数愈大； 油、气相对密度愈接近，原油体积系数愈大； 溶解气油比愈大，原油体积系数愈大。,溶气原油密度,溶气原油的密度称为视密度，或表观密度。脱气原油中溶入天然气后，其密度和相对密度都下降。,溶解天然气相对密度相关式,可见，溶解天然气的相对密度与溶解气油比和脱气原油的相对密度有关： 溶解度愈小，溶解天然气的相对密度愈大，说明天然气中的重组分更易溶入原油

20、； 脱气原油的相对密度愈大，溶解天然气的相对密度愈小，这是因为伴随重质原油开采出的天然气较轻（C1+C2），而伴随轻质原油开采出的天然气较重（C5+）。,粘 度,原油溶入天然气后粘度减小。可用下式计算：,未溶解天然气密度,天然气中溶于原油的都是较重组分，因此未溶解天然气密度减小。,表面张力和界面张力,溶气原油的表面张力可以用仪器测定，也可用相关式估算。,常压下脱气原油表面张力的表达式：,界面张力的计算：,脱气原油物性,在工艺计算中常常需要确定脱气原油的物性，最可靠的方法是实验测定，在缺少实验条件的情况下可以利用一些关系式计算。,倾点和凝点,倾点和凝点是衡量油品流动性的指标，是在规定的试验仪器和

21、试验条件下测定的。倾点是油品在试管中5秒内能流动的最低温度。凝点是油品在倾斜45角试管内停留1分钟不流动的最高温度。同一原油的倾点比凝固点约高2.53。,密 度,在050范围内 kg/m3 kg/(m3) 在20120范围内,粘 度,在缺少实验数据条件下，可根据相对密度和温度估算原油的动力粘度： mPas o15原油的相对密度,比热容,温度高于析蜡温度t1时，石蜡全部溶于原油内，比热容随温度的升高而缓慢上升；当温度在析蜡温度t1与最高比热容对应的温度t2之间时，由于随油温下降，单位温降的析蜡量逐渐增多，蜡相态变化放出的潜热也增多，c随温度降低而增大；温度小于最大比热容对应的温度t2时，单位温降

22、析出的蜡量逐步减小，比热容c随温度降低而减小。,比热容,在原油析蜡温度以上时 在原油析蜡温度以下时,蒸气压,目前，还没有用于测定原油蒸气压的专用测定器，原油蒸气压的获得仍要利用雷特蒸气压。 雷特蒸气压测定器原来是为测定汽油的蒸气压而设计的。它有两个上下连通的室：燃料室（容积为125亳升）和空气室（容积为500毫升），容积比为1:4。 将油品装入燃料室，剧烈摇动后在38恒温水浴中所测得的油品蒸气的最大压力，即为雷特蒸气压。,第三章 矿场集输管路,气液两相管流的参数和术语 混输管路的特点和处理方法 两相流压降计算式 段塞流、清管与磨蚀 多相泵,矿场集输管路的定义与分类,从油气井到矿场原油库、长距离

23、输油管和输气管首站、矿场地域内的所有输送工艺流体（原油和天然气）的管路统称为矿场集输管路。,分类： 按管路内流动介质的相数分 按管路的工作范围和性质分 按管路的结构分,混输管路的应用, 沙漠油田 陆地上的边际油田 滩海及海上油田,气液两相管流的参数和术语, 流量 流速 气液相对流速参数 气液含率 质量含气率表示的各种流速 两相混合物的密度 摩擦压降的折算系数,流量,质量流量 （Kg/s） 体积流量 （m3/s）,流速,气、液相流速 气、液相表观流速 气液混合物流速,气液相质量流速,气相质量流速： 液相质量流速： 混合物质量流速：,气液相对流速参数,滑移速度 滑动比 漂移速度,气液含率,质量含气

24、率与质量含液率 体积含气率和体积含液率 截面含气率和截面含液率,三种含气率之间的关系, 质量含气率与体积含气率之间的关系, 体积含气率与截面含气率之间的关系, 质量含气率与截面含气率之间的关系,两相混合物的密度,流动密度,真实密度,摩擦压降的折算系数, 全液相折算系数, 分液相折算系数, 分气相折算系数,Lockhart-Martinelli参数,气液混输管路的特点,1、流型变化多（埃尔乌斯流型）,Taitel和Dukler流型,垂直管流型,(a)-气泡流 (b)-段塞流(弹状流) (c)-乳沫状流(搅拌流) (d)-环状流,流型的测定,目测法 测定某一参数的波动量并与流型建立某种联系 由辐射

25、射线的吸收量确定气液混合物的密度和流型,经验流型图Baker流型图,经验流型图Mandhane流型图,经验流型图TaitelDukler流型图,气液混输管路的特点,2、存在相间能量交换和能量损失 3、存在传质现象 4、流动不稳定 5、存在作用力 6、存在非牛顿流体和水合物,气液两相管路的处理方法,均相流模型 分相流模型 流型模型,Dukeler I 压降计算式,Dukeler II 压降计算式,杜克勒II法的计算步骤,假设HL， 求两相混合物密度 求雷诺数 查图(下页)，如果 由RL查图（下隔一页）得c，然后求,杜克勒II法的适应范围,截面含液率为0.011.0，体积含液率为0.0011.0

26、管经不大于 英寸 两相雷诺数为600200000,贝格斯布里尔相关式,假设： 流量为常数，即流动是稳定的 等温,贝格斯布里尔相关式, 管路总压降梯度为单位管长动能、位能变化和摩擦损失项之和。,贝格斯布里尔相关式,截面含液率实验的结论,管段倾角大于3时，实验中未发现分层流型 管路上倾时，有一最大的截面含液率；管路下倾时，有一最小的截面含液率,截面含液率的求解方法,两相水力摩阻系数,管路起伏对两相管流的影响,对流型的影响 管路上坡举升气液混合物所消耗的能量在下坡时得不到全部回收,弗莱尼根的结论,管路下坡段所回收的压能比上坡段举升流体所消耗的压能小得多，可以忽略 上坡段由高差所消耗的压能与两相管路的

27、气相表观流速呈相反关系，表观流速趋于零时，高程附加压力损失最大 由爬坡所引起的高程附加压力损失与线路爬坡高度的总和成正比，和管路爬坡的倾角、起终点高差的关系不大,弗莱尼根关系式,起伏管路的总压降为水平管路压降与起伏附加压降之和,组合模型,近30年来，各国学者提出的两相流计算模型不下数十个。这些模型一般包括：流型划分、持液率计算、摩阻压降、高程压降、加速压降计算等几部分。把各模型计算精度较高的部分组合在一起，构成组合模型。,段塞流分类,水动力段塞流 地形起伏诱发的段塞流 强烈段塞流,水动力段塞流,地形起伏诱发的段塞流,1在管路低洼处积液； 2液体间歇地流至下游的低洼处； 3上坡段部分液体倒流，与

28、上游来的液体形成液塞,强烈段塞流形成机理,立管底部堵塞 立管排液 液塞加速 立管排气,强烈段塞流的判断准则,强烈段塞流的抑制,设计 减小立管直径 增加附加设备 立管底部注气 采用海底气液分离器或海底液塞捕集器 在海底或平台利用多相泵增压 立管顶部节流,立管顶部节流法,清管,清管频率 清管器运行速度 管路干燥 用液氮干燥管路 用干空气干燥管路 用甲醇干燥管路,磨蚀,多相泵,减少井口回压，增加油井产量，延长油井寿命 降低投资和运行成本 生产流程简单、流程的密闭性好,多相泵的性能要求,多相泵同时起泵和压缩机的作用，对气液混合物进行增压 能适应气液体积流量和气液比大幅变化的能力 有较强的抗磨、抗蚀能力

29、 能适应不同环境的要求,第四章 气液分离,分离方式和操作条件的选择 油气两相分离器 油气水三相分离器 特殊分离器,气液分离的内容, 平衡分离 机械分离,分离方式,一次分离 连续分离 多级分离,油气分离效果的衡量标准,储罐中原油的收率 原油密度 储罐中原油的组成是否合理 分出天然气的组成 天然气的运输和加工问题,储罐一次分离（L0.397，V0.6026) 分离条件：P0.1MPa，T49,二级分离 分离条件：P13.4MPa，P20.1MPa，T49,多级分离与一次分离的比较,多级分离所得的储罐原油收率高 多级分离所得的原油密度小 原油组成合理，蒸汽压低，蒸发损耗少，效果好 多级分离所得天然气

30、数量少，重组分在气体中的比例少 多级分离能充分利用地层能量、减少输气成本，并且降低气体的净化费用,多级分离效果分析,携带效应：在多元体系中，运动速度较高的轻组分分子，在分子运动过程中与速度低的重组分分子相撞击使轻组分分子失去了原来可以使其进入气相的能量，留在液相中，而重组分分子获得能量进入气相。,平衡体系压力较高时，分子的间距小，分子间吸引力大，分子需要具备较大的能量才能进入气相，能量低的重组分分子进入气相更困难，所以平衡体系内气相数量较少，重组分在气相中的浓度也较低； 如果在较高的压力下把已分离成为气相的气体排出，减少了体系中具有较高能量的轻组分分子，即改变了体系的组成，则在压力进一步降低时

31、就减少了重组分分子被轻组分分子的撞击、携带的机率。气体排出越及时携带效应减少。,结论,连续分离所得的液体量最多，一次平衡分离所得的液体量最小，多级分离居中。在多级分离中，级数越多，液体的收率越大，液体的密度越小。,分离效果的影响因素,石油组成 分离级数 分离压力 分离温度,分离压力的影响,对相同的分离级数，分离压力不同其分离效果也是不同的。实验证明，存在着一个最优的分离压力。,分离级数的制约因素,经济约束：投资、维修费用 集输管网压力的约束 石油性质也有影响,分离级数的选择原则,根据油气比的高低来选择，油气比高应增多分离级数 根据井口压力进行选择，井口压力高的应增多级数 根据原油的相对密度进行

32、选择，随着相对密度的降低，应适当增加级数。,推荐分离级数,分离压力的选择,分离器的类型,按外型分 按功能分 按压力分 按工作温度分 按实现分离主要利用的能量分,卧式分离器的结构,入口分流器 集液部分 重力沉降部分 除雾器,入口分流器功能,减小流体动量，有效地进行气液初步分离 尽量使分出的气液在各自的流道内分布均匀 防止分出液体的破碎和液体的再携带,入口分流器类型,集液部分,使原油中携带的气泡上浮至液面并进入气相 使原油在分离器中有一定的停留时间，使其充分接触，接近气液平衡状态 集液部分也提供缓冲容积，起到缓冲作用，用来均衡进出分离器原油流量的波动,重力沉降部分,气体通过重力沉降部分，被气流携带

33、的油滴在此部分靠重力降至气液界面，未沉降至液面的粒径更小的油滴随气体流经捕雾器除去。,捕雾器,网垫除雾器 拱板除雾器 波纹板除雾器,捕雾器,迪克松板捕雾器 填料式捕雾器 离心式捕雾器,除雾器碰撞分离工作原理,碰撞、凝聚：折板式，金属丝网,卧式分离器的工作原理,入口分流器: 油、气流向和流速突然改变，使油气得以初步分离 集液区:分离与缓冲 捕雾器:聚结、合并成大油滴，在重力作用下流入集液区 分离器工作压力:气体出口管线上的控制阀控制 液位:液体排出管上的控制阀控制,立式分离器,基本结构与卧式分离器相同，与卧式分离器不同的地方是：（1）气液界面较小（2）气体流向和气体中液滴的沉降方向相反。,分离器

34、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 安全防护部件,立、卧式分离器的比较,卧式优点：,气中油滴易沉降，气体处理量大，处理成本低，适于气油比较高的混合物 气液界面大，有较好的油气分离效果 安装、制造、维修方便，可以作成撬装式,立式优点：,占地少，适用于海洋采油 适合于处理含固体杂质较多的油气混合物，可以在底部设置排污口定期排放和清除固体杂质 液位控制灵敏,影响分离性能的因素,油气最大、最小和平均流量 分离压力和温度 油气混合物进入分离器时形成段塞流的倾向 油气物性 原油发泡倾向 砂、铁锈等固体杂质含量 油气混合物的腐蚀性等,分离器的质量检验标准,接近气液平衡的程度

35、机械分离效果 气体带液率Ko 液体带气率Kg 原油在分离器中的停留时间 气体允许最大流速,分离器的工艺计算,从气体中分出油滴的计算 从原油中分出气泡的计算,油滴匀速沉降速度公式的假设条件,油滴为球形，在沉降过程中即不能破碎，也不与其它油滴合并 油滴与油滴，油滴与分离器壁以及与其它构件间无相互作用力 气体的流动是稳定的，截面上任意点流速不随时间而变化 作用在油滴上各种力的合力为零，油滴匀速沉降,油滴的匀速沉降速度的推导,油滴在气体中所受的重力为：,油滴在气体中所受阻力：,油滴做匀速运动时，F=R，即：,阻力系数与雷诺数的关系,1、按相关式计算沉降速度,设CD 0.34，由 的计算式计算该油滴的

36、由求得的 求Re 由Re按上式求CD 由求CD求 ，与上一个 进行比较，若在控制误差范围内，计算所得的 即为欲求的沉降速度 否则，返回步骤直至前后两次求得的 （或CD）在控制误差范围内。,2、按流态分区计算沉降速度,各流态区 的关系,各流态区沉降速度公式,层流区：,过渡区：,紊流区：,油滴流态的判断,d1是层流变为过渡流时的液滴直径，d2是过渡流变为紊流时的液滴直径。,当dd1时为过渡流或紊流。,dd2时为紊流，d1dd2为过渡流。,3、阿基米德准数法求沉降速度,将上式两边同乘以 ，并使RF：,Ar与Re的关系,分离器中油滴的沉降条件,在立式分离器中，气流方向与油滴沉降速度方向相反。油滴能沉降

37、的必要条件是：油滴的沉降速度必须大于或等于气体在流通截面上的平均流速，即：,在卧式分离器中，气体流向与油滴沉降方向相垂直，油滴能沉降至集液区的必要条件是：油滴沉降至集液区所需的时间应小于或等于油滴随气体流过重力沉降部分所需的时间，即：,气体的允许流速,气体允许流速与油滴的沉降速度有关 油滴沉降速度又与油滴直径有关。油滴直径越小，沉降速度越慢，要使较小直径的油滴在重力沉降部分沉至集液部分，以获得较低的气体带液率，就必须降低气体在重力沉降部分的流速。 要求：在一定气体处理量下，必须加大分离器的直径或增加卧式分离器的有效沉降长度，金属耗量和制造成本就会增加。 油滴直径的选取：21000 ，分隔直径1

38、00,1、 的确定 法,中国 前苏联 100 油滴的直径,2、 的确定桑得斯布朗系数法,按气体处理量确定分离器的结构尺寸（油滴沉降速度法）,已知：重力沉降部分内允许的气体流速和分离条件下的气体处理量 对于立式分离器： 对于卧式分离器：,考虑进入分离器的油气两相比例随时间不断发生变化这一情况，引入载荷波动系数。 改用标准状态下的气体处理量Qgs（m3/d）,液面控制在直径一半时，,按气体处理量确定分离器的结构尺寸（油滴沉降速度法）,立式分离器：,卧式分离器：,卧式分离器的气体处理能力为同直径立式分离器的Le/D倍。,按气体处理量确定分离器的结构尺寸（油滴沉降速度法）液位不在一半处,按气体处理量确

39、定分离器的结构尺寸（油滴沉降速度法）液位不在一半处,此时集液区液体的体积为：,按气体处理量确定分离器的结构尺寸（桑得斯布朗系数法 ）,对立式分离器：,对卧式分离器：,原油含气率的影响因素,原油粘度 原油在分离器中停留的时间 分离压力 分离温度 分离器入口元件的压降,从原油气中分出气泡的理论计算公式,气泡不被原油带出分离器的必要条件是：气泡上升速度应等于或大于分离器集液部分任一液面的平均下降速度，即,对于立式分离器：,从原油气中分出气泡的理论计算公式,卧式分离器集液区某一液面的下降速度与其在集液区的位置有关。,由 ，可求得卧式分离器的原油处理量，或由原油处理量求卧式分离器的直径、长度等。,起泡原

40、油与消泡方法,定义 消泡方法 降低分离器上游油气混合物的流速 分离器采用的入口分流器应能避免流体发生剧烈湍流 增大分离器集液区体积 使用消泡剂 提高油气混合物的分离温度,按停留时间计算结构尺寸,立式分离器 在所要求的原油停留时间内，进入分离器的原油量应和集液部分的体积相等，即：,按停留时间计算结构尺寸,卧式分离器:讨论集液部分液面高度与液体体积的关系，如下图。,按停留时间计算结构尺寸,已知停留时间、原油处理量，根据停留时间内进入分离器的液量等于分离器控制液面至出油口这段高度范围内液体量，则有：,分离器的工艺计算,按照气体处理量计算； 按照液体处理量计算； 选取原则：二者都应满足，选尺寸大者。

41、卧式分离器： 液体处理量远大于气体处理量，可相应提高控制液位的高度，增加集液部分的容量，减少气体空间的流通面积，用较小的分离器同时满足气、液处理量的要求。,油气相平衡计算，以此确定气液处理量、物性、分离压力和分离温度，并确定分离器类型 从原油中分出气泡的计算 从气体中分出油滴的计算 比较上两步的计算结果，选择较大者作为分离器的设计尺寸 参照分离器系列化尺寸，选取分离器的实际规格,分离器的设计计算步骤,油气水三相分离器,综合型卧式三相分离器,综合型卧式三相分离器结构特点,卧式油水界面控制,卧式油水界面控制,式中h1+h2是挡油板高度，为固定不变的数值。若增加挡水板高度h3，会使水层厚度h2增大，

42、油层厚度h1减小。,立式油水界面控制,(a)无油室界面控制；(b)带油室界面控制； (c)可调水室界面控制,除 砂,聚结板,在三相分离器的集液区可能安装若干聚结板，促使原油内水珠粒径增大、迅速沉降至油水界面。聚结板的使用可使分离器的油水处理量增大，或在一定油水处理量下减小分离器外形尺寸。但聚结板间的流道易被砂、蜡、腐蚀产物等固体杂质堵塞。,水含率随沉降时间变化,三相分离器的工艺计算,油气水三相分离器的工艺计算与油气两相分离器计算无原则区别 液相在分离器内的停留时间： 从原油中逸出所携带的气泡； 原油中所含水珠沉降至分离器底部水层所需的时间。 由于油水密度差远小于油气密度差，故液相在三相分离器内

43、的停留时间大于两相分离器内的停留时间。,分散相运动速度计算,停留时间法,集液区体积油水停留时间内流入分离器的液量 对立式分离器,停留时间法,集液区体积油水停留时间内流入分离器的液量 对卧式分离器,涤气器,涤气器（scrubber）是一种处理高气液比的分离器，液体负荷常小于5684m3/Mm3，用于分离气流内夹带的油滴。它有立式和卧式两种，但立式涤气器使用较广。,离心式分离器,优点：占空间小，效率高。 缺点：油气混合物流速对分离效果很敏感，有较大的压力降，油田上用的不多，但常用其原理作重力式分离器的入口分流器。,过滤式分离器,1头盖；2入口分离室；3气体入口；4滤管；5捕雾器；6气体出口；7集液

44、罐,聚结过滤器,20世纪80年代初开发的分离设备，在立式筒体内装有若干聚结过滤元件，用于气体深度净化。,缓冲分离器,起到油气分离的作用 有一定的缓冲容积，防止泵抽空,液塞捕集器,与海洋管道终端相连的气液分离设备称液塞捕集器 捕集器的功能 有效地进行气液分离并捕集气体内夹带的液体 向下游气液加工装置提供稳定的气液流量,管式捕集器,低温分离器,气液圆柱形旋流分离器,气液圆柱形旋流分离器应用,油气井计量 作预分分离器 作涤气器,第五章 原油处理,原油乳状液 原油处理的基本方法 原油处理设计,概述,目前全国各油田绝大部分开发井都采用注水开发方式开采石油。从油井产出的油气混合物内含有大量的采出水和泥砂等

45、机械杂质。世界上所产原油的90%以上需进行脱水。 对原油进行脱水、脱盐、脱除泥砂等机械杂质，使之成为合格商品原油的过程原油处理，国内常称原有脱水。,原油处理的目的,满足商品原油水含量、盐含量的行业或国家标准 商品原油含水要求： 我国 0.52.0 国际上 0.13.0，多数为0.2 原油允许含水量与原油密度有关：密度大脱水难度高的 原油，允许水含量略高。 含盐量的要求：我国绝大部分油田原油含盐量不高，商 品原油含盐量无明确要求，一般不进行专门的脱盐处理。,降低原油密度 原油密度是原油质量和售价的的重要依据，原油 含水增大了原油密度，原油售价降低，不利于卖方。 降低燃料费用 原油含水增大了燃料消

46、耗、占用了部分集油、加热、加工资源，增加了原油生产成本。,原油处理的目的（续）,减少管线和设备的结垢和腐蚀。原油内的含盐水引起金属的结垢与腐蚀，泥砂等固体杂质使泵、管路等设施的机械磨损，降低管路和设备的使用寿命。 保证炼制工作的正常进行,原油处理的目的（续）,降低原油粘度和动力费用。 相对密度0.876的原油，含水增加1，粘度增大2；相对密度0.996的原油，含水增加1，粘度增大4；,第一节 原油乳状液,游离水 常温下用静止沉降法短时间内能从油中分离 的水，常在沉降罐和三相分离器中脱除。 乳化水 用沉降法很难脱除的水，与原油的混合物称 为油水乳状液 （原油乳状液）。 脱除游离水后，原油密度越大

47、，乳化水含量 越高。,一、乳状液类型,乳状液 两种或两种以上不互溶或微量互溶的液体，其 中一种以极小的液滴分散于另一种液体中，这种分 散物系称为乳状液，乳状液都有一定的稳定性。 原油乳状液的类型 油包水型（W/O）：油田最常见的原油乳状液。 水包油型（O/W）：在采出水中常存在，原油处理中 很少见。又称反相乳状液。,油水乳状液类型的判别方法,二、乳状液生成机理,1、乳状液生成条件 系统中必须存在两种或两种以上互不相溶（或微量互溶）的液体 要有强烈的搅动，使一种液体破碎成微小液滴分散于另一种液体中 要有乳化剂存在，使微小液滴能稳定地存在于另一种液体中,2、界面能和界面张力 不平衡力场作用下，液体

48、表面 有自动缩小的趋势； 在恒温恒压下，物系有自动向 自由能减小方向进行的趋势； 油水形成乳状液时，接触界面和界面能都很大，分散相液滴会自发地合并，缩小界面面积使界面能趋向最低。,3、乳化剂 乳化剂：使乳状液稳定的物质 作用：吸附在油水界面上，形成吸附层 （1）使油水界面的界面张力下降，减少了剪切水相变为小水滴所需的能量，也减小了使水滴聚结、合并的表面能； （2）若吸附层具有凝胶状弹性结构，在分散相液滴周围形成坚固、有韧性的膜，阻止水滴碰撞中的聚结、合并、沉降 （3）若乳化剂为极性分子，排列在水滴界面上形成电荷，使水滴相互排斥，阻止水滴合并沉降。 （4）固体粉末聚集在油水界面上构成坚固而稳定的

49、薄膜，阻碍分散相颗粒碰撞时的合并，是乳状液稳定的又一机理。,三、乳状液的性质,1、稳定性 乳状液稳定性：是指乳状液抗油水分层的能力。 影响原油乳状液稳定的因素：,分散相颗粒 外相原油粘度 油水密度差 界面膜和界面张力 老化 内相颗粒表面带电 温度 原油类型 相体积比 水相盐含量 pH值,分散相颗粒 粒径越小、越均匀，越稳定； 粒径大小还表示乳状液受搅拌的强烈程度。 外相原油粘度 分散相的平均粒径愈大稳定性差 乳化水滴的运动、聚结、合并、沉降愈难 增大了乳状液稳定性,粘度越大,油水密度差 密度差愈大，油水容易分离稳定性较差。 界面膜和界面张力 乳化剂构成的界面膜，阻止水滴碰撞合并，维持乳状液的稳

50、定性。 老化 反映了时间对乳状液稳定性的影响。 内相颗粒表面带电 内相颗粒界面上带有同种电荷是乳状液稳定的重要原因。,温度 提高温度可降低乳状液的稳定性： 降低外相原油粘度； 提高乳化剂的溶解度，削弱界面膜强度； 加剧内相颗粒的布朗运动，增加水滴碰撞合并的几率。 原油类型 决定了原油内所含天然乳化剂的数量和类型。 环烷基和混合基原油乳状液稳定，石蜡基原油乳状液稳 定性较差。,相体积比 增加分散相体积使乳状液稳定性变差。 水相盐含量 淡水和盐含量低的采出水易形成稳定乳状液。 pH值 pH值增加，内相颗粒界面膜的弹性和机械强度降低，乳状液稳定性变差。,2、原油乳状液的密度 原油含水、含盐后，密度显

51、著增大。 若已知乳状液体积含水率，原油和水的密度o 和w，原油乳状液的密度可按下式确定：,3、乳状液粘度 外相粘度 内相体积浓度（含水率） 温度 分散相颗粒 乳化剂及界面膜性质 内相颗粒表面带电强弱,影响因素,1、原油乳状液的生成 原油中含水，并含有足够数量的天然乳化剂，一 般生成稳定的W/O型原有乳状液。 原油中所含的天然乳化剂： 胶质、沥青质、环烷酸、脂肪酸、氮和硫的有机 物、蜡晶、粘土、砂粒、铁锈、钻井修井液等。 另外，原油生产中使用的缓蚀剂、杀菌剂、润湿 剂和强化采油的化学药剂都是生成乳状液的乳化剂。,四、石油生产中乳状液的生成和预防,2、防止稳定乳状液生成措施 尽量减少对油水混合物的

52、剪切和搅拌 尽早脱水 （1）自喷井 产生乳状液的原因： 油水混合物沿油管向地面流动，随着压力降低，气体析出膨胀，对油、水产生破碎和搅动。 混合物流过喷嘴时，流速猛增，压力急剧下降，使油水充分破碎，形成较为稳定的乳状液。,油嘴前后乳化水含量,减少原油乳状液生成的预防措施： 用大油嘴并提高集输系统和油气分离器压力，减小油嘴前后的压差； 油嘴装在井底,（2）深井泵采油 防止抽油机固定阀、游动阀、柱塞漏泄产生激烈搅动 选择较大尺寸的固定阀和游动阀、并用气锚（使气体进入油套环空内的装置），避免气体进入泵筒内 提高深井泵容积效率 往油井油套环空内注入破乳剂 能有效地阻止原油在井内乳化，还能使油井增产。,（

53、3）气举井 产生乳状液的场所：井口，气举气进入油管处 间歇气举：井口、地面管网内产生乳状液； 连续气举：注气点产生 （4）地面集输管网 集输过程促成乳状液生成的因素 多相混输管路、离心泵，弯头、三通、阀件等 对混合物产生的搅拌。,预防措施 在集输系统的规划、设计、日常操作管理中尽 量避免混合物的激烈掺混： 管径不宜太小； 尽量减少弯头、三通、阀件等的局部阻力； 充分利用地形输送； 流程中避免对流体的反复减压和增压； 尽早分出混合物中的伴生气； 注意各种阀门的严密性。,防止油水乳状液生成措施（总结）,控制油井出水，如采取分层开采、封堵水层、合理注水等措施来减少油井出水 控制油流搅拌，如提高油田地

54、面集输系统和分离器的压力，减小油嘴前后压差；尽量简化油气集输流程；减少弯头、三通、阀件等局部阻力及泵的数量 往油井环形空间注入破乳剂，这不但能有效地阻止原油在井内乳化，往往还能使油井增产,原油中水的类型：游离水和乳化水 原油处理常用的方法 化学破乳剂 重力沉降 加热 机械 电脱水 各种常见脱水方法的共同点：创造条件使油水依靠密度差和所受重力不同而分层。,第二节 原油处理的基本方法,一、常用术语,1、破乳 乳状液的破坏即破乳。 原油乳状液的破乳过程 分散水滴接近结合 界面膜破裂 水滴合并粒径增大 在油相中沉降分离 即水滴的絮凝、聚结和沉降。 原油乳状液破乳的关键 破坏油水界面膜，使水滴聚结和沉降

55、。,2、絮凝 某些高分子聚合物（絮凝剂）的长链分子具有多个活性集团，附着在水滴上使乳化水滴聚集在一起，但界面膜连续没有破裂，水滴没有合并成大水滴。显微镜下观察到：水滴絮凝在一起呈鱼籽状。,一、常用术语,3、聚结 小粒径水滴合并成大粒径水滴，并在规定时间 内沉降至容器底部水层的过程聚结。 聚结时间估算,d0起始粒径； d最终粒径； 乳状液体积水含率； Ks特定系统的经验参数； j 大于3的经验参数，与水 滴碰撞反弹概率有关。,一、常用术语,乳状液在处理容器内的聚结时间t与能沉降至底部水层的水滴粒径d有关 在其他条件不变的条件下，分散相浓度愈大，所需的脱水时间t愈短,结论,4、水洗 油水混合物进入

56、乳状液处理器的底部水层，使乳状液向上通过水层，由于水的表面张力较大，原油中的游离水、粒径较大的水滴、盐类和亲水固体杂质等并入水层的过程，称为水洗。水层内水的体积分数很大，水洗对乳状液破乳有重要作用。,一、常用术语,5、沉降 乳化水滴在原油中的沉降速度用Stokes公式描述。,与水滴粒径的平方成正比； 与油水密度差成正比； 与原油粘度成正比； 在离心场内，可加速水滴的沉降。,沉降速度的影响因素,一、常用术语,二、破乳剂脱水,破乳剂一般都是人工合成的大分子、高分子或超高分子的表面活性剂。 破乳过程中破乳剂的作用 1、降低乳化水滴的界面张力和界面膜强度 2、消除水滴间的静电斥力，使水滴絮凝 3、有聚

57、结作用 4、能润湿固体，防止固体粉末乳化剂构成的界面 膜阻碍水滴聚结。,破乳剂类型 1、离子型破乳剂 溶于水时，能电离生成离子。 按其在水溶液中具有表面活性作用的离子电性， 可分为阳离子、阴离子和两性离子等类别。 2、非离子型破乳剂 以环氧乙烷、环氧丙烷等有机合成原料为基础， 在具有活泼氢起始剂引发下、有催化剂存在时，按一定 程序聚合而成。,非离子型破乳剂的优点,用量少 不产生沉淀 脱出水中含油少 脱水成本低,非离子型破乳剂的类型 水溶性：可配制成任意浓度的水溶液 油溶性：净化油的能力比水溶性的高，脱出水含油高 混合型：能增加使用的灵活性,破乳剂的评价 1、脱水率 2、出水速度 3、油水界面状

58、态 4、脱出水的含油率 5、最佳用量 6、低温脱水性能,破乳剂脱水的优缺点 优点 1、在系统内较早注入可防止乳状液的形成； 2、可在较低温度下脱水，节约燃料，降低原油蒸发体积损失以及因原油密度增大的经济损失。 缺点 1、注入破乳剂剂量过多时，可生成新的、稳定性更高的乳状液； 2、若破乳剂量较大时，仅靠其脱水费用过高。,三、重力沉降脱水,游离水脱除器 与三相分离器的主要区别：根据油水混合物内的水量来确定大小。 水处理量的计算公式：,油水界面常控制在0.5D处，但脱除器水处理量 最大时的最佳界面位置在0.769D处。 游离水脱除器设置在加热炉的上游，用来减少 高含水原油的含水量，以减少加热炉的热负荷和所 耗燃料，降低加热炉的解垢速度。,沉降罐 1、结构,水洗 沉降,2、工作原理,3、油水界面控制,4、沉降罐工作效率的衡量标准及影响因素 衡量标准 （1）沉降时间 油水混合物在罐内的停留时间，表示沉降罐处 理油水混合物的