2022年石油基础知识油气水分离.docx

精品_精品资料_石油基础学问油气水分别的层中的石油到达井口并继而沿出油管、集油管流淌时,依据其组成、压力和温度条件,形成了油气共存混合物.为了满意油井产品计量、矿场加工、储存和长距离输送的需要,必需将它们按液体和气体分开,成为通常所说的原油和自然气,这就是油气分别.组成肯定的油气混合物在某一压力和温度下,只要油气充分接触,接触时间很长,就会形成肯定比例和组成的液相和气相,这种现象称为平稳分别.平稳分别是一个自发过程.把平稳分别所得的原油和自然气分开并用不同的管线分别输送,称为机械分别.原油和自然气的分别作用就包括上述两方面的内容.油气分别成效的好坏直接影响油田所得原油与自然气产品的质量与数量,它是油气集输系统工程中最基本的操作,也是要求最高的操作.因此,如何设计、选用最高效能的油气分别设备和最合理的分别操作方式,用最少的设备,最低的能耗获得正确的油气分别成效,即用最小投资取得最高的经济效益,就成为油气集输中的关键问题之一.在油田上,通过原油稳固和油田气初加工（包括浅冷和深冷加工）可回收部分液态轻烃.从负压原油稳固装置回收的轻烃一般是C1 C5,并含有少量 C6 ,经水冷后可得 C3C6 液态轻烃.从浅冷装置可得 C3 C8 液态轻烃.从深冷装置可得 C2C8 液态轻烃,其中 C2 收率可达 85 .由于轻烃组分不稳固,又是易燃、易爆物质,所以为了防火、防爆和削减油品缺失,必需要求较高的贮存技术.的层中的石油到达井口并继而沿出油管、集油管流淌时,依据其组成、压力和温度条件,形成了油气共存混合物.为了满意油井产品计量、矿场加工、储存和长距离输送的需要,必需将它们按液体和气体分开,成为通常所说的原油和自然气,这就是油气分别.组成肯定的油气混合物在某一压力和温度下,只要油气充分接触,接触时间很长,就会形成肯定比例和组成的液相和气相,这种现象称为平稳分别.平稳分别是一个自发过程.把平稳分别所得的原油和自然气分开并用不同的管线分别输送,称为机械分别.原油和自然气的分别作用就包括上述两方面的内容.油气分别成效的好坏直接影响油田所得原油与自然气产品的质量与数量,它是油气集输系统工程中最基本的操作,也是要求最高的操作.因此,如何设计、选用最高效能的油气分别设备和最合理的分别操作方式,用最少的设备,最低的能耗获得正确的油气分别成效,即用最小投资取得最高的经济效益,就成为油气集输中的关键问题之一.在油田上,通过原油稳固和油田气初加工（包括浅冷和深冷加工）可回收部分液态轻烃.从负压原油稳固装置回收的轻烃一般是C1 C5,并含有少量 C6 ,经水冷后可得 C3C6 液态轻烃.从浅冷装置可得 C3 C8 液态轻烃.从深冷装置可得 C2C8 液态轻烃,其中 C2 收率可达 85 .由于轻烃组分不稳固,又是易燃、易爆物质,所以为了防火、防爆和削减油品缺失,必需要求较高的贮存技术.其次节 分别方式和操作条件的挑选在自喷油田中,从油井生产出来的油气混合物带有肯定的压力和高于大气的温度.在沿集输管网流淌的过程中,随着压力的降低,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,仍是积存到肯定程度后从管系中引出,这就是分别方式的问题.分别方式对所得原油和自然气的数量和质量都有很大的影响,需要加以讨论.一、分别方式分别方式基本上可分为以下三种,即：一次分别、连续分别和多级分别.所谓一次分别是指油气混合物的气液两相始终保持接触的条件下逐步降低压力,最终流入常压储罐,在罐中一下子把气液分开.由于这种分别方式有大量气体从储罐中排出,同时油气进入油罐时冲击力很大,实际生产中并不采纳.连续分别是指随着油气混合物在管路中压力的降低,不断的将逸出的平稳气排出,直至压力降为常压,平稳气亦最终排除洁净,剩下的液相进入储罐.连续分别亦称为微分分别或微分汽化,它在实际生产中亦很难实现.多级分别是指油气两相保持接触的条件下,压力降到某一数值时,把降压过程中析出的气体排出,脱除气体的原油连续沿管路流淌、降压到另一较低压力时, 把该段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,叫做几级分别.由于储罐的压力总是低于其进油管线的压力,在储罐中总有平稳气排出,因而通常把储罐作为多级分别的最终一级来对待,而其他各级就通过油气分别器来排 出平稳气.所以,一个油气分别器和一个油罐是是二级分别,二个油气分别器和油罐串连是三级分别,以此类推.图2-1 为典型的三级分别流程.二、分别成效的衡量因素判别油气分别成效的好坏是件复杂的工作.过去,很多油田所产的伴生自然气大多作为矿区自用燃料,余外部分放空烧掉,不对外销售,因而期望在矿场油库的储罐中得到尽可能多的销售原油,并据此衡量分别成效.近20 多年来,人们对自然气的综合利用愈来愈重视,并从自然气中生产珍贵的化工原料和受欢迎的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_民用燃料,因而在衡量分别成效时,应针对石油组成和油田详细情形综合考虑以下因素,以获得正确经济效益.1 、所产原油的数量和价值.2 、所产自然气和其它产品的数量和价值.3 、分别级数、分别压力、分别温度对分别设备数量、质量和能耗的影响.4 、使自然气、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、净化设备等）的费用和能耗等.此外,仍需考虑国民经济进展对各种油田产品数量和质量的要求.三、分别级数和分别压力的挑选从理论上分析,分别级数愈多,在储罐中原油收率愈高,但过多的增加分别级数,储罐原油收率的增加愈来愈少,而分别设备的投资和经营费用却大幅度上升,使企业经济效益下降.国内外长期实践证明：对于一般油田,采纳三级或四级分别,经济效益最好.对于气油比低的低压油田（依靠的层剩余压力进行油气分 离时,压力低于 0.7 兆帕）就采纳采纳二级分别,经济成效较佳.在挑选分别压力时,要考虑石油组成和油井井口压力.各油田的井压和石油组成变化范畴很大,无法提出适合各种详细情形的各级最优压力运算式,最好拟定多种分别方案,经相平稳运算后,选其优者.一般来说,采纳三级分别时,一级分别压力的范畴为0.7 3.5 兆帕,二级分别压力范畴为 0.07 0.55 兆帕.如井口压力高于 3.5 兆帕时就应当考虑四级分别了.克别尔（ Campbell ）在分析了大量油气分别数据后, 提出了一个确定多级分别作业各级间压力比的体会公式.如分别级数为 n,各级操作压力为 P1 、P2 、Pn 、（肯定压力）时,各级间压力比R 为如末级为 0.1 兆帕（肯定）时,就上述公式是确定各级分别压力比的简捷方法,但实际生产中最终一级分别器和储罐之间的压力比一般要比其它各级间的压力比小得多.在油气分别作业中,仍常在油罐前安装蒸馏罐,其掌握压力一般为0.2 兆帕（肯定）,与油罐的压差很小,目的是防止大量气体进入油罐并增加原油收率.蒸馏罐和储罐形式上是二级分别,但在运算级数时一般不算蒸馏罐这一级.第三节 油气水分别器把在管路内自发形成并交叉存在的气液两相分别为单一相态的原油和自然气的过程通常在油气分别器中进行,它是油气田用得最多、最重要的设备之一.一、分别器的类型和分别器质量的检验标准（一）分别器的类型油田上使用的分别器,按其形状主要有两种形式,即卧式分别器和立式分别器.按分别器的功能可分为油气两相分别器、油气水三相分别器、计量分别器和生产分别器等.按其工作压力可分为真空（0.1 兆帕）、低压（ 1.5 兆帕）、中压（ 1.5-6 兆帕）和高压（ 6 兆帕）分别器等.按实现油气分别主要利用的能量又可分为重力式、离心式和混合式等.1 、卧式分别器.流体由入口分流器（图 2-2 ）进入分别器.经过入口分流器,油、气的流向和流速突然转变,使油气得以初步分别.经初步分别的原油在重力作用下流入分别器的集液部分.集液部分需要有肯定的体积,使原油流出分别器前在集液部分有足够的停留时间,以便被原油携带的气泡上升至液面并进入气相.集液部分也提 供缓冲容积,均衡进出分别器原油流量的波动.集液部分的原油最终经由液面掌握器的出油阀流出分别器.为得到最大的气液界面面积,通常使卧式分别器充满二分之一的液体.来自入口分别器的气体水平的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除雾器,在除雾器内聚结、合并成大油滴,在重力作用下流入集液部分.脱除油滴的气体经压力掌握阀流入集气管线.2 、立式分别器.图 2-3 为立式分别器示意图.油气混合物由侧面进入分别器,经入口分流器使油气得到初步分别.原油向下流入分别器的集液部分,析出所携带的气泡后经出油阀流入管线.经入口分流后的气体向上流向气体出口,气体中所携带的油滴在重力作用下沉降至集液部分.油滴的运动方向与气流方向相反.气体流经除雾器时近一步脱除所携带的油滴后流出分别器.3 、 其他形式的分别器（ 1）卧式双筒分别器.这种分别器的气室和液室是分开的（图2-4）.油气混和物经设在上筒的入口分流器进入分别器后,分出的原油通过连通管进入下筒.气体流经重力沉降部分和除雾器脱除液滴后流出分别器.原油中所夹带的气泡在下筒内析出并经连通管上升至上筒.由于聚积的原油和气流隔开,防止了气体可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_在液面上方流过时使原油重新汽化和原油表面泡沫被气体带走的可能.由于它的建造费用较高,卧式双筒分别器在西方国家已不再广泛使用.（ 2）离心式分别器.离心式分别器（图2-5 ）主要依靠油气混合物作回转运动时产生的离心力使油气分别.虽然离心式分别器占用空间小、效率高,但由于它的分别成效对流速很敏锐并要求有较大的压力,因而在油田上并不常用.油田上常利用离心力使油气分别的原理作为重力式油气分别器的入口分流器.（ 3）过滤式分别器.主要用于从气体中除油. 含微量液体的气体通过过滤管时使雾状液滴聚结成较大的液滴并和入口分别室的液体汇合流入液体罐内（图 2-6 ）.气体就通过除雾器后流出分别器.这种分别器可以脱除100 直径大于 2 微米的液滴和 99 的小到 0.5 微米以上的液滴.过滤式分别器通常用于油田压缩机站压缩机的入口和外表气的净化.4 、 卧式与立式分别器的比较从分别重视力沉降部分中液滴下沉方向与气流运动方始终看,在立式分别器中两者相反,而在卧式分别器中两者相互垂直.在后一种情形下,液滴更易于从气流中分出,因而卧式分别器适合于处理气油比较大的流体.在卧式分别器中,气液界面面积较大,集液部分原油中所含气泡易于上升至气相空间,即所得原油中含气量少.此外,卧式分别器仍有单位处理量成本较低,易于安装、检查、保养,易于制成移动式装置等优点.立式分别器适合于处理含固体杂质较多得油气混合物,可以在底部设置排污口定期排放和清除固体杂质.卧式分别器处理含固体杂质较多的油气混合物时,由于固相杂质有 45° 60°的静止角,故在分别器底部沿长度方向需设置几个排放口.立式分别器占的面积小,使用于海洋采油.立式分别器仍具有液面掌握较为简洁的优点.总之,对于一般油气分别,特殊是在可能存在乳状液、泡沫或高气油比时,卧式分别器较经济.在油气比低或很高的场合（如涤气器）立式分别器较为有效.（二）分别器的检验标准不论是卧式仍是立式分别器都应制造良好条件,使溶解于原油中的气体以及气体中的重组分在分别器掌握的压力和温度下尽量析出和凝析,使油气混合物接近相平稳状态.这就要求在分别器内气液接触面面积大,气液在分别器内有必要的滞留时间.分别器内接近平稳状态的程度可用原油的脱气程度和自然气通过分别器后的质量增加百分数表示式中, 、 分别器前、后原油的质量流量.、 分别器前、后自然气的质量流量.油气混和物组成、分别压力和分别温度相同的条件下,和 愈大表示分别器内气液两相愈接近平稳状态,分别器的平稳分别愈完善.分别器仍必需具有良好的机械分别成效,即期望由分别器流出的气体尽量少带液滴,原油中尽量少带气泡.这分别用气体带液率k1 和液体带气率 kg 表示.明显,气体带液率 k1 的大小主要取决于分别重视力沉降部分和除雾器工作的优劣,而液体带气率kg 主要取决于集液部分的工作质量,而分别器的入口分流器与两者均有关. k1、kg 愈小,说明气液净化程度愈高,分别器的结构愈完善.但过高的追求净化程度往往导致分别器结构复杂,形状尺寸增大.二、油气水三相分别器油井产物中常含有水,特殊在油井生产的后期,含水量逐步增多.含水的油井产物进入分别器后,在油气分别的同时,由于密度差,一部分水会从原油中沉降至分别器底部.因而处理这种原油的分别器必需有油、气、水三个出口.这种分别器称为三相分别器.三相分别器亦有卧式和立式之分.图2-7 和图 2-8 是两种典型的的卧式三相分别器的原理图.如图 2-7 所示,油气水混合物进入分别器后,进口分流器把混合物大致分成气液两相.液相由导管（图中未画出）引至油水界面以下进入集液部分,集液部分应有足够体积使游离水沉降至底部形成水层,其上是原油和含有较小水滴的乳状油层.油和乳状油从挡板上面溢出.挡板下游的油面由液面掌握器操纵排水阀的开度,使油水界面保持在规定的高度,气体水平的通过重力沉降部分,经除雾器后由气出口流出.分别器的压力由设在气管上的阀门掌握.油气界面的高度依据液气分别的需要可在 1/2 到 3/4 直径间变化,一般采纳 1/2 直径.图 2-8 为另一种形式的卧式三相分别器,器内设有油池和挡水板.油自挡油板溢流至油池,油池中油面由液面掌握器操纵的出油阀掌握.水在油池下面流过, 经挡水板流入水室,水室的液面由液面掌握器操纵的排水阀掌握.油池上下游构成一连通器,油层厚度与挡水板高度间存在如下关系式中, 、 油和水的密度. 油气界面至油水界面的高度. 油水界面至分别器底部的高度. 挡水板高度.在上式中 是挡油板高度,为一固定不变的数值.如增加挡水板高度,将会使水层厚度增大,油层厚度 减小.可以设想,当挡水板与挡油板高度相等时,油池上游油层的厚度为零.相反,如挡水板太低,油层厚度将不断增大直至油从油池下面流至挡水板处,并从排水口排出.通常,将挡油板或挡水板做成可调高可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_度的堰板,在油水密度或流量转变时进行调剂,以保持肯定的油层厚度和油在分别器内的停留时间,使油中水珠能沉降至分别器底部的水层中.这种结构的分别器适用于重质、高含蜡乳状原油,水界面不易用界面掌握器掌握的场合.图 2-9 为典型立式三相分别器的结构示意图.混合物经进口分流器分出大部分气体后,液体经导管输至油水界面下方的分流器流出,分流器使油水混合物在容器的整个横截面上流速匀称.油在向上流淌的过程中,释放出束缚在水相中的油滴,从而使油水得以分别.原油上方的气体由气体平稳管流至气室与入口分流器分出的气体汇合,经除雾器流出分别器.图 2-10 为三相分别器常用的界面掌握方法.第一种方法用一个可调平稳浮子掌握油气界面,用界面浮子掌握排水阀的开度使油水界面保持在肯定的高度.由于器内没有隔板或挡板,故制造简洁,对含砂和固体杂质多的流体成效好.其次种方法用一块挡油板掌握油气界面,全部原油在排出容器前必需上升到挡油板的高度,所以油水分别成效好.缺点是油箱占去一部分容器空间,并将在油箱底部产生不易排出的沉积物,且制造成本较高.第三种方法与图2-8 所示的卧式分别器相像,用可调高度挡水板或出水管掌握油水界面的位置,优点是不需要油水界面掌握器,缺点是需附加的外部管路和容器.立式和卧式三相分别器的优缺点同油气两相分别器类同,卧式三相分别器有较好的分别成效.三相分别器内的油水界面处,常集合一层油水乳状液,乳状液使油水界面掌握器的灵敏度大为降低,同时使油水在分别器内的有效停留时间减小,影响油水分别成效.通常用加热或加破乳剂来减小其有害影响.三、几种典型的分别器结构最早的油气分别器基本上是空筒结构.随着技术的进展,分别器的内部结构日趋完善.分别器各种内部结构的功能无非是促进气液达到平稳状态,强化油气水分别,以便在规定的处理量和分别质量的前提下,尽量减小分别器的结构尺寸.针对各油田油气特性和处理要求,存在各种分别设备.现介绍几种国内外常用的分别器.（一）立式油气分别器（图 2-11 ）油井来的油气混合物经连接管线流至分流汇管.沿汇管的长度方向有一条或多条窄缝,油气混合物经窄缝流出并得到初步分别.原油流经多层折流板后流入集液部分.折流板使原油的运动路线增长,油气接触面增加,有利于油气达到相平稳状态.同时,由于折流板上的油层很薄,亦有利于气泡从原油中析出.由浮子掌握的出油管线上的液面调剂阀使集液部分的液位保持肯定高度.气体在分别器的重力沉降部份分出大部分油滴后进入波纹板除雾器,在除雾器中进一步分出油滴并经整流后流出分别器.除雾器内捕捉的油滴在板面上聚结成油膜并由排液管流至集液部分.沉积在分别器底部的砂子或其他杂质可通过排污口定期排放.人孔供分别器检修用.（二）卧式油气分别器图 2-12 和图 2-13 是美国某公司制造的两种卧式分别器.在第一种分别器内,当具有肯定速度的油气混合物冲击碟形挡板时,流体的速度和运动方向突然转变,较重的原油沿碟形挡板表面流入容器底部,较轻的气体自上面逸出,达到油气初步分别的目的.为防止碟形挡板表面滴下的原油冲击集液部分液面,导致飞溅和液滴再次进入气相,在碟形挡板下方靠近液面处设有挡液板.在其次种分别器内,油气混合物以切线方向进入同心圆筒的间壁内,产生高速旋转（速度可达6 米/秒）.原油在离心力作用下甩向外筒内壁,呈膜状淌入容器底部,气体由内筒自下而上流出.为减小来自入口分流器的原油对容器底部液面的冲击,在筒下方设有堰板,使液面的波动掌握在堰板的上游.这种结构适用于含气量高的油气混合物.油气初步分别后得到的气体常处于紊流状态,不利于气流中携带油滴的沉降,故使其通过气体整流器整流.整流器为一系列同心平行薄板,布满掌握液面以上的容器界面.气体通过整流后,紊流状态大为减弱,促进气流中的油滴在重力下沉降,同时整流器仍缩短了气流中油滴的沉降距离.气液隔板的作用是防止气体在液面上方流过时,使原油重新雾化而被气体带走,并使液面保持平稳,以利于原油中所含固体杂质的沉降分别.一般,隔板位置略高于掌握液面且与液面平行.（三）三相分别器图 2-14 为我国中原油田设计的一种3000×17640 毫米卧式三相分别器.油气水混合物先进入水平安装的、与流体流淌方向垂直并开有两排小槽的入口分别器,使液体以瀑布形式流向水平分别板,并以薄层反向流至分别器端头,下淌至集液部分.气体上升至分别器上部.初步分别得到的气液两相都要经过稳流装置,以减小流体的波动和扰动,给油气水沉降分别制造良好的条件.气液相间装有气液隔板,其下方设有与液流方向垂直的挡沫板.挡沫板用来阻挡浮在液面上的气泡向原油出口方向流淌,使气泡在液面上有足够的停留时间,破裂并进入气相.原油经油水沉降分别后由溢流板上方进入油室,并经出油阀进入原油管线.平行捕雾板的板间距为30 毫米,与水平线呈 30 度倾角,板面与气流方向平行,起气体整流、缩短油滴沉降距离的作用,并使部分油滴被潮湿的板表面聚结.集液部分的原油层内仍设有加热器,以提高油温,促使游离水从可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_原油中沉降,乳化原油出口和污水出口设有防涡板和防涡罩,以防止排液时产生漩涡,带走污水上部的原油和原油上部的自然气.排液口防涡设施,除图示的防涡板和防涡罩外,仍可采纳蜂窝管,即在容器底部适当高度处设一长度方向上有匀称开孔（圆孔或长孔）的接于出口上的管子,或采纳如图2-15 所示的十字形挡板.图 2-16 是美国制造的一种卧式三相分别器,其原油脱气、脱水过程与对图2-8 的描述相同.可编辑资料 - - - 欢迎下载