新版油气集输-工艺-中国石油大学[开云平台官方入口 ].ppt

石大一员

油气集输工艺

寇  杰
   
主要内容
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
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
油气集输的研究对象
油气集输的研究对象
油气集输在油田建设中的地位
油气集输的工作任务
油气生产工艺系统
油气集输的工作范围
油气集输的工作内容
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
油田产品
商品原油的质量指标
商品天然气的质量指标
液化石油气的质量指标
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
油田生产对集输系统的要求
油田生产对集输系统的要求
油田生产对集输系统的要求
油田生产对集输系统的要求
油田生产对集输系统的要求
油气集输流程
（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
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
流程密闭的措施
流程密闭的措施
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
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
第二章  油气性质
原油分类
溶气原油物性
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℃
   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：①正构及异构烷烃；②环烷烃；③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
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356~588m3/m3
凝析气                气油比588~8905m3/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250~275℃和395~425℃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：



Δo— 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，m3/m3。
Lasater相关式
Δo— 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
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。
Standing相关式
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；
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。


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2.5～3℃。
密    度
在0~50℃范围内
                                 kg/m3                          
                                 kg/(m3·℃)
在20~120℃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：
                                                mPa·s




       Δo——15℃原油的相对密度
比热容
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
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
混输管路的应用
气液两相管流的参数和术语
流量
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
气液含率
三种含气率之间的关系
两相混合物的密度
摩擦压降的折算系数
Lockhart-Martinelli参数
气液混输管路的特点
Taitel和Dukler流型
垂直管流型
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－Taitel－Dukler流型图
气液混输管路的特点
气液两相管路的处理方法
Dukeler I 压降计算式
Dukeler II 压降计算式
杜克勒II法的计算步骤


杜克勒II法的适应范围
贝格斯—布里尔相关式
贝格斯—布里尔相关式
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
弗莱尼根的结论
弗莱尼根关系式
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
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
分离方式
油气分离效果的衡量标准


多级分离与一次分离的比较
多级分离效果分析
结论
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
分离级数的制约因素
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
卧式分离器的结构
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
重力沉降部分
捕雾器
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
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
分离器的基本组成
入口分流器
重力沉降区
集液区
立、卧式分离器的比较
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
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
油滴的匀速沉降速度的推导
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
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②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
油滴流态的判断
3、阿基米德准数法求沉降速度
Ar与Re的关系
分离器中油滴的沉降条件
气体的允许流速
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）
按气体处理量确定分离器的结构尺寸（油滴沉降速度法）
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
按气体处理量确定分离器的结构尺寸（桑得斯－布朗系数法 ）
原油含气率的影响因素
从原油气中分出气泡的理论计算公式
从原油气中分出气泡的理论计算公式
起泡原油与消泡方法
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
按停留时间计算结构尺寸
按停留时间计算结构尺寸
分离器的工艺计算
分离器的设计计算步骤
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
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
立式油水界面控制
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
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56～84m3/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
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
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         0.5％～2.0％
         国际上      0.1％～3.0％，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。
原油处理的目的（续）
  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
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，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。

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