《天燃气处理工艺》PPT课件.ppt

天燃气处理工艺天燃气处理工艺 2 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 目 录 天然气的性质 天然气净化 气井合理产量的确定 气井的工作制度 3 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气的性质 天然气介绍 自然界中天然生成的气体化合物或气体元素的混和物统称为 天然气。天然气是以石蜡族低分子饱和烃为主的烃类气体和少量 非烃类气体组成的混合气。在组成天然气的组分中，甲烷（CH4） 占绝大部分，乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等含量 不多。天然气中还含有少量的非烃类气体，如硫化氢（H2S）、二 氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、以及硫醇（RSH）、硫醚（ RSR）等有机硫化物。戊烷和戊烷以上（C5+）的轻质油称为天然汽 油。 4 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气的性质 天然气的组成及分类 组成天然气的各组分在其中所占数量的比例，称为天然气 的组成。由于天然气的成因、形成过程和所处地质背景不同，决 定了天然气组成的多样性；不同地区、不同储集层深度，其天然 气组成不同；同一储集层不同气井或同井的不同层位，天然气组 成也是不相同的。天然气组成决定气藏的经济价值，也导致气藏 开采方式和工艺技术上的差别。天然气的组成不仅可以作为气田 分类的依据，也是天然气地面处理的重要依据。 5 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气的性质 天然气可按以下三种依据分类 1.天然气按矿藏特点分为气田气、油田气和凝析气田气。 气田气：在气藏中的天然气以气相存在，主要含甲烷，含 量一般占95以上;乙烷至丁烷含量不大，戊烷以上重烷含量甚 微或不含。 油田气：也称油田伴生气，是伴随原油共生，在油藏中与 原油呈相平衡接触的气体。其特征是乙烷和丙烷含量高于气田 气。 凝析气田气：凝析气田气采出的天然气，除含大量的甲烷 外，戊烷及戊烷以上的烃类含量较高，含油煤油和汽油的成分 。 6 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气的性质 2.按天然气的烃类组成可分为干气和湿气。 干气和湿气的划分，一般可按烃类气体的湿度系数进行划分 。 湿度系数是指乙烷以上（C2+）体积组成含量与甲烷体积组成含量的 比值（C2+/C1）。因此，将湿度系数小于5的天然气称为干气； 反之，称为湿气。 3.按天然气中算起含量分类。 根据天然气中含硫量的多少分为净气和酸气。把天然气含硫 量少于1g/m3的称为净气，大于1g/m3的称为酸气。 7 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气的性质 在采油工程和天然气矿场集输中，天然气密度、分子质量、相 对密度、临界参数、粘度等都是非常重要的物性参数。其中，天然 气的粘度是气体流动计算的重要参数。粘度是气体或液体内部摩擦 引起的阻力，当气体内部有相对运动时，就会因为摩擦产生内部阻 力。粘度越大，阻力越大，气体流动就越困难。天然气的粘度大小 主要取决于气体组成、温度和压力。 高压下的气体粘度，其特性近似液体粘度特性。从地层中开 采出的天然气处于高压状态，当通过采油树油嘴进入气系统流程时 ，压力迅速下降，使天然气的粘度下降。然后通过本平台H200加 热后，随着温度的升高而粘度变小。天然气的粘度变小，流动阻力 就小，从而，便于气体的流动。 8 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 天然气作为一种商品，各国对气质都有一定的要求。我国对管 道输送的天然气质量指标，如下： 1.H2S含量小于20mg/m3。 2.CO2含量小于3。 3.硫的总含量低于270mg/m3。 脱除天然气总所含水分、硫化氢、CO2和固相杂质，回收有经 济效益的硫磺和CO2，并按大气排放的环保要求进行尾气处理，以获 得符合技术标准的净化天然气的综合工艺过程，总称天然气净化。 下面简单介绍天然气净化，包括天然气含水量、水化物、脱水 工艺三个方面。 9 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 一、天然气的含水量 天然气在地下长期与地下水接触，一部分天然气溶解在水里 ；而另一部分水蒸气也同时进入天然气中。在采气过程中，水蒸 气可能被带到地面，导致设备、管线和仪表的腐蚀和形成水化物 堵塞。在工作实践中，一输气管道如果含水分微弱，天然气中硫 化氢含量较高，但管线的腐蚀很少，这表明天然气中含水分是造 成设备、仪表和管线破坏的主要原因。 10 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 天然气的含水量一般用绝对湿度、相对湿度、水露点来 表示。 绝对湿度是指一立方米天然气所含水气量（克数）。 相对湿度是指绝对湿度与不变条件的饱和状态下一立方 米天然气含水量之比。 露点是指在一定的条件下气体产生第一滴水时的温度。 11 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 节流与含水量关系 本平台气系统中，1是通过油嘴来使气体节流减压，有时可以观察 到随着节流处的压差增大而节流后的温度急剧的下降，甚至在管壁产生 冰冻现象。这种节流降温现象，称为焦尔汤姆逊效应（节流效应）。 焦尔汤姆逊通过实验证明：高压气体经过节流后成为低压气流，气 体温度要发生变化。温度变化的范围随气体性质、节流前后压差大小以 及气体节流前压力、温度等因素而定。对天然气而言，节流后的温度总 是降低的。一定压力下，随温度的降低，天然气中的水汽含量随之降低 ；反之，升高。 12 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 二、天然气水化物的生成及其预防 天然气水化物是采输气中常遇到的一个重要问题 。如果水化物在油管中形成，会降低井口压力，影响 产气量，妨碍压力计下井；水化物在井口针形阀或地 面管线中生成时，会使下游压力、妨碍正常输气，甚 至堵死管线，造成断气，严重时将造成危及人身与设 备安全的重大事故。 13 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 1、水化物的性质和生成条件 水化物的性质：气体水化物是固体结晶物，外观很像致密 的雪或松散的冰，其通式是M.nH2O,M是水化物分子，n5.69， 有立方晶格，六方晶格，正菱形晶格等，内部有不同数量的空 腔，那么就会有不同的形状。 例如，甲烷水化物的分子式为CH46H2O。通式中的M代表 CH4，n则代表6，即是个6方立方晶格。 戊烷以上的烃类一般是不易生成水化物的。 14 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 15 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 2、水化物的生成条件 水化物的生成需要一定的热力学条件，即一定的温度和压力。 当天然气的温度低于或等于某一压力下水的露点温度时，天然气 中将有自由水凝析出来。自由水的出现是水化物生成的必要条件 。当温度低于水化物生成温度，水化晶核开始形成、生长，逐渐 形成致密的天然气水化物。 生成水化物的主要条件如下： 1）.天然气中有液态水的存在。液态水是生成水化物的必要 条件。天然气中液态水的来源有油气层内的地层水和地层条件下 的汽态水。 16 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 2）.低温。低温是形成水化物的重要条件。采气中，气流从井底流 到井口并经过针形阀、孔板等装置节流后，会因压力降低而引起 温度下降。温度降低不仅使汽态水凝析，也为生成水化物创造了 条件。 3）.高压。对组成相同的气体，水化物生成的温度随压力升高而升 高，随压力降低而降低，也就是压力越高易生成水化物。 4）.其它条件。压力的波动、气体流向突变产生搅动、流速过快形 成紊流、酸性气体的存在以及微小水化晶核的诱导等，都能加速 水化物的生成。 17 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 水化物形成的次要条件有：高气流速、任何形式的搅动 、酸性气体（ H2S、CO2 ）的存在、天然气的组分等 。只要条件具备，水化物形成很快；水化物即可能在 流动状态下产生、也可能在静止状态下产生。 18 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 3、水化物产生的主要部位： 1）.气井开井时，一级节流阀有可能出现水化物堵塞现象。 2）.生产流程中，降压后垂直的天然气管道内易产生水化物。1 采油树从油嘴出来至H200入口处，由于降压迅速以及温度较 低，管线弯头多，容易形成水化物。V-200入口处截流阀也易形成 水化物，造成堵塞。 3）.高压容器的放空阀（BDV）和安全阀（PSV）有时可能产生 水化物，造成阀门不能复位关闭，天然气内漏。内漏产生的水化 物又冻堵阀门，使阀门在高压状态下不能打开，失去保护功能。 4）.清管球发射器和接收器内时常带有水化物。 5）.冬季所有仪表系统的取压管线（天然气系统），都有水化 物存在的可能，直接影响控制系统的功能。 19 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 天然气水化物生成是可以进行预测的，预测的方法有计算法和查图 法两种。下面就简单的介绍下查图法。 20 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 从上图可以看出，对同一相对密度的天然气，压力 升高，生成水化物的温度也升高。高压比低压容易生成 水化物。当压力相同时，天然气相对密度越高，生成水 化物的温度也就越高；温度相同时，天然气的相对密度 越高，生成水化物的压力越低。 当气体温度升高到一定温度时，无论加多大压力也 不会生成水化物。这一温度即为气体水化物的临界温度 。 21 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 4.预防生成水化物的方法 1）.提高节流前天然气的温度 如果节流压降不变，提高节流前天然气的温度也等于提高了节 流后天然气的温度。如果将节流后的天然气温度提高到高于水化 物生成温度，那么预防节流后水化物生成的目的就可以达到了。 2）.注入抑制剂预防水化物生成 该法实质：在气流中加入吸入性极强的抑止剂后，抑止剂与水 蒸气结合形成冰点很低的溶液，使天然气中水蒸气含量减少，降 低了天然气的露点，使气流在较低温度下不生成水化物。 22 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 常用水化物抑止剂 备注：甲醇冰点为90 23 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 预防水化物生成的效果，取决于正确确定加入抑止 剂的位置，并取决于保证防冻剂在管线中或工艺设备中 同气，液流均匀接触。抑止剂应该在可能生成水化物的 位置之前加入。抑止剂最好是连续地、均匀地加入可能 形成水化物的前方。 24 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 5.解除天然气水化物在管线中冰堵的措施 气井和输气管道内，一旦形成水化物，则管道两端压差逐 渐增大，输气量逐渐减少，严重时可能完全堵塞管道，影响平 稳供气，因此必须采用紧急解堵措施。 常用解除天然气水化物堵塞的措施有3种： 1）.注抑制（防冻）剂：在生产现场常用甲醇，乙二醇。 将抑制剂注入到水化物形成点的上游，以降低水化物形成的平 衡温度，从而使形成的水化物逐步分解，达到解堵目的。 25 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 2）.加热：提高水化物形成点上游天然气流动温度，使之高于水 化物形成温度。对于地面管道，可以采用在管外加热水或蒸汽来加 热管线，逐步解除管道内已形成的水化物。 3）.降压解堵：通过放空天然气降低压力，降低水化物形成的平 衡温度，达到解堵目的。该法一般在管道完全堵塞的情况下应用。 当管道开始发生水化物冰堵时，应立即采取提高天然气流动温度 或注入抑制剂等措施。 一旦管道被天然气水化物完全堵塞，则只有放空降压解堵，不过 管道温度低于0不宜采用降压法，因为水化物分解时形成的水会变 成冰引起冰堵，在此情况下，应在降压的同时向管道内注入抑制剂 ，加入量以最后形成的抑制剂水溶液不致凝固为合适。 26 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 6.天然气的脱水 天然气中含有水汽是生成水化物的内在条件。因此，脱除天然 气中水汽是杜绝水化物的根本途径。 从天然气中脱除水汽以降低露点的工艺，称之为天然气脱水。 在同一压力下，被水汽饱和的天然气露点温度与经过脱水装置 后天然气的露点温度之差称为露点降。露点降是装置脱水能力的主 要指标。 天然气脱水有液体吸收法、固体吸附法和冷凝法。 27 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 天然气净化 1）.液体吸收法 液体吸收法是利用溶剂对天然气、烃类的溶解度低，对水的溶 解度高和水汽吸收能力强的特点，使天然气中的水汽及液态水被溶 解和吸收。在天然气脱水中最常用的液体吸收剂有：乙二醇、二甘 醇和三甘醇。 2）.固体吸附法 天然气与多孔固体粒子相接触时，在固体表面力的作用下，天 然气中的水分子被固体的内孔表面所吸附，从而使其含水量下降。 在天然气脱水过程中多采用物理吸附法。 3）.冷凝法 天然气的饱和含水量随温度的降低、压力的升高而减少。因此 ，含一定量水分的天然气，如果使其温度降低时，就有一部分水和 凝析油被凝析出来变成液态的流体，此时用常规分离器就可达到天 然气脱水目的。 28 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 气井合理产量的确定 在气井投产时，首先要确定气井的合理产量。保持合理产量不 仅可以使气井在较低的投入下长时期稳产，而且可以使气藏能在合 理的采气速度下获得较高的采收率，从而获得最好的经济效益。 确定气井合理产量是有具体要求的。 1.气藏保持合理采气速度 气藏合理的采气速度应满足的条件： 1）.气藏应保持较长时间稳产。稳产时间的长短不仅与气藏储 量和产量的大小有关，还与气藏是否有边、底水，边、底水活跃程 度等其他因素有关。 2）.气藏压力均衡下降。气藏压力均衡下降可避免边、底水舌 进、锥进，这对有水气藏的开采十分重要。 29 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 气井合理产量的确定 3）.气井无水采气期长，无水期采气量高，管理方便，采气成本 低。 4）.气藏开采时间相对较短，采收率高。 2.气井井身结构不受破坏 如果气井产量过高，对于胶结、疏松、易垮塌的产层，高 速气流冲刷井底会引起气井大量出砂；井底压差过大可能引起 产层垮塌或油套管变形破裂，从而增加气流阻力，降低气井产 量，缩短气井寿命。因此，确定合理的产量应低于气井开始出 砂、使气井井身结构受破坏的产气量。 30 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 气井合理产量的确定 如果井的产量控制过小，对于某些高压气井，井口压力可 能上升至超过井口装置的额定工作压力，危及井口安全；对于 气水同产井，产量过小，气流速度达不到气井自喷带水的最低 流速，会造成井筒积液，对气井生产不利。 3.气井出水时间晚，不造成早期突发性水淹 气井生产压差过大，会引起底水锥进或边水舌进。尤其 是裂缝性气藏，地层水将沿裂缝窜进，引起气井过早出水，甚 至造成早期突发性水淹。气井过早出水，产层受地层水伤害， 将造成不良的后果。 31 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 气井合理产量的确定 1）.加速产量递减。气层的一部分渗流通道被水占据，使 单相流变为两相流，气相渗透滤降低，增大了气体渗流阻力， 产气量大幅度下降，递减加快。 2）.地层水沿裂缝、高渗透带窜进，气体被水封隔、遮挡 ，气体流动受阻，部分区块形成死气区，使采收率降低。 3）.气井出水后水气比增加，造成油管中气液两相流动， 使压力损失增加，井口压力下降。严重时会造成积液，产气量 下降，甚至造成气井过早停喷，大大缩短了气井寿命。 32 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 气井合理产量的确定 4.平稳供气、产能接替 连续平稳供气是天然气生产的基本要求。气井在生产过程 中随着地层压力下降，产量最终不可避免要下降，产量下降速 度主要与储量和产量的大小有关。合理产量的确定可以使气井 产量的下降不致于过快，能保持阶段性相对稳产，也能满足平 稳供气的需要。 33 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 气井的工作制度 气井工作制度是指适应气井产层地质特征和满足生产需要时，气 井产量和生产压差应遵循的关系。气井所选择的合理的工作制度， 应能保证气井在生产过程中能得到最大的允许产量，使天然气在整 个采气过程中的压力损失分配合理。 现常用的气井工作制度有3种： 一、定产量工作制度 定产量工作制度适用于产层岩石胶结紧密的无水气井早期生产， 是气井稳产阶段常用的制度。 本平台气1投产不久，由于地层压力较高，井口压力也较高， 所以现采用的是定产量工作制度。每日产气量约为1.4104m3/d。 34 中海石油（中国）有限公司 天津分公司 渤南作业区 BZ26-2油气田 气井的工作制度 二、定井口压力制度 气井生产到一定时间，当井口压力降低到接近输气压力时，应转 入定井口压力制度生产。定井口压力制度是定井底压力制度的变形 ，可以近似按定井底压力预测产量变化。 三、定井底压差制度 生产特征，即限制生产压差小于某一极限压差。此时的极限压 差是保证气井不出水、不出砂的最大生产压差。 因气井生产压差为常数，而地层压力、井底压力、井