（安全技术及工程专业论文）高含气油井试油生产风险控制研究.pdf

关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：日期：噼月弓日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期：7 , a l 年g , 9 弓日 日期：。，年月日 摘要 目前国内外广泛开发高含气油田，然而高含气油井因其特殊井况，易因高压、腐蚀 等因素导致高压管汇及三相分离设备发生泄漏，进而导致火灾、爆炸，造成人员伤亡和 财产损失。本文在收集整理相关资料、数据的基础上分析得出高含气油井试油存在的主 要风险为井场内卧式三相分离设备、高压管汇泄露引发的火灾爆炸事故。基于事故模拟 软件c i r r u s 中的无源气体扩散( p a s s i v eg a sd i s p e r s i o n ) 模型和冲量气体喷射扩散 ( m o m e n t u mg a sj e td i s p e r s i o n ) 模型，针对井场内三相分离设备和高压管汇内介质成 分、相态等参数特殊性，采用重大危险源风险分析软件“d a n g e r s 分别建立三相分 离设备的闪火、喷射火、准池火事故模拟，对其典型孔径下的喷射火进行数值仿真，研 究其火灾特性和热辐射变化规律。采用风险分析计算及后果预测模型，预测试油设备在 发生事故后对周边的人身、财产安全造成的影响即死亡半径、重伤半径、轻伤半径以及 财产损失半径；并预测对周围的环境破坏情况即毒物泄露在稳态情况下，毒物的扩散半 径。 最后，采用该方法对某高含气油井进行风险控制研究，实践证明本文建立的对高含 气井试油定量风险评估方法具有很好的操作性和实用性，可以为高含气油井的试油风险 控制提供必要的理论依据和数据支撑。从而保证高含气油井试油生产安全、高效的进行。 关键词：高含气井、三相分离设备、高压管汇、事故后果模拟、风险控制 r e s e a r c ho nr i s kc o n t r o lo f1 s to i lf o rh i g hg a s0 i lw e 1 1 s w a n gp e n g ( s a f e t yt e c h n i c a la n de n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db y d e p u t yp r o z h o ul e p i n g a b s t r a c t c u r r e n t l y , t h eh i g hg a so i l w e l l sa r eb r o a d l ye x p l o i t e db o t hd o m e s t i c a l l ya n d a b r o a d h o w e v e rh i g hg a sw e l lb e l o n g st os p e c i a lw e l lc o n d i t i o n t h er i s kf a c t o r si n c l u d eh i g h p r e s s u r e ，c o r r o s i o n ，e t c w h i c ha l el i k e l yt oc a u s eh i g h p r e s s u r ep i p e l i n ea n dt h r e e p h a s e s e p a r a t i o ne q u i p m e n tl e a k ，c a u s i n gf i r ea n de x p l o s i o n ，t h e nc a u s i n gc a s u a l t i e sa n dp r o p e r t y l o s s e s b a s e do nt h ec o l l e c t i o no fr e l e v a n ti n f o r m a t i o na n dd a t a ，t h em a i nr i s k so ft h eh i g hg a s w e l l sa r ef i r ea n de x p l o s i o no ft h eh o r i z o n t a l t h r e e p h a s es e p a r a t i o ne q u i p m e n t a n d h i g h p r e s s u r ep i p e l i n e b a s e do np g dm o d l ea n dm g dm o d l ew h i c ha l ef r o ma c c i d e n t s i m u l a t i o ns o f t w a r ec i r r u s ，t a k i n gs p e c i f i cc h a r a c t e r i s t i c so fp a r a m e t e r si n t oc o n s i d e r a t i o n s u c ha sm e d i ac o m p o n e n t sa n dp h a s es t a t ei nt h r e e p h a s e s e p a r a t i o ne q u i p m e n t a n d h i g h - p r e s s u r ep i p e l i n e f l a s hf i r ea n dp o o lf i r em o d l eo f h o r i z o n t a lt h r e e - p h a s es e p a r a t o ra n d h i g h - p r e s s u r ep i p e l i n ew e r ee s t a b l i s h e db yd a n g e r ss i m u l a t o r t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n s o f j e tf i r ew a sc o n d u c t e d ，t h e nf l a m eg e o m e t r i cd i m e n s i o n s ，f l a m et e m p e r a t u r ep r o p e r t i e sa n d b e h a v i o ro ft h e r m a lr a d i a t i o nw e r ea n a l y z e d c a l c u l a t i o no fr i s ka n a l y s i sa n di m p a c t p r e d i c t i o nm o d e l sw e r eu s e dt op r e d i c td e a t hr a d i u s ，s e r i o u si n j u r yr a d i u s ，m i n o ri n j u r i e sa n d p r o p e r t yd a m a g er a d i u sc a u s i n gb yt h e a c c i d e n t a n dp r e d i c tt h ed e s t r u c t i o no ft h e s u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n tu n d e r t h ec i r c u m s t a n c eo ft o x i cl e a ki nt h es t e a d ys t a t e a tl a s t ，t h em e t h o di sa p p l i e dt ot h er i s ke v a l u a t i o no fh i g hg a so i lw e l l s ，a n dp r o v e dt o b ee f f e c t i v e i ta l s op r o v i d e st h en e c e s s a r yt h e o r e t i c a lb a s i sa n dd a t as u p p o r tf o rh i g hg a sw e l l s t oe n s u r et h e ms a f e l ya n de f f i c i e n t l yc a r r i e do u t k e yw o r d s ：h i g l lg a sw e l l ；h o r i z o n t a lt h r e e - p h a s es e p a r a t o r ；h i g h - p r e s s u r ep i p e l i n e ；a c c i d e n t p r o b a b i l i t y ；s i m u l a t i o no fa c c i d e n tc o n s e q u e n c e s ；r i s kc o n t r o l 目录 第一章绪论一1 1 1 选题的依据和课题的研究意义一1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 国外研究现状2 1 2 2 国内研究现状2 1 3 研究内容一2 第二章试油工艺简介及固有危险性分析一4 2 1 试油工艺简介一4 2 1 1 试油的目的和任务4 2 1 2 试油的主要步骤一4 2 2 试油的具体施工步骤及要求6 2 3 1 试油( 气) 主要设备、工具及器材7 2 3 2 井控设计要求7 2 3 分离器在试油生产中的作用8 2 3 1 分离器的结构8 2 3 2 分离器的工作原理一1o 2 3 3 三相分离器求产1 1 2 4 试油工艺固有风险因素分析1 2 2 4 1 物质危险特性分析1 2 2 4 2 装置危险特性分析1 3 2 5 三相分离设备的风险因素分析：1 5 2 5 1 动力泵运行风险分析1 5 2 5 2 高压管汇运行风险分析1 6 2 5 3 换热器及加热炉运行风险分析一17 2 5 4 三相分离器运行风险分析18 2 5 5 三相分离设备运行危险度分析1 9 本章小结2 0 第三章高含气油井试油风险定量分析模型2 1 3 1 事故树概率计算方法一2 1 3 1 1 事故树分析方法简介一2 1 3 1 2 布尔代数法求解顶事件发生概率2 2 3 2 风险影响计算及预测模型2 3 3 2 1 池火灾模型2 3 3 2 2 热辐射伤害概率模型2 4 3 2 3 超压计算模型2 5 3 2 4 蒸气云爆炸的伤害模型2 5 3 3 毒物泄漏预测模式2 7 3 3 1 联合频率2 8 3 3 2 风险事故的危害特性2 9 3 4 风险计算与控制3 0 3 4 1 区域风险值的确定3 0 3 4 2 v c 编制个人风险计算程序3 0 本章小结3 2 第四章高含气油井试油风险控制方法应用实例3 3 4 1 井场概况3 3 4 2 三相分离设备泄漏事故树模型3 4 4 2 1 导致三相分离设备泄漏事故的基本事件一3 4 4 2 2 求取最小割集3 9 4 2 3 求取结构重要度系数4 0 4 2 4 事故树分析4 2 4 - 3 高压管汇泄漏扩散模拟4 3 4 3 1 泄漏扩散事故情景选取4 3 4 3 2 泄漏速率与泄漏量模拟计算4 4 4 3 3 天然气扩散浓度模拟计算4 5 4 3 4 扩散浓度分布图4 7 4 3 5 模拟结果分析5 2 4 4 高压管汇火灾、爆炸危险性分析5 2 4 4 1 闪火事故模拟风险分析5 2 4 4 2 喷射火事故模拟风险分析5 3 4 4 3 准池火事故模拟风险分析一5 4 4 4 4 模拟结果分析一5 8 4 5 风险影响计算及预测结果5 8 4 5 1 三相分离设备火灾爆炸j 一5 8 4 5 2 三相分离设备毒物泄漏一6 1 4 5 3 风险概率计算6 4 4 6 风险控制措施6 5 4 6 1 工艺、管道、设备采取的安全措施6 5 4 6 2 防止事故污染进入大气环境的防范措施6 5 结论与展望一6 7 参考文献6 9 附录7 1 致 射7 3 中国i i 油人学( 华东) 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题的依据和课题的研究意义 石油是国家经济的命脉，工业的血液。随着经济的不断发展，中国已经从上世纪末 的石油出口国变为今天的石油净进口国，对石油的依赖度日益增加。中国有近5 0 的进 口石油来自动荡的中东地区，这种局面将会严重威胁国家的能源安全。这就需要我国在 扩大进口额的同时，加大对国内现有油田开采技术改革的力度，保证石油的开采量。并 加大勘探的资金和技术投入，在找油上做文章。多方面努力保证中国的能源安全，确保 经济的可持续发展。 从国外统计的勘探数据得知全球整体的油气量还是处于相对稳定的增长期。然而在 国内，石油产量的增长乏力日益显现。大多油田的开采到了二次采油甚至三次采油，这 就要求必须有先进的试油生产工艺技术，2 1 世纪是技术革命的年代，发展新的试油工艺 技术是油田面临的新课。上世纪中叶以来，中国采用的试油技术基本上都是前苏联的， 一直到改革开放初期，常规试油工艺技术仍然是我国试油工艺中主要采用的。常规试油 工艺简单的概括起来包括六个方面的内容：压井，它的目的在于将井下的油层压住，以 确保在射孔、采油作业时不会有井喷的情况发生，保证试油的顺利进行。因此，施工中 应当注意合理选择压井液的密度和压井方式，使压井工作真正做到“压而不死，活而不 喷，不喷不漏，保护油层 ；射孔，是将套管和水泥环的连接部分用专门的射孔枪射开， 将井筒与地层问联通，使得油气流入井筒；诱喷排液，它的目的就是降低井筒内液柱对 底层的压力，使得地层的压力高于井筒内的液柱压力，这样就可以在压差的作用下，地 层流体井筒或者是喷出地面；求产，即通过原油计量装置和天然气计量装置及三相分离 装置，对诱导出的油流进行分析，以确定该井的油气储量；测压，通过油田的专用仪表， 确定试油井的井筒压力；封闭上返，取得合适的试油资料后，根据该井的实际情况，决 定是否投产。若暂不生产或者没有工业油流，则需要将该井关闭。随着技术的不断发展， 常规试油的弊端逐渐显现，它步骤繁多，操作复杂，速度慢且效率低。 试油工艺随着科学技术的进步，逐步得到改进和发展，然而生产过程的各个环节都 会不同程度地涉及到着火、爆炸、中毒、污染等安全问题，危险源多，事故隐患种类繁 杂、事故后果严重。同时新的安全问题也逐步暴露出来，所以我们要对试油工艺，尤其 是高含气油井的试油生产进行细致的风险控制研究，保证试油生产安全高效的进行。 第一章绪论 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 国外试油测试工艺技术的发展经历了三个阶段，即以英国8 0 年代初的常规试油为 代表的第一阶段，以9 0 年代地层测试器试油为代表的第二阶段，和以美国的地层测试 器、电子压力计和三相分离器等技术综合应用的第三阶段。随着试油技术的不断更新换 代，试油风险控制研究也一直在不断改进。从最早的只是注意机械、车辆伤害和井喷等 重大危险源，到对整个试油流程的危险性辨识，制定应对措施。再到最新的对试油工艺 编制出一整套风险控制软件，对细微的危险源都会注意到。但是高含气油井的试油风险 控制还一直是外国同行在不断探索的一个新领域。因为高含气油井不同于一般的高含水 或者高含沙的油井，它的开采难度和风险显然都是比较高的。风险之所以高是因为在一 般情况下高含气油井油层压力较大，所以试油开采时容易诱发溢流或井喷等事故。另外 对试油设备要求较高，一旦油田伴生气发生泄漏容易引发火灾爆炸等事故。还有就是如 果油田伴生气是高含硫的话，那就更加危险，一旦发生泄漏后果不堪设想。因为硫化氢 的致死量是很低的，换句话说就意味着人们只要接触少量的硫化氢就有很大的危险。 1 2 2 国内研究现状 我国对高含气油井的试油风险控制研究还在起步阶段。主要是借鉴外国同行的经 验，在已有资料的基础上结合中国油田的特点进行风险控制的研究。现在国内油田广泛 应用的油田试油风险控制方法大多数是h s e 风险控制，其优点是应用范围广，易学， 易操作，能够有效的降低大多数试油工艺中的风险。其缺点是，难以对复杂井况进行有 效的风险控制其中包括高含气井。且其难以量化，这样我们就不容易确定高含气井试油 过程中，工艺或设备的哪一部分容易出现问题，出现问题的几率有多大。如果出现问题 其危害范围有多大等等。所以说高含气井的风险控制还有待进一步的研究。 1 3 研究内容 试油生产是石油开发中十分重要的一个环节，在试油生产中易发生的事故主要有井 喷、天然气泄露、机械伤害、高压伤害、触电和火灾等事故，通过风险分析研究可以在 事故发生前发现事故隐患，辨明危险源，制定预防措施，为试油生产现场提高安全保障， 减少事故发生的几率降低事故影响。通过风险分析，能够探明装置及生产过程存在的危 险，根据危险带来的后果明确系统中的主要危害。且对于高含气井试油来说，三相分离 设备既足试油的主要装置也是整个试油设备中的主要危险源。所以本文将重点对三相分 2 中国石油人学( 华东) 硕士学位论文 离设备进行危险源辨识。结合油田的实际情况，综合采用成熟的风险分析方法对其进行 风险因素分析。并用软件进行火灾、爆炸、以及毒物泄露模拟。模拟高含气油井在试油 工艺过程中出现最坏情况下对周围人员生命财产安全的影响，并对辨识出的有较高风险 的设备、危险因素提出有针对性的措施。以确保高含气井试油生产安全高效的进行。 概括起来主要包括以下几个方面： ( 1 ) 油井试油工艺简介及固有风险因素的辨识。 ( 2 ) 在现有的成熟的风险分析方法的基础上，提出一种适用于高含气油井的试油 风险控制方法 ( 3 ) 建立事故树模型，对高含气试油工艺中存在高风险的三相分离设备及高压管 汇的泄露进行风险因素分析，并分析其发生事故的概率。 ( 4 ) 结合高含气试油生产的特点，应用事故模拟软件包c i r r u s 中的模型对高压 管汇泄露速率及泄漏量进行模拟，并对高压管汇泄漏后形成的闪火、喷射火和准池火进 行危险性分析。 ( 5 ) 对高含气试油生产中三相分离设备及储罐泄露后形成的池火模型、蒸汽云模 型和热辐射伤害模型进行分析；并分析油田伴生气在含硫化氢量高的情况下的试油风险 情况。 ( 6 ) 提出相应的对策和措施；为试油生产风险控制提供数据支持和理论依据。 3 第二章试油工艺简介及同自危险性分析 第二章试油工艺简介及固有危险性分析 在油气井钻达生产层之后，就要进行试油。所谓试油，就是取得油气层的有关资料， 初步认识油气层的一项工作。通过试油可以确定油层有没有开采价值。试油是对可能的 油、气层，利用一套专用的设备和方法，降低井内液注压力，诱导地层中的流体流入井 内并取得流体产量、压力、温度、流体性质、地层参数等资料的工艺过程。下面对试油 工艺及设备作简要介绍 2 1 试油工艺简介 2 1 1 试油的目的和任务 试油是认识油、气层的基本手段，是评价油、气层的关键环节，是对油、气、水层 作出决定性得结论。要取得的试油资料主要包括油气层的压力、油气层的生产能力以及 油气层水的性质等。其主要的目的及任务是： 1 ) 探明新区、新结构是否有工业性油流； 2 ) 查明油气田的含油气面积和油水边界以及油气藏的产油能力、驱动类型； 3 ) 验证储层的含油、气情况和测井解释的可靠性； 4 ) 通过分层试油、试气取得各分层的测试资料及流体的性质，确定单井( 层) 的合 理工作制度，为计算油、气、田储量和编制开发方案提供依据； 5 ) 评价油气藏，对油、气、水层作出正确结论。 2 1 2 试油的主要步骤 石油工作包括诱导油流和取得试油资料两个步骤，对于射孔完成的井要先射孔，然 后再进行试油。试油层位主要根据钻井地质资料确定，对于一些多油层的井要分层进行 试油，每试一层时，用封隔器将其他的油气层隔开。试油程序可以自上而下，也可以先 试在钻井工程中油气显示好、最有希望的油层，从而加快油气田的勘探进度，及时得到 油气资源。 1 ) 诱导油流 当油气层被钻穿以后，并非所有的油井都能立刻见到油流，甚至有些高压油气层， 油气也很难畅流入井。其主要原因是：井内液注压力大于油层压力，或在钻井和固井( 射 孔完井法) 过程中，油层被钻井液和水泥浆污染和堵塞，渗透率被严重破坏，或油层原 始渗透率很低。因此，与取得试油资料，首先要把油气诱导至井底，这项- 丁作就叫做诱 4 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 导油流。诱导油流可以从两个方向入手：( 1 ) 降低井内液注压力。这种方法应用广泛， 属于这一类的方法有替喷法、气举法、抽汲法、提捞法。替喷法和气举法得实质是降低 井内流体比重，从而达到降低井内液注压力的目的。而抽汲法和提捞法则是直接降低井 内液注高度。这种方法由于效率低，应用较少。( 2 ) 增大油流通道，改善油气层渗透率。 属于这方面的渗流方法地层酸处理法、地层水力压裂和井下爆炸等。地层酸处理是将盐 酸挤入地层，溶解碳酸盐类，扩大油层的空隙通道。地层水力压裂是利用高压液体在地 层内造成人工裂缝或使地层内原始裂缝张开，为了防止压力降落后裂缝重新闭合，压裂 液中加入一定大小的沙粒用以支撑裂缝，从而达到扩大油层渗流面积、提高油层渗流率 的目的。井下爆炸即是将炸弹下入井底引爆，用以增加油层渗流率，这种方法一般用于 坚硬、致密油层。 2 ) 资料测取 诱导油流是试油工作的第一步，而取得油层压力、生产能力和油、气、水性质的资 料才是试油工作的主要内容。主要分为( 1 ) 油层压力和井底流动压力的确定。将井底 压力计下入井底，既可以测得井底流动压力的大小；如果在下入井底压力计后关井停产， 让井底流动压力逐渐恢复至油层压力( 井底静止压力) ，即可测得油层压力值。对于一 些油层压力恢复时间很长的油井，一般采用压力恢复曲线方法( 不稳定试井法) 求的油层 压力。这种方法的实质就是利用压力恢复的规律推算出油层压力。( 2 ) 产油能力及生 产汽油比的确定。产油能力的大小一般用单位生产压差下油井的日产量，即采油指数来 却确定。油井生产能力是在油井生产时取得的。在取得油层压力资料之后即可换用不同 油嘴生产，测定在各个油嘴未定生产时相应的产量和井底流动压力，然后画出油井产量 和生产压差的关系曲线。根据所绘曲线就可以求的采油指数。 在确定油井生产能力得同时还要求的生产油气比。所谓生产油气比就是指每得到 l m 3 地面原油的同时采得的气量。用流量计测得产气量以后，即可得到生产油气比。在 取得试油资料后，对油、气、水样品和试油资料进行分析并编制试油资料报告，试油工 作便结束，油井即可正式投入生产。 5 第二章试油t 艺简介及同柯危险性分析 2 2 试油的具体施工步骤及要求 试油施工作业基本工序可归类为下图几道工序，第一层：通井一替泥浆一试压一刮 削一填砂一替暂堵液一射孔一挤固砂剂一洗压井、起枪一砾石充填防砂一水力泵排液一 洗压井、起管一根据全井试油情况定下步。 其中的措施实施根据具体情况有所不同，具体工艺流程如图2 1 所示： 图2 1 试油施工作业工艺流程图 f i g2 - 1f l o wc h a r tt e s to fo i lc o n s t r u c t i o no p e r a t i o n s 6 中国石油大学( 华东) 硕l 二学位论文 2 3 1 试油( 气) 主要设备、工具及器材 表2 1 给出了试油( 气) 主要设备、工具及器材。 表2 1 试油( 气) 主要设备、工具及器材 t a b 2 - 1t e s to i l ( g a s ) o fm a j o re q u i p m e n t ，t o o l sa n de q u i _ i m e u t 序号名称型号、规格单位数量备注 1 修井机 x j 5 5 0 厶 15 0 吨及以上口 2 采油树3 5 0 型套 13 5 m p a 3 防喷器 2 f z l8 3 5 套 1 3 5 伊a 4 进口罐 4 0 m 3 个 1 清洁干净 5 出口罐 4 0 m 3 个 l 6 压井液罐 4 0 m 3 个 1 清沽干净 7 计量罐 1 5 m 3 、2 m 3 个 1 8 三相分离器套 1 日产气大于3 万方 9 节流管汇 3 5 m p a 套 1 1 0 压井管汇 3 5 m p a 套 l 1 1 值班房标准幢 3 包括监督房 1 2 油水分析仪套 1 3 抽汲防喷盒 l m 7 6套 1 4 抽汲计数器 c j z s l l 0 0 0 0 d套1 1 5 工具房、资料房标准幢 1 1 6 发电机 7 5 k w 厶 l1 ：3 2 3 2 井控设计要求 本井是重点井，环境属于高危地区，是一级井控风险井。所以对井控设备而有严格 要求。 1 ) 防喷器型号：2 f z l 8 3 5 型；试压2 m p a 、3 5 m p a ，2 m p a 观察1 0 m i n 压力不降为合 格；3 5 m p a 观察1 0 m i n 压降小于0 7 m p a 且密封部位无渗漏为合格。 2 ) 旋塞阀型号：油管旋塞阀：试压3 5 m p a ，1 0 m i n 压降小于0 7 m p a 为合格。 3 ) 压井管线：规范 7 3 m m ；壁厚5 5 1 r a m ；试压3 5 m p a ，1 0 m i n 压降小于0 7 m p a 为合格。 4 ) 放喷管线：规范7 3 m m ；壁厚5 5 1 m m ；图2 3 防喷器安装示意图试压1 0 m p a ， 1 0 m i n 压降小于0 7 m p a 为合格。 5 ) 防喷器安装示意图见附录。 7 第二章试油工艺简介及固有危险性分析 6 ) 试油装置地面井控流程见附录。 2 3 分离器在试油生产中的作用 对预计高含气即高气液比的油井均需安装分离器及地面流程。在高含气油井试油工 程中，要精确计量油、气、水的产量，首先必须将油、气、水分开，这就学要安装分离 器。油、气、水的分离作用是由于流体的密度不同而产生的，密度大的成分落到容器底 部，密度小的成分上升到容器顶部。分离过程包括气体从业体重的分离和油从水中的分 离。三相分离器流程示意图见下图。 ，一。一、 鼬j l ：水液 图2 - 2 三相分离设备流程图 f i 9 2 - 2f l o wc h a r to ft h r e e - p h a s es e p a r a t i o ne q u i p m e n t 分离器可以是两相( 气、液) 或三相( 气、油、液) ，立式或卧式的。一般试油常 采用两相分离器，高产油气井一般常采用两相分离器和三相分离器，根据气的产量和液 性情况进行选择。分离器的压力等级是按照一定的标准设置的。分离器的容积是根据压 力和预测的油气量来进行选择的。分离器在现场使用前，必须保证下面的排污阀畅通， 在现场进行水试压时，必须打压直至安全阀打开。 2 3 1 分离器的结构 分离器是地面计量流程的基础和核心，对底层流体的分离、计量也大多通过操控分 8 中国石油大学( 华东) 硕f ：学位论文 离器来实现。现介绍典型卧式三相分离器的内部结构，调节、操控装置，油气计量装置 的结构。 典型卧式三相分离器内部结构示意图，如图所示，分离器主要部件包括：入口分流 器、消泡器、聚结板、吸雾器等。三相分离器的结构分外部和内部2 部分，其中，外部 结构由进口管程、气出口管程及流量测量、油出口管程及流量测量、水出口管程及流量 测量等4 部分组成。内部结构由破涡器、沉降区( 室) 、捕雾器、固定( 活动) 式水堰等组 成。 45 678 图2 - 3 卧式三相分离器结构图 f i 9 2 - 3s t r u c t u r eo fh o r i z o n t a lt h r e e - p h a s es e p a r a t o r 卜封头，2 一挡板，3 一油气进口，4 一分离头，5 人孑l ，6 一捕雾器，7 气出口，8 一筒体， 卜水出口，1 座，1 l 一油出口，1 2 一连通管，3 排污口， 1 4 一防涡流板， 1 5 分离箱 入口分流器有两种基本形式：第一种是折向挡板，他可以是一个球状盘、平板、圆锥 或任何可以改变液流方向的结构；另一种是旋流进口，他依靠离心力石油气分离，旋流 进口可以是旋流筒，也可以是侧壁采用切线流道，大部分都使用一个进口，以提高流体 的压力和速度。 聚结板为一组蛇状瓦楞式聚结板，从入口分流器冲过来的未被分离干净的混合液 流，到达聚结板，进一步被粉碎和分离。该装置能从油中除去泡沫，也能从泡沫中除气。 消泡器用于长的卧式三相分离器中，能起到消泡作用，而且还能起到防止液体波动 的作用。他就是简单的横跨在气一液界面上并与流动方向垂直的网状挡板。 稳流器又称为涡流消除器，它是由一块十字交叉的钢板焊接在油和水的内部出口 第二章试油工艺简介及固有危险性分析 处，起作用是消除液体控制阀突然打开时，液体在出口处所产生的涡流状态。 除雾器有三种常用的除雾装置，即金属网填料、拱板和叶片。 2 3 2 分离器的工作原理 地层流体进入分离器，首先通过入口分离器，使流体的终极方向突然改变，流体被 粉碎，使气体和液体初步分离离，气体从液体中逸出并上升，液体下沉至容器的底部， 但仍有一部分为被分离出的液滴被气体夹带进入蛇状瓦楞处式( 或蜂窝式) 聚结板内， 使气液进一步得到分离，由于通过聚结板之间气体流速被加快，气体夹带的液滴高速撞 击板壁，使其聚结效率大大提高，聚结后的液滴在重力作用下，降到容器底部。同时， 液体收集部分为液体中残留的气体从液体中逸出提供了必要的滞留时间。 夹带大量液滴的气体通过聚结板进一步分离后，夹带有小部分液滴的气体在排除容 器之前，还要经过消泡器和排雾器，消泡器可以使气体中夹带的液滴重新聚结降落，从 而可以使气体净化。气体出口的除雾器也起到使夹带在气体中更微小、不易分离的液滴 与其碰撞、聚结沉降下来的作用。气体通过这两个部件后，得到更进一步的净化成为干 气，从气出口排出。排气管线设有一个气控阀来控制气体的排放量，以维持容器内所需 要的压力。 油井 来油 气液 两相 初步 分离 液滴 的进 一步 分离 气自 分离 器中 排出 天然 气计 量后 放空 图2 4三相分离器的工作过程示意图 f i g2 - 4d i a g r a mo f t h ew o r k i n gp r o c e s so ft h r e e - p h a s es e p a r a t o r l o 中国石油大学( 华东) 硕十学位论文 分离器内的集液部分是液体在容器内有足够的停留时间，一般油与水的相对密度为 0 8 5 0 7 5 ：l ，油与水之间的分离所需停留时间为1 - 2 m i n 。在重力作用下，自由水沉到 容器底部，油浮在上面，在上部形成一个较为纯净的“油垫”层。 浮子式油水界面调控器保持水面的稳定，随着“油垫”的增高，当液面高于油水挡 板时，分离出的油溢过挡板进入油室，油室内的油面由浮子式调控器控制，该调控器可 通过操纵排油阀控制油的排放量，以保持油面的稳定。 2 3 3 三相分离器求产 1 ) 油气计算的方法与步骤 1 ) 地面流程用清水试压合格； 2 ) 开井，同时启动加热器；当油气流从旁通放喷管线进入三相分离器时，开启三 相分离器的入口闸门，再慢慢关闭旁通防喷闸门，这样可防止高压油气流对分离器的突 发冲击，避免损坏分离器的分流器或其他部件。另外，在地层流体进入三相分离器之 前，天然气排放管线上的气控阀要打开，以免造成分离器憋压而造成各种意外事故。当 地层流体进入三相分离器后，首先要调节排气管线上的气控阀来控制天然气的排量，从 而使三相分离器的压力基本上处于稳定状态。然后通过板式液位计观察分离器内液面的 上升高度，当液面上升到容器高度的l 2 或3 4 时候( 从容器底部算起) ，再调节原油或水 出口管线上的气控阀，来控制油或水的排放量，使其液面控制在一个相对稳定的位置， 就这样依次通过对压力调节器和液面调节器来分别控制天然气和油水的排放量而达到 三相分离器的压力和液面的相对稳定，这时才具备了油气水计量的条件。 3 ) 原油计量：在流量计运转之前应先对其校验。如果未进行标准校验，可在现场 弥补。其方法为：用三相分离器内试压时所存的清水，使其通过流量计到标准计量罐中， 指导计量罐中油一定水位为止，然后关流量计上游阀门，分别量出罐内液面高度和流量 计显示读数，在开流量计上游阀门让清水通过流量计进入计量罐内。用计量罐内的液量 与流量计的读数相比，得到流量计的校正系数，原油通过流量计的量，经校正后即为比 较准确产油量。 4 ) 天然气计量：地层流体未进入三相分离器之前，要把丹尼尔节流装置内的侧气孔 板提到测气上室，当三相分离器内的压力和液面均处于相对稳定状态后，再摇动传送齿 轮轴，把侧气孔板放入下室进行节流测气。天然气计量装置未使用前，要分别对巴顿记 录仪中的压差和静压装置进行校验。这是天然气计量工作中不可缺少的重要环节瞄引。 第二章试油工艺简介及同有危险性分析 2 ) 油气产量的计算公式 1 ) 原油产量的计算公： 级= 9 6 v 。( 1 一b 研功( 1 一) k 。k 式中v 每1 5 m i n 原油通过流量计的体积数值( 若没每3 0 m i n 读一数值时，前 面的系数，要由9 6 变为4 8 ) ； b s w 原油杂质的百分含量( 取样由手摇离心机获得数据) ； s h ，原油的收缩率，由分离器表压力值和原油a p i 相对密度值查表获得； k 体积变化系数，由原油温度和原油a p i 相对密度值查表获得； k l 原油流量计校正系数； q 日产原油体积；单位与v 相同。 2 ) 天然气产量的计算公式： 用丹尼尔节流装置测气： q = 0 6 7 9 6 8 磊尼层名耳鼽 2 4 试油工艺固有风险因素分析 2 4 1 物质危险特性分析 试油工艺涉及的危险物质基本可分为以下几类：气态物质，液化烃类物质，毒性物 质以及腐蚀性物质等。 1 液态物质 本工艺涉及的危险物质包括原油、油水混合物、液化烃类物质等。其危险因素包括 燃烧、爆炸、流动、积累静电、腐蚀和毒性等。 表2 - 2 物质危险因素表 t a b 2 2r i s kf a e t o r sf o rs u b s t a n e et a b l e 序号危险因素说明 1易燃易爆属易燃物质，易燃，蒸气易与空气形成爆炸性气体。 2 自燃发火特别是蜡油、重油等物质超过自燃点的物质，一旦泄漏即火。 3易挥发沸点较低，常温卜即可挥发。 4 流动性液态，具有流动性，易发生泄漏和溢出。 易积聚静导电性差，在流动过程中，液体烃类自身或与器壁、其它介质等发生 5 电碰撞、摩擦，造成静电积累，静电的积累可产生静电火花。 6腐蚀性内含少量水分及腐蚀性物质，容易使金属设备表面发生电化学腐蚀。 2 气态物质 1 2 中国石油大学( 华东) 硕i j 学位论文 本工艺涉及的气态物质包括甲烷、一氧化碳、硫化氢等，其危险因素包括燃烧爆炸、 受热膨胀、扩散、带静电、毒性等。 表2 - 3 气态物质危险因素表 t a b 2 - 3r i s kf a c t o r sf o rg a s e o u ss u b s t a n c e sl i s t 序号 危险因素 说明 l 燃烧爆炸与空气的混合物处于爆炸范围内时，遇点火源可发生燃烧或爆炸。 2受热膨胀气体受热温度变高，体积膨胀增大。 3 扩散混合气体具有扩散性，可以任一比例与空气混合。 4 易带静电 流动时摩擦可产生静电荷。 5 毒性泄漏后可致中毒 3 腐蚀性物质 本工艺中涉及的腐蚀性物质主要为硫化物，此类物质的危害主要为可加快设备的腐 蚀，容易因设备腐蚀引起物料泄漏，另外此类物质若泄漏，可对操作人员造成灼烫等伤 害。 4 毒性物质 本工艺中涉及的毒性物质主要有硫化氢、一氧化碳等，若人员长期接触也可造成毒 性危害。工艺主要危险物料的特性及火灾危险类别见下表。 表2 - 4 主要危险介质燃烧物性表 t a b 2 - 4r i s kf a c t o r sf o rg a s e o u ss u b s t a n c e sl i s t 序 物质名称分子量熔点( )沸点( ) 闪点 爆炸极限v 火灾危 号 ( ) 下限上限 险分类 1 甲烷 1 6 0 41 8 2 51 6 1 5 1 8 85 31 5甲 2 乙烷 3 0 0 7 1 8 3 3 - 8 8 6 5 03 01 6 0 甲 3 丙烷 4 4 1 01 8 7 64 2 1 1 0 42 19 5甲 4 丁烷5 8 1 21 3 8 3一o 56 01 58 5甲 5 硫化氢 3 4 0 88 5 5 - 6 0 4 - 5 04 4 6 甲 注：表中物料数据出自石油化t 企业设计防火规范( g b 5 0 1 6 0 2 0 0 8 ) ，危险化学品安全技术全书 ( 化学工业出版社) 和石油化- l 原料与产品安全手册。 2 4 2 装置危险特性分析 试油装置数量较多，为了方便对试油装置进行风险分析，需要将试油装置进行单元 划分。试油装置单元划分情况如表所示： 第一二章试油t 艺简介及固有危险性分析 表2 - 5 试油装置单元划分表 t a b2 - 5o i lt e s t i n ge q u i p m e n tu n i tt a b l e 单元编号 单元名称主要设备 p 1 井控单元采油树、防喷器、压井管汇、防喷管线 p 2气液分离单元二相分离器( 日产气体三万立方以上时采用三相分离器) p 3 辅助单元管线、发电机组、节流管汇、储液罐、消防器、动力泵 对整个试油生产过程中涉及的装置、设备做危险源辨识。危险源辨识表如下所示 表2 _ 6 危险源辨识表 t a b2 6 h a z a r dl d e n t i f i c a t i o ni b r i l l 机械高处高压 一 火灾爆