石油地面开发工程概论

1 油井生产的产物 经集中并初步分离为油 气 水三种流体 含油污水经水处理后 由 注水井回注地层 以保持地层的能量 2 轻烃回收 在烃液回收单元将气体内较重的烃类变成液体 这项工作称为天然气凝液回 收或称轻烃回收 3 在凝液回收单元的不凝气 主要为 1和部分 2 4 我国所产原油盐含量很少 天然气脱酸和脱水常集中在一起 5 油气集输的主要工作内容包括 油井计量 集油 集气 油气水分离 必要时分离井流 中的固体杂质 原油处理 脱水即破乳 沉降 分离 原油稳定 原油储存 天然气净 化 天然气凝液回收 凝液储存 采出水处理 6 集油流程 从油井到集中处理站的流程 7 输油流程 从集中处理站到矿场油库的流程 8 集油流程分为 产量特高的油井 每口井有单独的分离 计量设备 有时还有单独的 1 油气处理设备 经济性一般较差 计量站集油流程 每口油井有单独的出油管线把油井 2 产物送往计量站 在计量站内伦理计量每口油井的油气产量 此后与其他油井产物汇合输 往集中处理站 最为广泛 多井串联集油流程 若干口井公用一根出油管线 将井流送 3 往集中处理站进行气液分离 原油脱水和稳定 由设在各井场上的计量分离器对油井产量 进行连续计量 或用移动式计量装置对各井进行周期性计量 少数运用 9 在轮流计量中 每口井每次连续计量时间为 4 8h 波动较大的可延为 8 24h 每口井间 断 10 15d 一个计量站管少于 20 口油井 计量站内的阀组将测试油井的井流导入计量分离 器 分离器将井流分成气液两相 分别计量气液两相的流量并测定液相中原油的含水率 即可求得该油气水的含量 10 油井离计量站的距离不能太远 否则将使油井井口油压和井底压力提高 影响油井的生 产能力 11 流程中只有集中处理站的称为一级布站 有计量站和集中处理站的称为二级布站 有计 量站 转接站和集中处理站为三级布站 都为多井轮流计量 二级中即有计量功能 又有 转油功能 12 双管流程 从井口到计量站有两条管线 一是出油管线 一是热水管线 热水可提高井 流温度 降低液相粘度的同时也增加了出油管线的输量 适用于油井产量较小 原油粘度 大 井口出油温度低的情况 并生产安全可靠 操作管理方便 13 热水伴热集油流程的优点是 通过管道换热 间接地为油井出油管线提供热能 流程的 安全性较好 热水不渗入井口出油管线内 油井计量比较准确 缺点 计量站与井口有三 条管线 井流 热水 回水 投资大 钢材消耗多 热效率低 适用 掺热水可能影响油 品性质 原油脱水困难 油井计量要求比较准确 油井出油管线又必须加热的油田 14 蒸汽伴热集油流程 除与热水伴热相同的优点外 由于废蒸汽和冷凝水不回收 在计量 站和井口见有两条管线是双管流程 可节省部分钢材和建设投资 但由于不回收废蒸汽和 冷凝水 使锅炉用水量增大 水处理费用上升 锅炉结垢严重 热效率低 寿命短以及蒸 汽管线容易腐蚀穿孔等 使流程的建设和经营费用较高 除特殊需要 一般不用 15 多井串联集油流程 以环形集油流程为例 优点 钢材耗量少 建设速度和投产见效快 缺点 流程计量点 加热点多而分散 不便于操作管理和自动化的实施 各井可生产相互 干扰 流程适应能力差 不便于调整和改造 不适合地质条件复杂 断层多 个油井压力 产量相差较大的油田 16 三次加密 两就近集油工艺 新井就近建设计量站 新井与老井并联挂接形成双管掺水 流程 新井与老井串联挂接形成环状掺水流程 17 气田集输系统的功能是 手机各井井流 并进行必要的净化 加工处理使之成为商品天 然气及气田副产品 还提供了气藏动态基础信息 18 典型的收集气体过程 压力表 换热器 针阀 气体采集站 19 集气站的主要功能 脱出气体中夹带的凝液 水喝机械杂质 对各气井进行计量 20 气按汽油比分为 死油 黑油 挥发性原油 凝析气 湿气 干气 21 按收缩性分类 低收缩原油 收缩系数 0 5 的原油 0 5 的为富收缩原油 把汽油比小 于 100m m 的原油称为收缩原油 高于 200m m 的称为高收缩原油 22 按含硫量分类为 23 蒸汽压 常用雷特蒸汽压测定仪器测定原油和其他油品的蒸汽压 24 天然气包括 气藏气 凝析气藏气和油藏伴生气 25 按相特性天然气分为 干气 湿气 凝析气 伴生气 包括气顶气和溶解气 26 按液烃含量分类 把天然气内除 C1 或 C1 C2 外的其他较重组分看做潜在可回收的液 体 按 1ATM 15 状态下 1m 天然气内可回收液体体积多少 把天然气分为贫气 富气 和极富气三种 27 天然气内的甲烷主要用作燃料 28 雷特蒸汽压略低于同温下的液体真实蒸汽压 由于原油内部分较轻组分蒸发进入蒸汽 空间 测定器内原油组成与装样时的组成发生了改变 29 压缩因子 Z 天然气是真实气体 其摩尔体积与理想气体摩尔体积之比 影响因素 压 力系统 组件 30 平衡常数 k 物系压力 P 下降 K 下降 温度上升 K 上升 得到 K 方法 理论方法 实验方法 借助于图形 收敛 会聚 集合 第二部分 气液分离 1 分离机制 重力沉降 离心力 冲击 雾器 静电沉淀 过滤 2 分离器的类型 卧式 立式 球式 重力 离心2 在水张的油含量 分离器出口 1000 2000ppm 清洗后 40ppm 操作取决于 1 进口分流器吸收能量 壁面泡沫或乳状液形成 2 一个气体部分液体雾滴通 过重力分离 3 液体液体脱气和重力分离 20 分离器基本面 分离器的长径比为 3 4 气体部分在总体积的 1 4 1 5 在正常操作的 容器中的液体部分占 50 60 死空间的液体和气体之间的 15 25 是石油允许发泡倾 向 21 泡沫控制选项 1 提高生产能力或分离器效率 2 减少吞吐量 3 去除泡沫的原因 减少 或优化腐蚀剂抑制剂 减少或优化破乳剂 4 添加化学消泡剂 22 降低原油发泡倾向 减少油界面泡沫层厚度常用的方法 1 降低分离器上游油气混合物 的流速 以降低油气流动中所受的剪切 2 分离器采用的入口分流器应能避免流体发生剧 烈湍流 减少入口分流器压降避免析出较多的溶解气 3 增大分离器集液区体积 使原油 在分离器内有足够的停留时间使泡沫破灭 4 使用消泡剂 不常用 5 提高分离温度 不常用 第三部分 原油净化 1 为什么净化原油 为了避免运输水费用 减少能源成本 减少腐蚀和结垢 减少炼油厂 的加工设备 避免催化剂中毒 减少细菌生长 为了满足销售质量 增加利润 针对改善 最终油规范 2 采出水出现两个方面 自由水 乳剂水 3 如何识别乳胶液体 失去活力 稀释 电导 滤纸 显微镜 4 乳状液生成条件 1 系统中必须存在两种以上互不相溶 或微量相溶 的液体 2 有强烈 的搅动 使一种液体破碎成微小的液滴分散于另一种液体中 3 要有乳化剂存在 使分散 的微小液滴能稳定地存在于另一种液体中 5 乳化剂的作用 1 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 减少了能使水滴聚结 合并的表面能使乳状液的稳定性增加 2 形成物理屏障 若表面活 性剂吸附层具有凝胶状弹性结构 在分散相液滴周围形成坚固并带韧性的薄膜 能有效地 阻止水滴在碰撞中聚结 合并 沉降 使乳状液变得稳定 3 暂停水滴 若表面活性剂为 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 使乳状液 稳定 6 乳化水 乳状液 原油中所含的水分 有的在常温下用静止沉降法短时间内就能从油中 分离出来 这类水称为游离水 有的则很难用沉降法从油中分离出来 这类水称为乳化水 它与原油的混合物称油水乳状液 7 乳状液都有一定的稳定性 8 原油乳状液的形成 原油中含水并含有足够数量的天然乳化剂是生成原油乳状液的内在 因素 石油生产中还常用缓蚀剂 杀菌剂 润湿剂和强化采油的各种化学剂等都是促使生 成乳状液的乳化剂 各种强化采油方法都会促使生成稳定的原油乳状液 9 防止稳定乳状液的生成 尽量减少对油水混合物的剪切和搅拌 尽早脱水 10 破乳剂在井口注水 1 减少石蜡在管壁上的沉积 2 降低了管路的能量损失 3 降低了破 乳剂用量 4 提高脱水设备的效能 11 原油乳状液的稳定性 1 分散相粒径 2 外相原油的粘度 3 油水密度差 密度差 油水易分离 稳定性差 4 界面膜和界面张力 5 老化 乳状液形成时间 乳化剂数量 稳定性 6 内相颗粒表面带电 带有极性相同的电荷 乳状液稳定 7 温度 降低 外相原油粘度 提高乳状液乳化剂的溶解度 削弱界面膜强度 加剧内相颗粒的布朗运动 增加水滴互相碰撞 合并成大颗粒的几率 8 原油类型 环烷基和混合基原油生成的乳状 液较稳定 石蜡茎原油乳状液的稳定性较差 9 相体积比 分散相体积 分散水滴的数 量 粒径 界面面积和界面能 水滴间隔 乳状液稳定性 10 水相盐含量 淡水 和盐含量低的采水量形成稳定乳状液 11 PH 值 PH 内相颗粒界面膜的弹性和机械强 度 乳状液稳定性 补 1 分散相粒径愈小 愈均匀 乳状液愈稳定 2 外相原油粘 度愈大 分散相的平均粒径愈大 稳定性愈差 12 破乳过程 是由分散水滴互相接近结合在一起 界面膜破裂 水滴合并粒径增大 在油 相中沉降分离等一系列环节组成 常称为水滴的絮凝 聚结 沉降 还有水洗 13 破乳剂作用 1 破乳剂较乳化剂有更高的活性 替换或中和乳化剂 降低乳化水滴的界 面张力和界面膜强度 破坏已形成的原油乳状液 还可以防止油水混合物进一步乳化 起 到降低油水混合粘度和加速油水分离的作用 2 能消除水滴间的静电斥力 使水滴絮凝 3 有聚结作用 即能破坏乳化水滴外围的界面膜 使水滴合并 粒径 在原油内沉降 油 水分层 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 14 在选择一个油脱水器 因考虑以下因素 1 乳状液的密性 稳定性 2 特点重力的石油 和采出水 3 腐蚀性原油 采出水 污 和相关的气体 伴随 4 扩展倾向的采出水 5 石蜡成型倾向的原油 6 可取操作有压力的设备 7 销售网点的可用性和价值对于相关气体 的产生 8 液量的处理 流体中的水液的百分比 15 破乳剂脱水的优缺点 优点 1 在系统内较早注入破乳剂可防止乳状液的形成 2 可在较 低温度下脱水 节约燃料费用 降低原油蒸发体积损失和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 若破乳剂用量较大 费用较高时 仅靠破乳剂脱水费用过高 16 如何权衡沉淀池 沉降罐 效率 1 沉降时间 2 操作温度 3 原油水含量 4 污水含油量 影响沉降罐效率因素 破乳剂的类型和用量 油水混合物的性质 温度 17 废热回收利用 压缩机 涡轮机 发电机 生成器 其他大型引擎 18 加热 降低油相粘度 溶解石蜡和沥青等小晶体 增加密度差 增加布朗运动 导致轻 质烃的损失 消耗燃料 结垢 涉及气体释放问题 19 加热对原油处理的负面影响 1 加热使原油轻组分挥发 密度增强 体积减少 还对安全 生产带来潜在危险 2 原油生产成本上升 3 加热使生产设备增加 除炉子外还需燃料系统 及控制用的管系和事故泄压阀等 4 加热炉火的局部过热点容易结焦 20 加热脱水总原则是 1 能常温脱水就不要加热 需要加热脱水时尽可能降低加热脱水温度 2 加热油水混合物钱应尽可能脱除游离水 减少无效热能消耗 3 有废热可利用的场合应优 先利用废热加热乳状液 4 尽可能 一热多用或将处理高温出口原油与低温入口原油换热 以省燃料 21 立式加热处理器 更复杂 为基本的沉积物的存储间更小 化学物质更敏感 保留时间 小于 10 30min 初始投资少 降低安装成本 大热的效率 22 电脱水 用静电聚结的方法脱水 称为电脱水 分为 电泳聚结 偶极聚结 振荡聚 结 静电尅诱导液滴絮凝和聚结 23 静电脱水的优点 1 能在较低温度下破乳 与加热脱水相比温度可降低 10 20 摄氏度 节省燃料 也减少原油的密度和蒸发损失 2 静电脱水处理器的处理量较大 在相同处理 下容器较小 更适用于海洋平台 3 脱水温度低 净化原油含水率低 使结垢和腐蚀倾向 较小 缺点 增加设备投资 按制和维修费用 24 破乳剂用于 强引力的油水界面 絮凝 聚结 沥青质和高熔点腊晶等具有亲油性 能 让其离开油水界面进入原油内 25 非离子型破乳剂的优势 用量少 不产生沉淀 脱出水中含油少 成本低 26 破乳剂选择一般考虑 以下脱水性能 脱水率 出水速度 油水界面状态 脱出水的含 油率 最佳用量 低温脱水性能 27 影响电场稳定性的因素 1 乳状液水含率 2 油水界面的有效控制 3 不容许在电脱容器内析 出溶解气 否则将严重影响电场的稳定性 4 及时处理油水界面处积累的 脏油层 28 破乳剂的应用 1 配方复杂 常为芳香族溶剂 2 剂量水平及变量 3 尽可能远的上游 4 下游 不相容 5 过 量 6 劣质井 7 不兼容 8 温度影响粘度 9 通过阀门和泵剪切 29 原油除砂可导致 1 当地法规 限制或不允许排放的固体 2 水在重新注入井口时易堵塞 3 侵蚀过程设备 4 分离器充满砂子 5 影响热设备的效率 6 对液位的控制功能 30 用于处理固体的主要选项 1 减少石油或天然气生产速度降低的速率生成砂 2 对基础的油 井维修或安装砾石充填或砂充填 3 增加了设备维护和维修 和随之而来的生产损失 31 除砂工艺 大罐沉降法 水洗法 射流法 旋流分离法 32 井口除砂器安装的示意图 1 上游的扼流圈 从油嘴侵蚀保护 较低的实际体积 2 下游 的抚流圈 较低的设计压力 并更简单 经济 33 电脱盐的影响因素 1 脱盐温度 2 电场强度 3 原油停留时间 4 注水量和水质 5 注破乳剂量 6 混合强度 34 原油稳定的过程 闪蒸 分馏和精馏 简单蒸馏 35 原油稳定的目标 降低蒸汽压 尽可能消除酸气 追求最大利润 36 精馏原理 实质上是多次平衡气化和泠凝的过程 37 闪蒸稳定的主要设备 稳定塔 设计中注意进料均匀 塔板 塔的液位高度 闪蒸罐 压缩机及管线 38 稳定方法选择 1 多级分离 负压和正压闪蒸稳定 捏馏 分馏稳定等 2 满足要求的原 油蒸气原油气压和控制 H2S 含量 3 使稳定原油数量多 密度小 4 稳定过程中得到的气体的 烃露点底 5 因稳定而投入的成本 6 油气田流程设备 操作尽可能简单 可靠 39 脱硫 汽捏 酸性原 油含硫塔进行原油脱硫 塔底注入冷天燃气 热天然气或经再 沸炉加热的原油蒸气 天然气再好为不含或少含 H2S 的甜气 气体向上流动过程中与向下 流动的原油在塔板上逆流接触 由于气相内