油气集输课程总结期末考试专用复习范围大纲

1、教学内容,第一章 绪论及油气集输流程 第二章 油气性质和基础理论 第三章 矿场集输管路 第四章 油气分离 第五章 原油净化 第六章 原油稳定 第七章 油田采出水处理 第八章 天然气处理与加工 第九章 油田开发和开采,教学内容,研究对象 油气集输系统研究的主要对象是油、气田生产过程中原油及天然气的收集、加工处理和输送问题。 油田：油田内部的原油及其伴生气的收集、加工和输送 油气集输的工作任务 将分散的油井产物、分别测得各单井的原油、天然气和采出水的产量值后，汇集、混输、处理成出矿原油、天然气、液化石油气及天然汽油，经储存、计量后输送给用户的油田生产过程。 油气集输的工作范围 油气集输的工作范围是

2、指以油井为起点，矿场原油库或输油、输气管线首站为终点的矿场业务,第一章 绪论,油气集输工作内容：油气分离、原油净化、原油稳定、天然气净化、轻烃回收。 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、商品天然气、液化石油气、稳定轻烃、净化污水 在油田生产过程中必然要产生三废：废液、废渣、废气 油气集输流程是油、气在油田内部流向的总说明，即从生产油井井口起到外输、外运的矿场站库，油井产物经过若干个工艺环节，最后成为合格油、气产品全过程的总说明。 油气收集流程-油井至联合站；油气处理流程-联合站内流程；油气输送

3、流程-联合站至原油库,油气集输流程命名 1、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。 2、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。 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、根据井口到联合站(集中处理站)站间站场的级数区分 一级布站：联合站（集中处理站） 二级布站：计量站（计量接转站）联合站 三级布站：计量站接转站联合站（集中处理站） 一级半布站：井场阀组联合站（集中处理站） 5、集输系统密闭程度：开式

4、和密闭流程,油气集输流程的建设规模 如果油田投产初期不含水，则集输流程建设规模可用下式计算： 如果油田投产初期含水，则集输流程建设规模可用下式计算,初期含水率,流程适应期,无水开采期,年平均含水率上升速度,开发设计提出的产油量,集输系统的压力 集输系统的回压是地面集输系统对油井的背压，也是集输系统的起点压力，是集输系统强度设计的重要依据。 油气集输设计规范规定： 自喷井、气举井的回压为工程适应期最低油管压力的0.40.5倍，但不宜低于0.4MPa(表压) 抽油井回压不高于1.5MPa(表压)，高于4.5kg/cm2 油气集输系统的组成 油田地面集输系统由各种站和管线组成。 管线按所输送的介质分

5、为油、气、水单相管路和油气混输管路以及油气水混输管路。按用途分为出油管线、集油管线、输油管线、集气管线、输气管线。 站，名称不统一，大致有： 计量站、接转站、计量接转站、转油站（转油脱水站）、联合站（集中处理站）、增压集气站、压气站,气田集输站场工艺流程 气田集输工艺流程分为单井集输流程和多井集输流程。 按其天然气分离时的温度条件，可分为常温分离工艺流程和低温分离工艺流程。 油气集输设计的评价标准：可靠性、适用性、先进性、经济性,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：正构及异构烷烃 （Cn

6、H2n+2）；环烷烃（CnH2n）；芳香烃（CnHn）。 原油内C16以上的正构烷烃称为石蜡,第二章 油气性质和基础理论,常用的原油分类方法： 按组成分类：石蜡基原油、环烷基原油、芳香基原油、沥青基原油 按气油比分类：死油、黑油、挥发性原油、凝析气、湿气、干气 按收缩性分类：低收缩原油、高收缩原油 按相对密度和粘度分类：普通原油、重质原油、特重原油、天然沥青 按硫含量分类：酸性原油和非酸性原油,溶气原油物性 常压（工程标准状态）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，

7、或称溶解 气油比Rs，m3/m3。 天然气在原油中溶解度与压力、温度和油气组成有关：压 力愈高，溶解气油比愈大；温度愈低，溶解气油比愈大；油、 气相对密度愈接近，原油溶解天然气的能力愈强,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。 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。 溶气原油粘度：原油溶入天然气后粘度减小。 溶气原油粘度与脱气原油粘度和溶解度有关。脱气原 油粘度愈大，溶气原油粘度愈大；溶解度愈小，溶气原油 粘度愈大,脱气原油的性质 倾点和凝点是

8、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。 脱气原油的密度 脱气原油的粘度 脱气原油的比热容 原油蒸气压,气液相平衡 在一定温度、压力条件下，组成一定的物系，当气液两相接触时，相间将发生物质交换，直至各相的性质不再变化为止。达到这种状态时，称该物系处于气液相平衡状态。 只有一种纯化合物的物系称一元体系。 由两种纯化合物构成的物系称为二元体。 两种以上纯化合物构成的体系称为多元体系,1-2一升华曲线；2-c一蒸气压曲线；2-3一熔解曲线,C2、C7混合物的相特性 B一泡点线

9、；c一临界点；D一露点线 2一C2；7一C7；aC2，90.22； b一C2，50.22；c- C2，9.78,反常区,反常冷凝又包括等温反常冷凝（23）和等压反常冷凝（89）；反常汽化又包括等温反常汽化（32）和等压反常汽化（98,从油气井到矿场原油库、长距离输油管和输气管首站、矿场地域内的所有输送工艺流体（原油和天然气）的管路统称为矿场集输管路,分类： 按管路工作的范围和性质分类：出油管、采气管，集油、集气管，输油、输气管； 按管路的结构分类：简单管和复杂管； 按管路内流动介质的相数分类：单相、两相和多相流管路，在我国两相和多相流管路习惯称为混输管路,第三章 矿场集输管路,沿程摩阻损失 长

10、输管道站间管路的摩阻损失主要是沿程摩阻，占98%99%。 管路的沿程摩阻损失可按达西公式计算: 绝对粗糙度：管内壁面突起高度的统计平均值。 相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值(e/D或2e/D)。 管道单位长度上的摩阻损失称为水力坡降。用 i 表示： 已定管路（D , L , Z 一定）输送某种已定粘度油品时，管路所需压头（即压头损失）和流量的关系（H-Q关系）称为管路工作特性。 原油及成品油的物性参数,或,质量流量 （Kg/s） 体积流量 （m3/s,一、流量,气液两相管流的参数和术语,1、气、液相流速 2、气、液相表观流速 3、气液混合物流速 当气、液相流速相同时，即 ，气液混合物的流速

11、称为均质流速,二、流速,4、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,滑移速度 滑动比 漂移速度,5、气液相对流速参数,质量含气率与质量含液率 体积含气率和体积含液率 截面含气率和截面含液率,三、含气率和含液率,体积含气率与质量含气率之间的关系,体积含气率与截面含气率之间的关系,质量含气率与截面含气率之间的关系,比容,三种含气率之间的关系,体积含气率与质量含气率之间的关系,体积含气率与截面含气率之间的关系,由此可见，在实际管流中，截面含气率和体积含气率的关系可分为三种情况,质量含气率与截面含气率之间的关系,1、流动密度,2、真实密度,3、均质密度,均质比体积,四、两相混

12、合物的密度,1、全液相折算系数,2、分液相折算系数,3、分气相折算系数,4、L-M参数,五、压降梯度折算系数,a)气泡流(b)气团流(c)分层流(d)波浪流 (e)段塞流(f)不完全环状流(g)环状流(h)弥散流,埃尔乌斯流型,Taitel和Dukler流型,a)-泡状流 (b)-段塞流 (c)-过渡流 (d)-环雾流,垂直管流型,把气液混合物看成一种均匀介质，把气液两相管路看作单相管路来处理。假设： 1） ，则 ， 2）气液相间无热量的传递，故流动介质的密度仅是压力的单值函数,均相流模型,把管路内气液两相的流动看作是气液各自 分别的流动。假设： 1） 2）气液相间无热量的传递，故流动介质的

13、密度仅是压力的单值函数,分相流模型,前提是划分流型，然后根据流型特点，分析 流动特性并建立关系式。 按便于建立数学模型的原则，某些学者把两 相流流型划分为三种： （1）分离流（分层流、波浪流和环状流） （2）间歇流（气团流和冲击流） （3）分散流（气泡流、分散气泡流和弥散流,流型模型,将气液两相在管路中的三维不稳定流动 简化为一维流动。作如下假设： 在管路横截面上各流动参数相等，只沿流动方向而改变； 在很短的微元管段上， 、 不变，但 一般不等于,二、两相流基本方程,一、压降计算 Dukler I 法,两相流压降计算,C 为系数，是体积含液率RL的函数，可以查图，其回归关系式为,截面含液率HL

14、与体积含气率和雷诺数之间的关系见图,二、压降计算 Dukler II 法,管路起伏对两相管流的影响,对流型的影响 上坡段举升气液混合物所消耗的能量在下坡段不能完全回收，有能量的损失 上坡能量消耗 下坡能量回收 下坡，由于重力和浮力的作用 又 ，使得下坡回收的能量不能完全补偿上坡的能量消耗，带来能量的损失,第四章 油气分离,第一节 油气分离机理 第二节 油气分离器 第三节 分离方式和操作条件的选择,油井产物是油、气、水、砂等多形态物质的混合物，为了得到合格的石油产品，油气集输的首要任务就是进行气液分离。由于水和砂等物质均不溶于油，所以气液分离主要是原油天然气分离，通常称为油气分离,一、油气分离的

15、内容 平衡分离 机械分离,第一节 油气分离机理,二、油气分离机理 根据油气分离机理的不同，目前常用的分离方法有：重力分离、碰撞分离、离心分离,1、重力分离：重力分离是利用原油与天然气的密度不同，在相同条件下所受地球引力不同的原理进行分离的,图4-1 油气重力分离原理 1-天然气出口 2-油气混合物入口 3-加热器热源入口 4-加热器热源出口 5-排污口 6-原油出口 7-安全阀 8-除雾器 9-压力表 10-液面控制器,2、碰撞分离,图4-2 过滤式油气分离器 1-封头 2-入口分离器 3-气体入口 4-滤管 5-除雾器 6-气体出口 7-液体出口,3、离心分离,图4-3 离心式油气分离原理

16、1-油气入口短管 2-圆筒部分 3-气体出口管 4-锥筒部分 5-集液部分,优点：占空间小，效率高。 缺点：油气混合物流速对分离效果很敏感，有较大的压力降，油田上用的不多，但常用其原理作重力式分离器的入口分流器,第二节 油气分离器,一、定义： 在油气集输的过程中，油气混合物的分离总是在一定的设备中进行的。这种根据相平衡原理，利用油气分离机理，借助机械方法，把油井混合物分离为气相和液相的设备称为油气分离器,二、分类： 按其功能：分为气液两相分离器和油气水三相分离 器。 按其形状：分为卧式分离器、立式分离器、球形分 离器。 按其作用：分为计量分离器和生产分离器 按其工作压力：分为真空分离器（小于0

17、.1MPa）、 低压分离器（小于1.5MPa）、中压 分离器（1.56MPa）和高压分离器 （大于6MPa）等,立、卧式分离器的比较,卧式优点： 气中油滴易沉降，气体处理量大，处理成本低，适于气 油比较高的混合物 气液界面大，有较好的油气分离效果 安装、制造、维修方便，可以作成撬装式 立式优点： 占地少，适用于海洋采油 适合于处理含固体杂质较多的油气混合物，可以在底部 设置排污口定期排放和清除固体杂质 液位控制灵敏,三、分离器结构,分离器的类型有多种多样，但其基本结构类似，都是由主体容器、分离部分、液面控制机构和压力控制机构等主要部分构成的,1、主体容器,主体容器通常是由具有蝶形头盖的圆筒制成

18、，其强度计算方法与压力容器相同。容器上连接有混合物入口、气体出口、液体出口、排污口、仪表、阀门等各种工艺需要的接口，以及安装、维修、检查等需要的人孔、手孔等,2、分离部分,油井产物在分离器中的分离，一般都经过初分离、主分离和除雾器分离三个环节。 (1)初次分离部分 初次分离发生在混合物的入口处，其目的是把从混输管道来的混合物快速分离成以气体为主和以液体为主的两相。为了达到这个目的，常采用动能吸收型和旋流式两种入口装置,2）主分离部分 主分离部分是指主体容器本身，通常包括重力沉降部分和集液部分。 集液部分 使原油中携带的气泡上浮至液面并进入气相 使原油在分离器中有一定的停留时间，使其充分接触，接

19、近气液平衡状态 集液部分也提供缓冲容积，起到缓冲作用，用 来均衡进出分离器原油流量的波动 重力沉降部分 气体通过重力沉降部分，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除去,集液部分 使原油中携带的气泡上浮至液面并进入气相 使原油在分离器中有一定的停留时间，使其充分接触，接近气液平衡状态 集液部分也提供缓冲容积，起到缓冲作用，用 来均衡进出分离器原油流量的波动 重力沉降部分 气体通过重力沉降部分，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除去,3）除雾分离部分 除雾分离部分的作用是利用碰撞、离心、聚结等

20、原理，除去经主分离后气体中仍然携带的10100m之间的液滴。分离器中常用 的除雾器有叶片式和丝网式等不同型式,液面控制机构 浮子连杆机构带动液位控制阀装置，是目前常用的一种机械式液面控制机构。另外，也可以利用气动或电动液位变送器作为信号源，控制气薄膜调节阀进行液面控制。 压力控制机构 分离器的工作压力，也是影响分离效果的重要因素。若压力控制不稳，则液面波动严重，分离效果变差。保持压力稳定的方法，通常是在分离器的排气管上安装压力调节阀,各流态区沉降速度公式,层流区,过渡区,紊流区,分离器中油滴的沉降条件,在立式分离器中，气流方向与油滴沉降速度方向相反。油滴能沉降的必要条件是：油滴的沉降速度必须大

21、于气体流速，即： 在卧式分离器中，气体流向与油滴沉降方向相垂直，油滴能沉降至集液部分的必要条件是：油滴沉降至集液部分所需的时间应小于油滴随气体流过重力沉降部分所需的时间，即,气体允许流速的确定,原油含气率的影响因素,原油粘度 原油在分离器中停留的时间 分离压力 分离温度,3、从原油中分出气泡的计算,气泡不被原油带出分离器的必要条件是：气泡上升速度应大于分离器集液部分任一液面的平均下降速度,对于立式分离器,卧式分离器集液部分某一液面的下降速度与其在集液部分的位置有关,由 ，可求得卧式分离器的原油处理量，或由原油处理量求卧式分离器的直径、长度等,有些原油所含气泡上升至油气界面后并不立即破裂,在气泡

22、消失前有一段寿命,使许多气泡聚集在油面上形成泡沫层,泡沫层的体积甚至可占分离器容积的一半,具有这种性质的原油称发泡原油。 原油发泡对油气分离器的危害是: 液位控制困难； 减小了重力沉降和集液区的有效体积,使油气分离工况恶化； 气体中带油量和原油中带气量增多,按停留时间计算结构尺寸,分离器长径比 分离器圆筒部分长度与直径的比值称长径比,对立式分离器也可称为高径比。 分离器在满足气液处理量及分离质量前提下,有多种直径和长度的组合可供选择。选择时主要应考虑: 容器制造成本; 已分离出的液体不发生再携带(再次进人气相)而影响分离质量。 根据经验并综合考虑制造成本和液体再携带问题后,立式和卧式分离器长径

23、比一般为34,不应超过5;若立式分离器高度有限制时,长径比可取23,油气水三相分离器,式中h1+h2是挡油板高度，为固定不变的数值。若增加挡水板高度h3，会使水层厚度h2增大，油层厚度h1减小,综合型卧式三相分离器,图4-19 综合型卧式三相分离器 1-混合物入口 2-水平分流器 3-稳流装置 4-加热器 5-防涡罩 6-污水出口 7-平行补雾板 8-安全阀接口 9-气液隔板 10-溢流板 11-天然气出口 12-出油阀 13-挡沫板,多功能联合脱水器,第三节 分离方式与操作条件的选择,一、分离方式 根据控制压力和操作过程的不同，可把气液分离分为一级分离、连续分离和多级分离三种方式,1、一级分

24、离 一级分离是指油井混合物的气液两相一直在保持接触的条件下，逐渐降低压力；随着压力的降低，气体不断从液体中逸出，不论压力变化的快慢，两相系统总保持平衡；最后在常压容器中一次性将气液两相系统分离开来。由于这种分离方式有大量的气体从储液罐中排出，同时混合物进入储液罐时的冲击力也很大，故在实际生产中很少直接采用,2、连续分离 连续分离是指随着油井混合物在集输过程中压力的逐渐降低，连续不断地将逸出的平衡气体从系统中排出；直至压力降为常压，平衡气也排除干净，剩下的液相进入储液罐。连续分离也称微分分离或微分汽化，它在实际生产中是很难实现的,3、多级分离 多级分离也称级次分离。它是指油井混合物在保持接触的条

25、件下，随着压力的逐渐降低，气体不断逸出，在压力每降到某一数值时，就把两相混合系统中的气体排出一次；如此反复，直至系统的压力降为常压，平衡气排除干净，剩下的液相进级，其他各级则通过分离器来完成,从三种分离方式的特点来看，在油气集输的生产实际中，多级分离是最常用的分离方式,图4-20 三级油气分离流程 1-高压分离器 2-低压分离器 3-储液罐,二、多级分离的效果,评价油气集输过程中油气分离的效果，要综合考虑所产原油和天然气的数量与质量；分离级数、操作压力、温度等参数对分离设备要求和能耗的影响等诸多因素,1、油气分离效果的衡量标准,储罐中原油的收率 原油密度 储罐中原油的组成是否合理 分出天然气的

26、组成 天然气的运输和加工问题,2、多极分离与一次分离的比较 多级分离所得的储罐原油收率高 多级分离所得的原油密度小 原油组成合理，蒸汽压低，蒸发损耗少，效果好 多级分离所得天然气数量少，重组分在气体中的比例少 多级分离天然气处理成本低,结论,连续分离所得的液体量最多，一次平衡分离所得的液体量最小，多级分离居中。在多级分离中，级数越多，液体的收率越大，液体的密度越小,三、分离效果的影响因素,分离级数 分离压力 分离温度 石油组成,1、分离级数的影响,分离级数愈多，分离所得储罐原油收率愈高，密度愈小。增加分离级数能提高最终原油的数量和质量,2、分离压力的影响,对相同的分离级数，分离压力不同，其分离

27、效果也是不同的。实验证明，存在着一个最优的分离压力,3、石油组成的影响,一般地石油中轻组分多，分离压力应取高些，这样才能在储罐中获得较高的原油收率,5、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,7、分离压力的选择,第五章 原油净化,第一节 原油乳状液 第二节 原油处理的基本方法 第三节 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90%以上需进行脱水。 对原

28、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净化，国内常称原有脱水,原油净化的目的,1、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0.52.0 国际上0.13.0，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,2、商品原油交易的需要 交易时要扣除原油含水量，原油密度则按含水原油密度。 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。 3、增大了燃料的消耗，占用了部分集油

29、、加热、加工资源，增加了原油的生产成本,4、增加了原油粘度和管输费用。 相对密度0.876的原油，含水增加1，粘度增大2； 相对密度0.996的原油，含水增加1，粘度增大4； 5、原油内的含盐水引起金属管路和运输设备的结垢和腐蚀，泥砂等固体杂质使泵、管路、其它设备机械磨损，降低管路和设备的使用寿命。 6、影响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

30、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（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

31、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,三、乳状液的性质,1、稳定性 乳状液稳定性：是指乳状液抗油水分层的能力。 影响原油乳状液稳定的因素,分散相颗粒 粒径越小、越均

32、匀，越稳定； 粒径大小还表示乳状液受搅拌的强烈程度。 外相原油粘度,粘度越大,分散相的平均粒径愈大稳定性差 乳化水滴的运动、聚结、合并、沉降 愈难增大了乳状液稳定性,油水密度差 密度差愈大，油水容易分离稳定性较差。 界面膜和界面张力 乳化剂构成的界面膜，阻止水滴碰撞合并，维持乳状液的稳定性。 老化 反映了时间对乳状液稳定性的影响。 内相颗粒表面带电 内相颗粒界面上带有同种电荷是乳状液稳定的重要原因,温度 提高温度可降低乳状液的稳定性： 降低外相原油粘度； 提高乳化剂的溶解度，削弱界面膜强度； 加剧内相颗粒的布朗运动，增加水滴碰撞合并的几率。 原油类型 决定了原油内所含天然乳化剂的数量和类型。

33、环烷基和混合基原油乳状液稳定，石蜡基原油乳状液稳定性较差,相体积比 增加分散相体积使乳状液稳定性变差。 水相盐含量 淡水和盐含量低的采出水易形成稳定乳状液。 PH值 pH值增加，内相颗粒界面膜的弹性和机械强度降低，乳状液稳定性变差,2、原油乳状液的密度 原油含水、含盐后，密度显著增大。 若已知乳状液体积含水率，原油和水的密度o和w，原油乳状液的密度可按下式确定,3、乳状液粘度,影响因素,外相粘度 内相体积浓度（含水率） 温度 分散相颗粒 乳化剂及界面膜性质 内相颗粒表面带电强弱,四、石油生产中乳状液的生成和预防,1、原油乳状液的生成 原油中含水，并含有足够数量的天然乳化剂，一般生成稳定的W/O

34、型原有乳状液。 原油中所含的天然乳化剂： 胶质、沥青质、环烷酸、脂肪酸、氮和硫的有机物、蜡晶、粘土、砂粒、铁锈、钻井修井液等。 另外，原油生产中使用的缓蚀剂、杀菌剂、润湿剂和强化采油的化学药剂都是生成乳状液的乳化剂,2、防止稳定乳状液生成措施 尽量减少对油水混合物的剪切和搅拌 尽早脱水 （1）自喷井 产生乳状液的原因： 油水混合物沿油管向地面流动，随着压力降低，气体析出膨胀，对油、水产生破碎和搅动。 混合物流过喷嘴时，流速猛增，压力急剧下降，使油水充分破碎，形成较为稳定的乳状液,第二节 原油处理的基本方法,原油中水的类型：游离水和乳化水 原油处理常用的方法 化学破乳剂 重力沉降 加热 机械 电

35、脱水 各种常见脱水方法的共同点 创造条件使油水依靠密度差和所受重力不同而分层,一、常用术语,1、破乳 乳状液的破坏即破乳。 原油乳状液的破乳过程 分散水滴接近结合 界面膜破裂 水滴合并粒径增大 在油相中沉降分离 即水滴的絮凝、聚结和沉降。 原油乳状液破乳的关键 破坏油水界面膜，使水滴聚结和沉降,2、絮凝 某些高分子聚合物（絮凝剂）的长链分子具有多个活性集团，附着在水滴上使乳化水滴聚集在一起，但界面膜连续没有破裂，水滴没有合并成大水滴。 显微镜下观察到：水滴絮凝在一起呈鱼籽状,3、聚结 小粒径水滴合并成大粒径水滴，并在规定时间内沉降至容器底部水层的过程聚结。 聚结时间估算,4、水洗 油水混合物进

36、入乳状液处理器的底部水层，使乳状液向上通过水层，由于水的表面张力较大，原油中的游离水、粒径较大的水滴、盐类和亲水固体杂质等并入水层的过程，称为水洗。 水层内水的体积分数很大，水洗对乳状液破乳有重要作用,5、沉降 乳化水滴在原油中的沉降速度用Stokes公式描述,沉降速度的影响因素,与水滴粒径的平方成正比； 与油水密度差成正比； 与原油粘度成正比； 在离心场内，可加速水滴的沉降,二、破乳剂脱水,破乳剂一般都是人工合成的大分子、高分子或超高分子的表面活性剂。 破乳过程中破乳剂的作用 1、降低乳化水滴的界面张力和界面膜强度 2、消除水滴间的静电斥力，使水滴絮凝 3、有聚结作用 4、能润湿固体，防止固

37、体粉末乳化剂构成的界面膜阻碍水滴聚结,破乳剂类型 1、离子型破乳剂 溶于水时，能电离生成离子。 按其在水溶液中具有表面活性作用的离子电性，可分为阳离子、阴离子和两性离子等类别。 2、非离子型破乳剂 以环氧乙烷、环氧丙烷等有机合成原料为基础，在具有活泼氢起始剂引发下、有催化剂存在时，按一定程序聚合而成,水溶性：可配制成任意浓度的水溶液 油溶性：净化油的能力比水溶性的高，脱出水含 油高 混合型：能增加使用的灵活性,非离子型破乳剂的优点,用量少 不产生沉淀 脱出水中含油少 脱水成本低,非离子型破乳剂的类型,三、重力沉降脱水,游离水脱除器 与三相分离器的主要 区别： 根据油水混合物内的 水量来确定大小

38、。 水处理量的计算公式,沉降罐,1、结构 2、工作原理,水洗 沉降,四、加热脱水,脱水原理 提高加剂油水混合物的温度，加速乳状液破乳 和油水分离。 加热脱水的原则 1、尽可能降低加热脱水温度； 2、加热前尽可能脱除游离水，减少无效热能消耗； 3、有废热可利用场合，优先利用废热加热乳状液； 4、尽可能一热多用，节省燃料,五、机械脱水,脱水原理 利用聚结介质亲水憎油并提供很大表面积的性质，促使水滴聚结沉降,陶粒脱水器,六、离心脱水,离心脱水原理 利用离心场内离 心加速度大于重力加 速度，促进水滴的沉 降和油水分层,离心脱水设备水力旋流器,1、基本结构,2、工作原理 待分离的油水混合物在一定压力下切

39、向进 入旋流器的圆筒段，并在旋流器内高速旋转， 产生强大的离心力场。由于离心沉降作用，轻 相（油）向旋流器轴心处运动，形成向上的内 旋流油核；重相（水）向器壁运动，形成向下 的外旋流。油水分离后，油从溢流口排出，净 化水从底流口排出,静电脱水原理 将原油乳状液置于高压直流或交流电场中，由于电场对水滴的作用，削弱了水滴界面膜的强度，促使水滴碰撞，合并成粒径较大的水滴，在原油中沉降分离出来。 水滴在电场中的三种聚结方式： 电泳聚结，偶极聚结，振荡聚结,1、电泳聚结,电泳：把原油乳状液置于通电的两个平行电极中，水滴将向同自身所带电荷极性相反的电极运动， 即带负电荷的水滴向正电极运动， 带正电荷的水滴

40、向负极运动。 电泳聚结：电泳过程中水滴 的碰撞、合并。 电泳聚结主要发生在高压直 流电场中,2、偶极聚结,诱导偶极：在高压直流或交流电场中，原油乳状液中的水滴受电场的极化和静电感应，使水滴两端带上不同极性的电荷，形成诱导偶极。 偶极聚结：电的吸引力及水滴在电场内的振动，使水滴相互碰撞，合并成大水滴，从原油中沉降分离出来,偶极聚结,把电场中两个大小 相等，两端所带电量相 同的水滴看作为两个相 同的电偶极子，其中心 距为l，在外加电场的作 用下， 其相互吸引力 为,3、振荡聚结,交流电场中电场方向不断改变，水滴内的各种正负离子不断做周期性往复运动，使水滴两端的电荷极性发生相应变化，界面膜受到冲击，

41、强度降低甚至破裂，水滴聚结沉降。这一过程称振荡聚结。 水滴愈大，离子对界面膜的冲击作用愈大，振荡聚结的效果愈好,综上所述 交流电场中破乳作用在整个电场范围内进行，直流电场中破乳主要在电极区附近进行。 交流电场内水滴以偶极聚结、振荡聚结为主；直流电场内水滴主要在电极附近区域进行，以电泳聚结为主，偶极聚结为辅,静电脱水的适用条件 1、电法脱水只适宜于油包水型乳状液。 原油的导电率很小，乳状液通过极间空间时，电极间电流很小，能建立起脱水所需的电场强度。 水包油型乳状液通过极间空间时，由于带有酸碱盐等离子的水是良导体，导致极间电压下降，电流猛增，产生电击穿现象。 2、一般进入电脱水器的原油含水率低于3

42、0。 含水率较高的油包水型乳状液，电法脱水也易产生电击穿现象,八、蒸发脱水处理,适用油品：相对密度等于或接近1的原（天然沥青、重质和特重原油）。 脱水原理：将乳状液加热到水沸点温度以上使水汽化，达到油水分离的目的。 蒸发脱水的特点：能保证原油含水率达到商品原油的规定，但处理成本却大幅上升，约为破乳剂脱水的20倍左右,第六章 原油稳定,原油稳定的目的和要求 原油稳定的方法 原油脱硫,原油稳定的概念,使净化原油中的溶解天然气组分汽化，与原油分离，较彻底地脱除原油中蒸气压高的溶解天然气组分，降低储存温度下原油蒸气压的过程称原油稳定。 原油稳定通常是原油矿场加工的最后工序，经稳定后的原油成为合格的商品

43、原油,原油稳定的目的,1、降低原油蒸气压，满足原油储存、管输、铁路、公路和水运的安全和环境规定； 2、从原油中分出对人体有害的溶解杂质气体； 3、从原油稳定中追求最大利润,我国把“降低原油蒸发损耗、合理利用油气资源、保护环境、提高原油在储运过程中的安全性” 作为原油稳定的主要目的,原油稳定要求,稳定过程中从原油中分出轻组分，使原油蒸气压降低的程度称为稳定深度。 我国原油稳定的重点是从原油内分出C1C4，稳定后在最高储存温度下规定的原油蒸气压“不宜大于当地大气压的0.7倍,降低原油蒸汽压的方法,提高原油的温度 降低系统压力,原油稳定的方法,根据蒸馏原理，可采用闪蒸法和分馏法脱除原油中的轻组分使其

44、稳定。 另外，多级分离也是一种原油稳定的方法，多级分离实质上是利用若干次减压闪蒸使原油达到一定程度的稳定,闪蒸稳定,利用平衡蒸馏（闪蒸）原理使原油蒸气压降低，称闪蒸稳定。 按照闪蒸分离稳定的操作压力可分为负压闪蒸、正压闪蒸两类。按闪蒸需要的能量可将闪蒸分为负压闪蒸和加热闪蒸两种。 按容器形状，立式容器常称闪蒸塔、卧式容器称闪蒸罐。闪蒸容器实质上是一种气液分离器，但在结构上侧重考虑使闪蒸尽量接近平衡汽化,闪蒸稳定原理,通过对原油加热或减压使原油部分气化，然后在一个压力和温度不变的容器内，把气液两相分开并分别引出容器。由于轻组分浓集于气相，重组分浓集于液相，使经上述处理后的原油内轻组分含量减少、蒸

45、汽压降低，原油得到一定程度的稳定，这种方法称闪蒸稳定。闪蒸时，原料中各种组分同时存在于气液两相中，气相中轻组分C1C4的纯度不高，液相中也得不到纯度很高的重组分，轻重组分的分离轻粗糙，油气分离器内进行的过程就属于闪蒸过程,负压闪蒸原理流程,1电脱水器； 2稳定塔； 3负压压缩机； 4冷凝器；5三相分离器； 6泵,5070,0.050.07MPa,2040左右,0.30.4 MPa,负压闪蒸适应条件,负压闪蒸适于密度大、含轻组分少的原油，否则将因气化量大、压缩机功耗过大而不经济,正压闪蒸原理流程,1一进料换热器；2一加热炉；3一稳定塔；4一水冷器；5一三相分离器；6一泵,0.2 MPa左右(表,

46、80120,负压闪蒸与正压闪蒸的比较,采用负压闪蒸时，进塔原油温度低，耗热少，可利用脱水后的原油温度直接进稳定塔。 负压下轻、重组分的分离效果好于正压下轻、重组分的分离效果,分馏稳定原理,原油中轻组分蒸汽压高、沸点低、易于汽化，重组分的蒸汽压低、沸点高不易汽化。按照轻重组分挥发度不同这一特点，利用精馏原理对净化原油进行稳定处理的过程称分馏稳定。与前几种稳定方法相比，在符合稳定原油蒸气压要求的前提下，分馏稳定所得的稳定原油密度小、数量多,分馏稳定原理流程,1-进料换热器；2稳定塔；3一冷却器；4一分离器； 5一回流罐；6一回流泵；7一再沸炉；8一塔底泵,分馏稳定的分类,分馏塔通常有两段，进料口以

47、上部分称为精馏段，进料口以下部分称为提馏段，这样的塔，称为完全塔；只有其中一段的塔称为不完全塔。根据精馏塔的结构和回流方式的不同，分馏法又可分为提馏稳定法、精馏稳定法和全塔分馏稳定法等三种。 我国推荐用不完全分馏塔对原油进行稳定。如只设提馏段的不完全塔称提馏塔，这种塔的进料温度和操作温度相对都较低，没有塔顶回流，因此能耗低，而且节省设备投资及建设费用。但由于提馏塔没有精馏段，塔顶产品质量没保障，塔底稳定原油收率比较低,提馏稳定流程,精馏稳定流程,稳定方法选择,稳定方法的选择原则是：在满足商品原油质量要求前提下，使油气田获得最高经济效益。具体应考虑的因素有： 原油组成、轻组分C1C4的含量，或气

48、油比； 原油处理规模，规模愈大分馏稳定装置的经济性愈好； 稳定单元上下游工艺条件和要求； 市场因素，市场对各种产品需求的预测和价格走向等。 因而，稳定方法的选择是综合寻优问题,原油脱硫,由于H2S毒性很大又极具腐蚀性，必须限定商品原油内溶解的H2S的质量浓度，根据各国的国情不同H2S的质量浓度常限定在1060 mgkg范围内。 原油脱硫的方法气提法：采用分馏塔或提馏塔，塔底注入冷天然气、热天然气或经再沸炉加热的原油蒸气，对原油进行脱硫的方法。 气提法脱硫的原理：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H2S的分压很低、液相内H2S含量高，产生浓度差促使H2S进入气相，从而

49、降低原油内溶解的H2S含量,汽提脱硫工艺的模拟流程图,第七章 油田采出水处理,第一节 污水组成和性质 第二节 污水处理方法和流程 第三节 除油 第四节 混凝沉降 第五节 过滤,一、 油田污水的来源和组成,1、来源 原油生产过程中的脱出水 洗井水 钻井污水、井下作业污水、油区站场周边工业废水等,为便于理解，介绍几个有关水的概念。 原水 未经任何处理的油田污水。 初步净化水 经过自然除油或混凝沉降除油后的污水。 滤后水 经过过滤的污水。 净化水 凡是经过系统处理后的污水都叫净化水,2、组成 按油田污水处理的观点，原水中的细小杂质分为五大类。 1、悬浮固体 颗粒直径范围1100m，此部分杂质主要包括

50、： 泥沙：0.054 m的粘土、460 m的粉砂、大于60m 的细砂； 各种腐蚀产物及垢：Fe2O3、CaO、MgO、FeS、CaSO4、 CaCo3等； 细菌：硫酸盐还原菌（SRB）510 m，腐生菌（TGB） 1030 m； 有机物：胶质、沥青质和石蜡等重质油类,2、胶体 粒径为11031 m，主要由泥砂、腐蚀结垢产物 和微细有机物构成，物质组成与悬浮固体基本相似。 3、分散油与浮油 污水原水中一般约有1000mg/l的原油，偶尔有2000 5000mg/l的峰值含油量，其中90左右为10100 m的分散 油和大于100 m的浮油。 4、乳化油 原水中有10左右的（ 110310m ）的乳

51、化油,5、溶解物质 在污水中处于溶解状态的低分子及离子物质。 主要包括： 溶解在水中的无机盐类 基本上以阳离子和阴离子的形式存在，粒径在1103m以下，如Ca2、Mg2、K、Na+、Fe2、Cl、HCO3、CO32等，还包括环烷酸类等有机溶解物。 溶解的气体 如溶解氧、二氧化碳、硫化氢、烃类气体等，粒径一般为 （35）104m,1、酸度 也称酸性，表示中和碱性物质的能力，表明水中氢离子的过剩程度。 水内的CO2、H2S，有机酸、矿物酸或酸性盐类的水解常是污水酸度的来源。 2、碱度 也称碱性，表示中和酸性物质的能力。 以CO32-表示的碱度成为酚酞碱度，以HCO3-离子表示的碱度称为甲基橙碱度,

52、二、污水性质,3、含盐度 也称总矿化度，表示水溶液中溶解矿物盐类的总量。可用Cl-离子浓度或NaCl浓度表示含盐度。含盐度大小影响气体在水内的溶解度和水的腐蚀性。 4、pH值 pH值越高，结垢趋势越大；若pH值较低，则结垢趋势减小，但其腐蚀性增大。 大多数油田水的pH值在48之间,5、溶解固体总量（TDS） 把水中所溶解的阴、阳离子的总和称为溶解固体总量。 TDS的增加，会增大污水的密度和相对密度。 6、悬浮固体总量（TSS） 水中所不溶悬浮固体的总量。 油田污水的处理中，减少TSS是一项主要任务，以减少注水目的地层被堵塞的危险。 7、浊度 是水对光吸收和散射的光学性质，由浊度计测量，表示污水

53、的浑浊程度。 浊度与污水中所含悬浮固体的种类和数量有关,8、生化需氧量（BOD） 表示水中有机污染物经生物分解所需的氧量。常以5天作为测定生化需氧量的标准时间，以BOD5表示。 9、化学需氧量（COD） 在酸性条件下，用化学氧化剂将水中的有机污染物氧化为CO2和H2S所需的氧量,三、污水杂质引发的问题 总体上讲，油田污水是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解气体以及溶解盐类等较复杂的多相体系。在集输生产、污水处理、回注过程中将产生腐蚀和结垢等问题,四、水质标准,净化水的水质要求取决于水的用途，即向油层回注、锅炉用水或向地面排放所要求的净化水水质要求是不同的,第二节 污水处理方法和流程,一、常用的污

54、水处理方法有： 物理处理方法：包括重力分离、离心分离、过滤、气浮、蒸发和活性碳吸收等。 化学处理方法：向水中添加某种化学剂，与水内的某种杂质发生化学反应，达到净化目的。 物理化学处理法：利用物理和化学法的各自优点综合处理污水。 生物处理法：利用微生物的生物化学作用，将复杂的有机物分解为简单物质，将有毒物质转化为无毒物质，使污水得以净化,第三节 除油,一、自然除油 1、基本原理 物理法除油，根据油水密度不同，达到油水分离。 该种方法： 忽略了进出配水口水流的不均匀性 忽略油珠颗粒上浮中的絮凝等因素的影响，认为油珠颗粒是在理想状态下进行重力分离 a、假定过水断面上各点的水流速度相等，且油珠颗粒上浮

55、时的水平分速度等于水流速度； b、油珠颗粒以等速上浮； c、油珠颗粒上浮到水面即被去除,含油污水在重力分离池中的分离效率（除油效率）为： 式中：E 油珠颗粒的分离效率；w 油珠颗粒上浮速度； Q/A 面负荷率；Q 处理流量；A 除油设备水平工作面积。 表面负荷率Q/A是一个重要参数。当Q一定时，加大表面积 A，可以减小污水下降速度，意味着更小直径的油珠颗粒被分离出来，从而提高除油效率或增加设备的处理能力,Stokes公式,式中： w颗粒的浮升速度，m/s； w、o分别表示颗粒及水的 密度，kg/m3； g重力加速度，m/s2； 污水的粘度，Pas； d颗粒的粒径，m,浮升速度w用Stokes公

56、式计算,实际水处理过程中，水流呈层流状态的情况较少，所 以一般只能去除d 20m的颗粒。 2、装置结构 自然除油设施一般兼有 调储功能，油水分离效率不 够高，通常工艺结构采用下 向流设置,二、斜板（管）除油 斜板（管）除油是目前最常用的高效除油方法之一， 是一种物理法除油。 1、基本原理 斜板（管）除油基本原理是“浅层沉淀”，又称“浅池理论”。 若将水深为H的除油设备分隔为n个水深为H/n的分离池， 当分离池长度为原除油区长度的1n时，处理水量与原分离 区相同，且分离效果完全相同。为便于浮升到斜板（管）上 部油珠的流动和排除，把浅的分离池倾斜一定角度（一般为 4560,除油效率： 假设除油设备

57、高度为H，油珠颗粒分离时间为t ，则 表面负荷率表示为Q/AH/t，则分离效率为 公式表明：重力分离除油设备的除油效率是分离高度的函数。 H减小，E增大,H越小，油珠颗粒上浮至表面的时间越短。加设斜板，增加分离设备的工作表面积，缩小分离高度，提高油珠颗粒的去除效率,2、斜板除油装置 立式和平流式两种，油田上常用的是立式斜板除油 罐和平流式斜板隔油池。 （1）立式斜板除油罐 结构形式与普通立式除油罐基本相同，主要区别是 在普通除油罐中心反应筒外的分离区一定部位加设了斜 板组。 实践证明：在除油效率相同条件下，与普通立式除油罐相 比，同样大小的斜板除油罐的除油处理能力可 提高1.01.5倍,2）平

58、流式斜板隔油池 平流式斜板隔油池是在普通的隔油池中加设斜板构成。一般是由钢筋混凝土做成池体，池中波纹斜板大多呈45安装,普通平流式隔油池,平流式斜板隔油池,三、粗粒化（聚结）除油 粗粒化：含油污水流经装有填充物（粗粒化材料）的 装置后，使油珠由小变大的过程。这样，更容易用重力分 离法将油除去。 粗粒化处理的对象：水中的分散油。 1、理论依据,2、粗粒化的机理 有两种观点：润湿聚结；碰撞聚结 润湿聚结理论 建立在“亲油性”粗粒化材料的基础上。 具有该种特性的聚结材料：聚丙烯塑料球，无烟煤等。 碰撞聚结理论 建立在疏油材料基础上。 具有该种特性的聚结材料：蛇纹石，陶粒等,需澄清的问题 无论是亲油的

59、或是疏油的材料，两种聚结同时存在。 亲油材料以“润湿聚结”为主，也有碰撞聚结。原因是 污水流经粗粒化床，油滴之间也存在碰撞。 疏油材料以“碰撞聚结”为主，也有润湿聚结。原因是 当疏油材料表面沉积油泥时，该材料便有亲油性。 无论是亲油性材料还是疏油性材料，只要粒径合适， 都有较好的粗粒化效果,四、气浮除油 1、基本原理 在含油污水中通入空气（或天然气），使水中产生微细气泡，有时还需加入浮选剂或混凝剂，使污水中的乳化油、分散油和水中悬浮颗粒粘附在气泡上，随气体一起上浮到水面并加以回收，从而达到含油污水除油除悬浮物的目的。 具体过程：通入空气产生微细气泡杂质附着在气泡上 上浮 应用：自然沉淀难于去除

60、的悬浮物，以及比重接近1的固 体颗粒,泡沫的稳定性 (1)不稳定的后果：气泡浮到水面后，水分很快蒸发， 泡沫极易破灭，会使已经浮到水面的污染物又脱落回到水中。 (2)方法：投加起泡剂（表面活性物质）达到气泡稳定的目的。 改变疏水性能 向水中投加浮选剂，可以使颗粒由亲水性物质变为疏水性。 结合方式：气泡顶托；气泡裹携；气泡吸附,五、旋流除油 1、基本原理 利用油水密度差，在液流调整旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离。 2、旋流除油装置水力旋流器,第四节 混凝沉降,一、基本概念 混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝， 是凝聚和絮凝的总称。 凝聚过程：水中胶体失去稳定性的过程，即