第6章气井井场工艺

1、采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 1 第六章第六章 气井井场工艺气井井场工艺 第一节第一节 采气流程采气流程 第二节第二节 天然气的计量天然气的计量 第三节第三节 气液气液( (固固) )分离分离 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 第五节第五节 天然气脱硫工艺天然气脱硫工艺 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 2 采气流程：采气流程：气井采出的含有液（固）体杂质的高压天然气井采出的含有液（固）体杂质的高压天然 气变为适合矿场输送的合格天然气的气变为适合矿场输送的合格天然气的各种设备组合各种设备组合。 l 单井常温采气流程单井常温采气流程 l 多井常温采气流程多井常温采气

2、流程 l 低温回收凝析油采气流程低温回收凝析油采气流程 l 低温回收石油液化气采气流程低温回收石油液化气采气流程 根据处理天然气的不同方式，根据处理天然气的不同方式，分类分类为：为： 第一节第一节 采气流程采气流程 作用：作用： 节流降压节流降压 气液固分离气液固分离 计量计量 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 3 气井气井 一、单井常温采气流程一、单井常温采气流程 第一节第一节 采气流程采气流程 井口井口针阀针阀保温加热保温加热针阀针阀分离器分离器 气体：气体：分离器顶部分离器顶部节流装置计量节流装置计量集气支线集气支线 液（固）体：液（固）体：分离器下部分离器下部计量罐计量罐油罐和

3、水池油罐和水池 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 4 用在气田边远气井，不需要建集气站，可节约成本；用在气田边远气井，不需要建集气站，可节约成本； 用在产水量大的气水同产井，可以进行气水分离，减用在产水量大的气水同产井，可以进行气水分离，减 少输气阻力；少输气阻力； 用在低压气井，由于井口压力低，集气干线的压力波用在低压气井，由于井口压力低，集气干线的压力波 动对产气影响很大，单井采气可以避免这种影响，保持产动对产气影响很大，单井采气可以避免这种影响，保持产 气稳定。气稳定。 一、单井常温采气流程一、单井常温采气流程 第一节第一节 采气流程采气流程 应用范围：应用范围： 采气工程采气工

4、程气井井场工艺气井井场工艺 5 二、多井常温采气流程二、多井常温采气流程 第一节第一节 采气流程采气流程 多井常温采气流程是把几口单井的采气流程集中在气田适多井常温采气流程是把几口单井的采气流程集中在气田适 当部位进行集中采气和管理。当部位进行集中采气和管理。 工艺流程工艺流程 工艺流程一般包括：工艺流程一般包括：节流、加热、分离、计量节流、加热、分离、计量等几部分。等几部分。 其中加热的目的是防止在节流降压中气体温度过低形成水化其中加热的目的是防止在节流降压中气体温度过低形成水化 物。物。 若气体压力降低，节流后不会形成水化物，集气站的流程若气体压力降低，节流后不会形成水化物，集气站的流程

5、可简化为：节流、分离、计量，然后通过汇管输出。可简化为：节流、分离、计量，然后通过汇管输出。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 6 二、多井常温采气流程二、多井常温采气流程 第一节第一节 采气流程采气流程 多井常温集气流程图多井常温集气流程图 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 7 二、多井常温采气流程二、多井常温采气流程 第一节第一节 采气流程采气流程 多井常温采气流程的优点：便于对气井进行集中多井常温采气流程的优点：便于对气井进行集中 调节和管理，实现水、电、蒸汽的一机多用。调节和管理，实现水、电、蒸汽的一机多用。 凡是气井压力相近，气体性质相同，不需要用凡是气井压力相近，气

6、体性质相同，不需要用 单井采气流程的地方，都可以用多井采气流程。单井采气流程的地方，都可以用多井采气流程。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 8 三、低温回收凝析油采气流程三、低温回收凝析油采气流程 第一节第一节 采气流程采气流程 不同点：不同点： 防冻剂（乙防冻剂（乙 二醇）的加入和二醇）的加入和 再生流程。再生流程。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 9 天然气中有较高的凝析油含量，一般要求在天然气中有较高的凝析油含量，一般要求在20g/m20g/m3 3以上。以上。 三、低温回收凝析油采气流程三、低温回收凝析油采气流程 第一节第一节 采气流程采气流程 气井有足够高的剩余压

7、力（井口压力与输气压力之差），一般气井有足够高的剩余压力（井口压力与输气压力之差），一般 在在8MPa8MPa以上；以上； 有相当的气量，一般在有相当的气量，一般在707010104 4m m3 3/d/d以上。以上。 不需要外来能源节流制冷，投资少，设备简单，操作不需要外来能源节流制冷，投资少，设备简单，操作 方便，经济高效。单井和多井集气站都可使用。方便，经济高效。单井和多井集气站都可使用。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 10 四、低温回收石油液化气采气流程四、低温回收石油液化气采气流程 第一节第一节 采气流程采气流程 丙烷、丁烷丙烷、丁烷 不同点：温度要求更低不同点：温度要求

8、更低 脱水塔脱水塔 脱乙脱乙 烷塔烷塔 使天然气的露使天然气的露 点降到点降到8080 使少量已液化使少量已液化 的甲烷和乙烷的甲烷和乙烷 重新气化。重新气化。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 11 四、低温回收石油液化气采气流程四、低温回收石油液化气采气流程 第一节第一节 采气流程采气流程 天然气含丙烷、丁烷组分高，一般应在天然气含丙烷、丁烷组分高，一般应在3%3%以上；以上； 气井剩余压力在气井剩余压力在10MPa以上，以造成低温；以上，以造成低温； 气井产量不受限制，只要丙烷、丁烷含量高，剩气井产量不受限制，只要丙烷、丁烷含量高，剩 余压力大。余压力大。 采气工程采气工程气井井

9、场工艺气井井场工艺 12 第二节第二节 天然气的计量天然气的计量 天然气流量：在单位时间内流过管路横断面的天然天然气流量：在单位时间内流过管路横断面的天然 气数量（体积）。气数量（体积）。 天然气流量的测量仪表包括：孔板差压流量计、临天然气流量的测量仪表包括：孔板差压流量计、临 界流速流量计、垫圈流量计、涡轮流量计、靶式流量计、界流速流量计、垫圈流量计、涡轮流量计、靶式流量计、 质量流量计等。质量流量计等。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 13 一、孔板压差流量计的组成一、孔板压差流量计的组成 第二节第二节 天然气的计量天然气的计量 孔板差压流量计由节流装置、导压管和差压计三大部分组

10、成。孔板差压流量计由节流装置、导压管和差压计三大部分组成。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 14 一、孔板压差流量计的组成一、孔板压差流量计的组成 第二节第二节 天然气的计量天然气的计量 使管道中的使管道中的流体产生压差流体产生压差的一套装置。完整的节流装置由标的一套装置。完整的节流装置由标 准孔板、带有取压孔的孔板夹持器和上下游测量管所组成。准孔板、带有取压孔的孔板夹持器和上下游测量管所组成。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 15 一、孔板压差流量计的组成一、孔板压差流量计的组成 第二节第二节 天然气的计量天然气的计量 一般采用一般采用18183 3的无缝钢管，其作用是将

11、标准孔板所的无缝钢管，其作用是将标准孔板所 产生的产生的压差信号传送压差信号传送给压差计。给压差计。 用于用于测量差压信息测量差压信息，把此，把此差压转换成流量差压转换成流量指示并记录指示并记录 下来。下来。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 16 二、流量计算公式二、流量计算公式 第二节第二节 天然气的计量天然气的计量 气体流经孔板时流量的基本公式为：气体流经孔板时流量的基本公式为： 1 2 p AQ ds 1 2 d AK 令令 pKQs 则则 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 17 三、气体涡轮流量计计量原理三、气体涡轮流量计计量原理 第二节第二节 天然气的计量天然气的计

12、量 在天然气流动管路中，安装一个可以自由转动叶片，与流体在天然气流动管路中，安装一个可以自由转动叶片，与流体 流动方向成一定角度的，轴心与管道中心相同的叶轮，如图下图流动方向成一定角度的，轴心与管道中心相同的叶轮，如图下图 所示。当气流通过叶轮时，其动能使叶轮旋转，流体的流速越高，所示。当气流通过叶轮时，其动能使叶轮旋转，流体的流速越高， 动能越大，叶轮转速也越高。测出叶轮的转数或转速就可确定流动能越大，叶轮转速也越高。测出叶轮的转数或转速就可确定流 过管道的天然气流量。过管道的天然气流量。 涡轮流量计工作原理涡轮流量计工作原理 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 18 一、分离设备及类

13、型一、分离设备及类型 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 按作用原理分：重力分离器、旋流分离器、混合式分离器按作用原理分：重力分离器、旋流分离器、混合式分离器 根据分离需要分类根据分离需要分类: :气液两相分离、油气水三相分离气液两相分离、油气水三相分离 根据外形分类：立式和卧式分离器根据外形分类：立式和卧式分离器 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 19 重力分离器重力分离器 利用液（固）体和气利用液（固）体和气 体之间的密度差分离气体体之间的密度差分离气体 中的液（固）体。中的液（固）体。 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 l 为提高重力分离器的效率，为提高重力分离

14、器的效率， 进口管线多以切线进入，利进口管线多以切线进入，利 用离心力对液体作初步分离。用离心力对液体作初步分离。 l 安装除雾器，利用碰撞原安装除雾器，利用碰撞原 理分离微小的雾状液滴。理分离微小的雾状液滴。 V(0.70.8) W 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 20 为了使液滴沉降，设计分离器时必须使分离器中的为了使液滴沉降，设计分离器时必须使分离器中的 气流速度低于液滴沉降速度，一般要求：气流速度低于液滴沉降速度，一般要求： 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 (0.7 0.8)VW 液滴沉降速度与液体的密度、液滴直径、分离器工液滴沉降速度与液体的密度、液滴直径、分离

15、器工 作压力等因素有关。可以用公式计算或查图表求得。作压力等因素有关。可以用公式计算或查图表求得。 4 () 3 lg m g g Wd 2 30 m g g d W 14 2 2 40 lg g Wg 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 21 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 不同不同 压力下压力下 水滴直水滴直 径与沉径与沉 降速度降速度 的关系的关系 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 22 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 （1 1）立式分离器）立式分离器 分离段：分离段：混合物由切向进口进分混合物由切向进口进分 离器后旋转，在离心力作用下密度离器后旋转

16、，在离心力作用下密度 大的液（固）体被抛向器壁顺流而大的液（固）体被抛向器壁顺流而 下，液（固）体得到初步分离。下，液（固）体得到初步分离。 沉降段：沉降段：沉降段直径比进口管沉降段直径比进口管 径大得多，使得气流在沉降段流径大得多，使得气流在沉降段流 速急剧降低，有利于较小液（固）速急剧降低，有利于较小液（固） 滴在其重力作用下沉降。滴在其重力作用下沉降。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 23 除雾段：除雾段：用来捕集未能沉降分离用来捕集未能沉降分离 出来的雾状液滴，捕集器有翼状和出来的雾状液滴，捕集器有翼状和 丝网。丝网。 储存段：储存段：存储液（固）体，由排存储液（固）体，由排

17、 液管排出。排污管的作用是定期排液管排出。排污管的作用是定期排 放污物（泥砂、锈浊物等）。放污物（泥砂、锈浊物等）。 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 （1 1）立式分离器）立式分离器 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 24 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 （1 1）立式分离器）立式分离器 另一种结构：入口段。另一种结构：入口段。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 25 翼状捕集器翼状捕集器是带微粒收是带微粒收 集带平行金属盘构成的集带平行金属盘构成的 迷宫组成。迷宫组成。 丝网捕集器丝网捕集器 丝网捕集器丝网捕集器是用直径的金属丝或是用直径的金属丝或 尼

18、龙丝、聚乙烯编制成线网，再尼龙丝、聚乙烯编制成线网，再 不规则地叠成网垫制成。不规则地叠成网垫制成。 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 翼状捕集器翼状捕集器 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 26 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 影响重力分离器效率的主要因素是影响重力分离器效率的主要因素是分离器的直径分离器的直径。 在气量一定、工作压力一定时，直径大，气流速度低，对在气量一定、工作压力一定时，直径大，气流速度低，对 分离细小液滴有利，但直径过大，钢材消耗量大，加工不易。分离细小液滴有利，但直径过大，钢材消耗量大，加工不易。 合理的分离器直径计算公式：合理的分离器直

19、径计算公式： pv QTz D 7 102 .19 为分离器内气流允许速度。为分离器内气流允许速度。 V(0.70.8) W 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 27 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 （2 2）卧式重力分离器）卧式重力分离器 l 气液混合物气液混合物碰到导向板碰到导向板 而改变流向，在惯性力的作而改变流向，在惯性力的作 用下用下大直径液滴大直径液滴被分离下来。被分离下来。 l 夹带小液滴的气流继续向夹带小液滴的气流继续向 下运动。由于分离器直径比下运动。由于分离器直径比 进口直径大得多，气流速度进口直径大得多，气流速度 下降，在重力作用下下降，在重力作用下较小

20、直较小直 径液滴径液滴被分离下来。被分离下来。 l 大直径液滴被分离大直径液滴被分离 l 较小直径液滴被分离较小直径液滴被分离 l 雾状液滴被捕集。雾状液滴被捕集。 l 气流通过整流板，紊乱的气流通过整流板，紊乱的 气流被变成直流，更小的液气流被变成直流，更小的液 滴与整流板壁接触，滴与整流板壁接触，聚集成聚集成 大液滴大液滴而沉降。而沉降。 l 最后，雾状液滴在捕集器最后，雾状液滴在捕集器 中中被捕集被捕集下来。下来。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 28 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 卧式分离器与立式分离器的区别：卧式分离器与立式分离器的区别： l 卧式分离器是用径

21、向进口并安有卧式分离器是用径向进口并安有伞形板伞形板，伞形板的作用是防，伞形板的作用是防 止气液直接撞击储存段的液面，引起已沉降的液体重新被气流止气液直接撞击储存段的液面，引起已沉降的液体重新被气流 携带。气流撞击伞形板后，气流速度降低，方向改变，在惯性携带。气流撞击伞形板后，气流速度降低，方向改变，在惯性 力的作用下液滴被分离，粘附在伞形板上顺流而下。力的作用下液滴被分离，粘附在伞形板上顺流而下。 l 在分离器直径和工作压力相同情况下，卧式重力分离器处理在分离器直径和工作压力相同情况下，卧式重力分离器处理 气量比立式大。但卧式重力分离器占地面积大，清扫困难。气量比立式大。但卧式重力分离器占地

22、面积大，清扫困难。 l 卧式重力分离器卧式重力分离器多用于处理量大的集气站和用以脱硫装置前多用于处理量大的集气站和用以脱硫装置前 的气体进行分离。中小型集气站仍以立式为主。的气体进行分离。中小型集气站仍以立式为主。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 29 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 （3 3）三相重力分离器）三相重力分离器 三相重力分离器中的油水也是利用三相重力分离器中的油水也是利用 密度差进行分离的。在分离器中安有一密度差进行分离的。在分离器中安有一 个堰板，水面上的浮油高度超过堰板顶个堰板，水面上的浮油高度超过堰板顶 部时，翻过堰板进入集油室中，集油室部时，翻过堰板

23、进入集油室中，集油室 中安有浮球，并用连杆通过控制机构作中安有浮球，并用连杆通过控制机构作 排油调节阀的开关。当油面升到规定高排油调节阀的开关。当油面升到规定高 度时，阀开启排油；液面降低到规定高度时，阀开启排油；液面降低到规定高 度时，阀自动关闭。水也是用浮球控制度时，阀自动关闭。水也是用浮球控制 阀的开启或关闭进行排放的。阀的开启或关闭进行排放的。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 30 2.2.旋流分离器旋流分离器 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 利用离心力原理分离气液（固）体。利用离心力原理分离气液（固）体。 气液（固）混合物由切线方向进入分离器气液（固）混合物由切

24、线方向进入分离器 后，沿分离器筒体旋转，产生后，沿分离器筒体旋转，产生离心力离心力。离心力。离心力 与液（固）体颗粒的密度成正比。液（固）体与液（固）体颗粒的密度成正比。液（固）体 颗粒的密度比气体大得多，于是颗粒的密度比气体大得多，于是液（固）体颗液（固）体颗 粒就被抛到外圈（靠近器壁），粒就被抛到外圈（靠近器壁），较轻的气体则较轻的气体则 在内圈。在内圈。被抛在外圈的液（固）体颗粒继续旋被抛在外圈的液（固）体颗粒继续旋 转，并向下沉淀，最后到达锥形管聚集后从下转，并向下沉淀，最后到达锥形管聚集后从下 部出口放出，内圈的气体则从上部出口放出。部出口放出，内圈的气体则从上部出口放出。 采气工程

25、采气工程气井井场工艺气井井场工艺 31 旋流分离器中液（固）体颗粒的沉降速度与旋流分离器中液（固）体颗粒的沉降速度与颗粒的直径、密度、旋颗粒的直径、密度、旋 转半径、角速度以及气体的密度转半径、角速度以及气体的密度有关。有关。 在颗粒直径和密度、气体密度、流动状态相同的条件下，旋流分离在颗粒直径和密度、气体密度、流动状态相同的条件下，旋流分离 器中颗粒的沉降速度比重力分离器大。同样直径时，旋流分离器处理的器中颗粒的沉降速度比重力分离器大。同样直径时，旋流分离器处理的 气量比重力分离器多。气量比重力分离器多。 旋流分离器的直径旋流分离器的直径取决于处理气量的多少、气体经过分离器时的压取决于处理气

26、量的多少、气体经过分离器时的压 力损失和水力阻力系数。计算公式：力损失和水力阻力系数。计算公式： 4 1 2 2 10 536. 0 p Q D 为水力阻力系数，一般取为水力阻力系数，一般取180180； /为气体通过分离器时的压头损失，为气体通过分离器时的压头损失， 一般设计时取一般设计时取0.550.551.81.8。 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 32 旋流分离器结构：旋流分离器结构： 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 1 1气体进口；气体进口； 2 2气体出口；气体出口； 3 3内管；内管； 4 4螺旋叶片；螺旋叶片；

27、5 5筒体；筒体； 6 6锥形管；锥形管； 7 7支持板；支持板； 8 8排液口；排液口； 9 9加强板加强板. . 螺旋叶片是焊在内管上的薄钢板，对气体起着导向和加速旋转的作用螺旋叶片是焊在内管上的薄钢板，对气体起着导向和加速旋转的作用. . 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 33 3.3.混合式分离器混合式分离器 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 混合式分离器是利用多种分离原理进行气液（固）体分离的，混合式分离器是利用多种分离原理进行气液（固）体分离的， 结构比较复杂，类型也很多，如螺道分离器、串连离心式分离器、结构比较复杂，类型也很多，如螺道分离器、串连离心式分离器、

28、多管旋流式分离器等。多管旋流式分离器等。 螺道分离器螺道分离器 螺道分离器是利用天然气在狭窄的螺道中作高速旋转螺道分离器是利用天然气在狭窄的螺道中作高速旋转 运动，形成强烈的离心力，使气流中的液滴聚合成较大的运动，形成强烈的离心力，使气流中的液滴聚合成较大的 液滴沿器壁流下。液滴沿器壁流下。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 34 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 （1 1）螺道分离器）螺道分离器 凝聚段凝聚段由多道螺道组成，它的作用是使气流沿螺道由多道螺道组成，它的作用是使气流沿螺道 高速旋转，产生强大的离心力，把小液滴甩到器壁高速旋转，产生强大的离心力，把小液滴甩到器壁

29、上凝聚成大液滴顺器壁流到储液段。上凝聚成大液滴顺器壁流到储液段。 扩大段扩大段由紧接凝聚段之后螺距逐渐加大的螺道组由紧接凝聚段之后螺距逐渐加大的螺道组 成，由于螺距加大，气流速度降低，避免使已聚成，由于螺距加大，气流速度降低，避免使已聚 合的液滴再分散。合的液滴再分散。 捕集器捕集器用金属或尼龙丝网制成，起捕集雾状液滴作用金属或尼龙丝网制成，起捕集雾状液滴作 用。储液段内设破旋涡板，防止储存的液体产生漩用。储液段内设破旋涡板，防止储存的液体产生漩 涡而重新被气流夹带。涡而重新被气流夹带。 储液段储液段 丝网 筒体 螺道 伞形罩 中心管 矩形开口 破旋涡板 储液段 排液口 排污口 采气工程采气工

30、程气井井场工艺气井井场工艺 35 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 （2 2）串连离心式分离器）串连离心式分离器 利用重力、惯性力、离心力分离气液（固）体。利用重力、惯性力、离心力分离气液（固）体。 l 气液从顶部进入后向下流动，液滴在本身重气液从顶部进入后向下流动，液滴在本身重 力作用下初次沉降。力作用下初次沉降。 l 气液到达环形空间底部时，气流改变方向拐气液到达环形空间底部时，气流改变方向拐 向上流，液滴在惯性力作用下二次分离。向上流，液滴在惯性力作用下二次分离。 l 气流进入螺道部分高速旋转，液滴在离心力气流进入螺道部分高速旋转，液滴在离心力 作用下第三次分离。作用下第三次分

31、离。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 36 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 （3 3）多管旋流式分离器）多管旋流式分离器 由由多个旋风子多个旋风子（小旋流分离器）并列置于一个外壳（小旋流分离器）并列置于一个外壳 内，组成多管旋风分离器。进入壳内的气体分股进入旋内，组成多管旋风分离器。进入壳内的气体分股进入旋 风子进行分离。多管旋流分离器适宜分离固体杂质，并风子进行分离。多管旋流分离器适宜分离固体杂质，并 可按实际需要增加旋风子的数量。可按实际需要增加旋风子的数量。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 37 二、分离器的附属设备二、分离器的附属设备自动放水器自动放水器

32、 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 利用连通管原理和浮力原理实现利用连通管原理和浮力原理实现 自动进水和放水的。自动进水和放水的。 由于导压管把分离器的气体压力由于导压管把分离器的气体压力 和放水器连通在一起，使二者成为一和放水器连通在一起，使二者成为一 个压力相等的连通容器。因此当分离个压力相等的连通容器。因此当分离 器内的液面高于放水器的进水口时，器内的液面高于放水器的进水口时， 水依靠其本身的高差自动流入放水器。水依靠其本身的高差自动流入放水器。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 38 1. 1. 结构结构 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 1 1连通导压管（

33、与分离器的气相部连通导压管（与分离器的气相部 分相连，使水靠自重流到放水器）分相连，使水靠自重流到放水器） 2 2阀嘴（控制一次排水量）阀嘴（控制一次排水量） 3 3阀尖；阀尖； 4 4扶正器（对阀尖起扶正和保持对扶正器（对阀尖起扶正和保持对 中作用）；中作用）； 5 5吸水管（引导水排出放水器）吸水管（引导水排出放水器） 6 6浮筒（随着水量的多少沉浮，推浮筒（随着水量的多少沉浮，推 动阀尖上下运动，打开或关闭阀）动阀尖上下运动，打开或关闭阀） 7 7外壳（承受压力和储存水）外壳（承受压力和储存水） 8 8下流阀下流阀 自动放水器自动放水器 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 39 2

34、.2.工作原理工作原理 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 来水进入外壳和浮筒环形空间，达到一来水进入外壳和浮筒环形空间，达到一 定高度时，由于水的浮力大于浮筒的重量，定高度时，由于水的浮力大于浮筒的重量， 浮筒上行，并带动阀尖紧紧接触阀嘴，放水浮筒上行，并带动阀尖紧紧接触阀嘴，放水 器处于器处于关闭状态关闭状态。 水不断地流入，水面继续升高，待液面水不断地流入，水面继续升高，待液面 高于浮筒上缘时便流入浮筒内，当浮筒内的高于浮筒上缘时便流入浮筒内，当浮筒内的 水量与浮筒自身重量之和超过水对浮筒的浮水量与浮筒自身重量之和超过水对浮筒的浮 力时，力时，浮筒下沉，阀尖离开阀嘴，浮筒下沉，阀

35、尖离开阀嘴，浮筒里的浮筒里的 水在气压作用下从吸水管和阀嘴流出。直到水在气压作用下从吸水管和阀嘴流出。直到 浮筒依靠环形空间的浮力再次上浮，放水器浮筒依靠环形空间的浮力再次上浮，放水器 关闭为止。如此反复运行，不断地把水排出。关闭为止。如此反复运行，不断地把水排出。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 40 3.3.水量计算公式水量计算公式 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 w pp dQ 212 056.79 水 间放 tt/ 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 41 三、分离器的选择依据三、分离器的选择依据 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 处理气量和工作压

36、力处理气量和工作压力 所选择的分离器规格要符合气井的产量和集输压力所选择的分离器规格要符合气井的产量和集输压力 的要求。直径过大浪费钢材，直径过小则分离效率低。的要求。直径过大浪费钢材，直径过小则分离效率低。 根据计算结果选择相应直径的分离器时，要选择稍大一根据计算结果选择相应直径的分离器时，要选择稍大一 点的分离器。点的分离器。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 42 三、分离器的选择依据三、分离器的选择依据 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 气井产水量和产水状态气井产水量和产水状态 由于旋流式分离器直径小，储液量小，当气井产水量较由于旋流式分离器直径小，储液量小，当气井产

37、水量较 大（大（50m50m3 3/d/d以上），或出水量呈股状时，应选择重力式分离以上），或出水量呈股状时，应选择重力式分离 器，或第一级用重力式分离器，第二级用旋风式分离器。器，或第一级用重力式分离器，第二级用旋风式分离器。 当水量较少、水呈雾状或者固体杂质较多时，应选择当水量较少、水呈雾状或者固体杂质较多时，应选择 旋流式分离器或螺道式等混合式分离器。旋流式分离器或螺道式等混合式分离器。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 43 三、分离器的选择依据三、分离器的选择依据 第三节第三节 气液（固）分离气液（固）分离 气体性质和分离温度气体性质和分离温度 l 当气体含硫量较高时，应选择

38、抗硫分离器当气体含硫量较高时，应选择抗硫分离器 l 当分离温度较低时，应选择低温分离器当分离温度较低时，应选择低温分离器 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 44 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 天然气脱水：天然气脱水：从天然气中脱出水汽以降低露点的工艺。从天然气中脱出水汽以降低露点的工艺。 露点降：露点降：在同一压力下，被水汽饱和的天然气露点温度在同一压力下，被水汽饱和的天然气露点温度 与经过脱水装置后同一气流的露点温度之差。与经过脱水装置后同一气流的露点温度之差。 露点降是脱水装置能力的主要指标。露点降是脱水装置能力的主要指标。 天然气脱水方法：天然气脱水方法：液体吸收法

39、、固体吸附法（干燥法）和液体吸收法、固体吸附法（干燥法）和 冷却法。冷却法。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 45 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 一、液体吸收法一、液体吸收法 常用的液体吸收剂（干燥剂）：常用的液体吸收剂（干燥剂）： l 乙二醇（乙二醇（EGEG） l 二甘醇（二甘醇（DEGDEG） l 三甘醇（三甘醇（TEGTEG） l 四甘醇（四甘醇（T4EGT4EG） 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 46 当要求脱水后气体露点降到当要求脱水后气体露点降到-20-20-40-40时，通常选用三甘时，通常选用三甘 醇脱水。实践证明，使用乙二醇和二甘醇时损失较

40、大，而醇脱水。实践证明，使用乙二醇和二甘醇时损失较大，而三甘三甘 醇醇以它较大的露点降、技术上的可靠性和经济上的合理性在天以它较大的露点降、技术上的可靠性和经济上的合理性在天 然气脱水中然气脱水中使用最普遍使用最普遍。 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 一、液体吸收法一、液体吸收法 三甘醇的应用范围：三甘醇的应用范围：露点降为露点降为22227878，气体压力为，气体压力为 0.1720.17217.2MPa17.2MPa，气体温度为，气体温度为4 47171，含硫或不含硫天然气的，含硫或不含硫天然气的 脱水。脱水。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 47 第四节第四节 天然

41、气脱水工艺天然气脱水工艺 一、液体吸收法一、液体吸收法 经分离器预分离油水后的经分离器预分离油水后的 天然气天然气吸收塔被三甘醇贫液吸收塔被三甘醇贫液 将水吸收脱除将水吸收脱除排出。排出。 含水的三甘醇贫液从吸收含水的三甘醇贫液从吸收 塔底部排出塔底部排出经过过滤器经过过滤器缓缓 冲冲换热器换热器( (加热加热)再生塔。再生塔。 再生的三甘醇贫液再生的三甘醇贫液缓缓 冲冲换热器换热器( (冷却冷却)泵送到吸泵送到吸 收塔顶部的塔板上。收塔顶部的塔板上。 三甘醇脱水原理流程图三甘醇脱水原理流程图 吸收塔吸收塔 气提气提 塔塔 缓冲换热器缓冲换热器 重沸器重沸器 过滤器过滤器 脱水脱水三甘醇再生三

42、甘醇再生 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 48 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 二、二、 固体吸附法（干燥法）固体吸附法（干燥法） 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 49 脱水用的干燥剂应满足以下要求：脱水用的干燥剂应满足以下要求： 对水有较高的吸附能力；对水有较高的吸附能力； 有较高的选择性。固体干燥剂无表面上或孔隙中都有吸有较高的选择性。固体干燥剂无表面上或孔隙中都有吸 附重烃和甘醇的趋向，这些物质在再生过程中是很难除掉的；附重烃和甘醇的趋向，这些物质在再生过程中是很难除掉的； 能再生和多次使用；能再生和多次使用； 有足够的强度；有足够的强度； 化学性质稳定；

43、化学性质稳定； 货源充足，价格便宜。货源充足，价格便宜。 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 50 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 （1）固体吸附工艺装置中至少有）固体吸附工艺装置中至少有 两个吸附床层两个吸附床层，脱水过程是循环，脱水过程是循环 进行的。在一给定的床层上，一进行的。在一给定的床层上，一 定时间内让它进行定时间内让它进行吸附吸附；而在另；而在另 一给定的床层上进行一给定的床层上进行加热解吸加热解吸 （即用加热的方法使被吸附的水（即用加热的方法使被吸附的水 分脱除）。然后切换流程，使原分脱除）。然后切换流程，使原 吸附

44、床层切换为加热再生；原加吸附床层切换为加热再生；原加 热床层切换为吸附。热床层切换为吸附。 （2）流程中）流程中必须有热源必须有热源，用于加热床层进行再生。还必须有热气流，用于加热床层进行再生。还必须有热气流 过床层，用以除去被解吸出来的水汽。过床层，用以除去被解吸出来的水汽。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 51 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 三、冷却法三、冷却法 将天然气冷却，降温到将天然气冷却，降温到稍高于水化物生成温度稍高于水化物生成温度， 可使一部分水冷凝出来，并经分离器后排走。可使一部分水冷凝出来，并经分离器后排走。 常用冷却措施：循环制冷、节流膨胀制冷、膨

45、胀常用冷却措施：循环制冷、节流膨胀制冷、膨胀 机制冷等。机制冷等。 冷却法对于天然气中水分的冷却法对于天然气中水分的粗分离粗分离是很实用的脱是很实用的脱 水方法。水方法。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 52 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 外加制冷循环法外加制冷循环法 循环制冷循环制冷 这种方法所需冷量有独这种方法所需冷量有独 立设置的制冷循环产生的冷立设置的制冷循环产生的冷 量提供。量提供。冷冻介质冷冻介质可以是氨，可以是氨， 也可是乙烷和丙烷等，具体也可是乙烷和丙烷等，具体 选择取决于被冷凝分离的天选择取决于被冷凝分离的天 然气压力、组分和分离要求然气压力、组分和分

46、离要求 等。等。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 53 高压气高压气站阀站阀( (调压调压)分离器分离器( (脱除油、水及杂质脱除油、水及杂质)计量计量防冻剂混合室防冻剂混合室 ( (高压喷注乙二醇高压喷注乙二醇)预冷热换器预冷热换器针形阀节流膨胀针形阀节流膨胀分离。分离。 分离后的干气分离后的干气预冷换热器与来预冷换热器与来 气换冷，然后再与另一股干气汇合，气换冷，然后再与另一股干气汇合， 经换热器升温后进入外输干线。经换热器升温后进入外输干线。 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 节流膨胀制冷节流膨胀制冷 由于冷却效应，气流温度急剧降由于冷却效应，气流温度急剧降 低至低至

47、-20-20左右，水汽及重烃凝结左右，水汽及重烃凝结 成水和凝析油成水和凝析油低温分离器冷凝分低温分离器冷凝分 离。离。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 54 底部的凝液底部的凝液泵加压并经升温泵加压并经升温脱乙烷塔。脱乙烷塔。原料气原料气加压、冷却加压、冷却分子筛脱水干燥分子筛脱水干燥膨胀机带动压缩机增膨胀机带动压缩机增 压压部分冷凝器（达到部分冷凝器（达到-55-55-60-60）低温分离器。分离出的气低温分离器。分离出的气 体体膨胀机制冷膨胀机制冷外输。外输。 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 膨胀机制冷膨胀机制冷 分离出的液相低温冷凝液分离出的液相低温冷凝液节流闪蒸

48、后与来气换热节流闪蒸后与来气换热复热凝液复热凝液 分离器。分离器。 脱乙烷塔中脱出的甲烷、乙烷脱乙烷塔中脱出的甲烷、乙烷膨胀机制冷膨胀机制冷塔底液体与来气压缩冷却后得到的部分液烃送入稳定塔进一步塔底液体与来气压缩冷却后得到的部分液烃送入稳定塔进一步 精馏。精馏。 1 1、99压缩机；压缩机；22冷却器；冷却器；33脱水装置；脱水装置；44制动压缩机；制动压缩机； 55部分冷凝器；部分冷凝器；6 6、77分离器；分离器；88膨胀机；膨胀机；1010液烃增压泵；液烃增压泵； 1111、1212换热器；换热器；1313脱乙烷塔；脱乙烷塔；1414稳定塔稳定塔 膨胀机制冷冷凝分离流程示意图膨胀机制冷冷

49、凝分离流程示意图 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 55 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 四、其它脱水工艺四、其它脱水工艺 (1) (1) 天然气膜法天然气膜法 天然气膜法脱水工业过程开发是天然气脱水工艺的创新方法天然气膜法脱水工业过程开发是天然气脱水工艺的创新方法 试验。是国家试验。是国家“九五九五”科技攻关项目科技攻关项目( (课题课题) )。121210104 4m m3 3/d/d天然气天然气 膜法脱水工业性现场试验工作，安全顺利完成了从现场安装、检膜法脱水工业性现场试验工作，安全顺利完成了从现场安装、检 验、调试、工艺试验和工业稳定性试验等各项现场攻关项目内容。验

50、、调试、工艺试验和工业稳定性试验等各项现场攻关项目内容。 天然气膜法脱水技术经现场工业试验考核和工业稳定运行考天然气膜法脱水技术经现场工业试验考核和工业稳定运行考 核，已取得重大的技术进展，它标志着我国在上述技术领域的发核，已取得重大的技术进展，它标志着我国在上述技术领域的发 展水平已跻身于世界先进水平行列。展水平已跻身于世界先进水平行列。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 56 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 四、其它脱水工艺四、其它脱水工艺 (1) (1) 天然气膜法天然气膜法 整个装置主要有前处理、模组块和后处理三部分组成。整个装置主要有前处理、模组块和后处理三部分组

51、成。 前处理包括三级分离器，主要用于前处理包括三级分离器，主要用于气液气液( (固固) )杂质分离杂质分离， 并具有高效除油作用，以保证膜分离器的使用寿命。前并具有高效除油作用，以保证膜分离器的使用寿命。前 处理过滤分离能够对天然气中处理过滤分离能够对天然气中0.01m0.01m以上的固体颗粒有以上的固体颗粒有 效脱除，且油含量小于效脱除，且油含量小于0.003mg/m0.003mg/m3 3。在脱除天然气固液。在脱除天然气固液 杂质的同时，天然气中部分重烃组分也得到了分离和回杂质的同时，天然气中部分重烃组分也得到了分离和回 收。收。 膜组块是膜法脱水装置的主体单元，由膜组块是膜法脱水装置的主

52、体单元，由8 8根膜分离根膜分离 器组成，每两根膜分离器组成一个单元组，根据器组成，每两根膜分离器组成一个单元组，根据 不同的气体处理量可选不同的气体处理量可选3 36 6组并联。组并联。 后处理主要包括负压系统后处理主要包括负压系统 和废气再利用系统。试验和废气再利用系统。试验 中采用负压系统的目的和中采用负压系统的目的和 作用是：提高膜两侧水蒸作用是：提高膜两侧水蒸 气分压差，从而提高膜分气分压差，从而提高膜分 离性能；迅速排出渗透侧离性能；迅速排出渗透侧 高浓度的水蒸气，避免水高浓度的水蒸气，避免水 蒸气在膜渗透侧产生冷凝，蒸气在膜渗透侧产生冷凝， 降低膜分离效率。降低膜分离效率。 采气

53、工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 57 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 四、其它脱水工艺四、其它脱水工艺 (2) (2) 天然气超音速脱水天然气超音速脱水 天然气超音速脱水技术属于天然气脱水方法中的低温冷凝法。天然气超音速脱水技术属于天然气脱水方法中的低温冷凝法。 核心部件为超音速分离器，其基本原理是利用拉瓦尔喷管，使天核心部件为超音速分离器，其基本原理是利用拉瓦尔喷管，使天 然气在自身压力作用下然气在自身压力作用下加速加速到超音速，这时天然气的到超音速，这时天然气的温度和压力温度和压力 会急剧下降会急剧下降，使天然气中的水蒸气冷凝成小液滴，然后在超音速，使天然气中的水蒸气冷凝

54、成小液滴，然后在超音速 下产生强烈的气流旋转将小液滴分离出来，并对干气进行再压缩。下产生强烈的气流旋转将小液滴分离出来，并对干气进行再压缩。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 58 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 四、其它脱水工艺四、其它脱水工艺 1 1进口冷却器：降低进入分离器的天然气温度，在相同的条件下可以达到进口冷却器：降低进入分离器的天然气温度，在相同的条件下可以达到 更低的露点更低的露点, ,有利于提高脱水的深度。有利于提高脱水的深度。 2 2气气气换热器：使进口天然气与输出的低温干气进行换热气换热器：使进口天然气与输出的低温干气进行换热, ,可以进一步可以进一步

55、 降低进口天然气的温度，并且提高输出干气的温度。降低进口天然气的温度，并且提高输出干气的温度。 3 3进口分离器：分离出天然气中包含的细小固体颗粒和小液滴，减小超音进口分离器：分离出天然气中包含的细小固体颗粒和小液滴，减小超音 速分离器的载荷和磨损。速分离器的载荷和磨损。 5 5气液分离器：从分离后的液体中进一步分离出气体，并将气体输入干气气液分离器：从分离后的液体中进一步分离出气体，并将气体输入干气 系统。系统。 天然气超音速脱水系统简图天然气超音速脱水系统简图 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 59 第四节第四节 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 四、其它脱水工艺四、其它脱水工艺 天然

56、气超音速分离器原理简图天然气超音速分离器原理简图 1-1-拉瓦尔喷管拉瓦尔喷管;2-;2-分离叶片分离叶片;3-;3-气液分离器气液分离器;4-;4-扩压器扩压器. . 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 60 第五节第五节 天然气脱硫工艺天然气脱硫工艺 含硫气田采气面临的三个棘手问题：含硫气田采气面临的三个棘手问题：H H2 2S S的剧毒性、腐蚀的剧毒性、腐蚀 性和元素硫的沉积。性和元素硫的沉积。 含硫天然气必须经过酸气净化才能投入市场。含硫天然气必须经过酸气净化才能投入市场。 含硫天然气的酸气（含硫天然气的酸气（H H2 2S S和和COCO2 2等）净化包括等）净化包括脱硫、硫磺

57、脱硫、硫磺 回收及尾气处理回收及尾气处理三部分。三部分。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 61 一、脱硫一、脱硫 第五节第五节 天然气脱硫工艺天然气脱硫工艺 脱硫方法：分为干法和湿法两大类。脱硫方法：分为干法和湿法两大类。 若天然气中酸气含量较少，日处理量不大，可采用分若天然气中酸气含量较少，日处理量不大，可采用分 子筛等吸附剂脱除酸气和水分，即干法处理。子筛等吸附剂脱除酸气和水分，即干法处理。 湿法脱硫按溶液的吸收和再生性质，又可分为化学吸湿法脱硫按溶液的吸收和再生性质，又可分为化学吸 收法、物理吸收法和直接氧化法。收法、物理吸收法和直接氧化法。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井

58、场工艺 62 化学吸收法化学吸收法 第五节第五节 天然气脱硫工艺天然气脱硫工艺 化学吸收法是以弱碱性溶液为吸收剂与天然气中酸性组化学吸收法是以弱碱性溶液为吸收剂与天然气中酸性组 分反应来吸收分反应来吸收H H2 2S S和和COCO2 2。而当压力、温度和吸收剂浓度变化。而当压力、温度和吸收剂浓度变化 时，酸性气体又会从吸收剂中分出。时，酸性气体又会从吸收剂中分出。 目前主要采用吸收剂为目前主要采用吸收剂为一乙醇胺和二乙醇胺一乙醇胺和二乙醇胺。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 63 第五节第五节 天然气脱硫工艺天然气脱硫工艺 富液富液经贫经贫- -富液换热器（与贫液换热）富液换热器（

59、与贫液换热）再生塔（释放酸气再生塔（释放酸气 组分）。组分）。 再生塔底部的贫液再生塔底部的贫液换热器换热器（冷却后）吸收塔。（冷却后）吸收塔。 出塔的冷凝水作为出塔的冷凝水作为 回流液返回再生塔，回流液返回再生塔， 分离出的酸气则进入分离出的酸气则进入 硫磺回收工段。硫磺回收工段。 原料气原料气吸收塔底吸收塔底与醇胺水溶液相接触与醇胺水溶液相接触酸性气体被溶剂吸酸性气体被溶剂吸 收后收后分离器（脱去游离水）分离器（脱去游离水）干线。干线。 醇胺法脱硫工艺流程及原理醇胺法脱硫工艺流程及原理 1 2 3 4 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 64 物理吸收法物理吸收法 第五节第五节 天然

60、气脱硫工艺天然气脱硫工艺 物理吸收法全部采用物理吸收法全部采用有机化合物有机化合物作为作为吸收溶剂吸收溶剂，吸收酸，吸收酸 气的过程为物理吸收过程，溶液的酸气负荷正比于气相中酸气的过程为物理吸收过程，溶液的酸气负荷正比于气相中酸 气的分压，当富液压力降低时，即放出吸收的酸气组分。气的分压，当富液压力降低时，即放出吸收的酸气组分。 物理吸收法的物理吸收法的有机溶剂有机溶剂主要包括：多乙二醇醚、主要包括：多乙二醇醚、NN甲甲 基吡咯烷酮基吡咯烷酮(NMP)(NMP)、碳酸丙烯酯、磷酸三丁酯、碳酸丙烯酯、磷酸三丁酯(TBP)(TBP)和环丁砜。和环丁砜。 采气工程采气工程气井井场工艺气井井场工艺 6