天然气集输工艺流程（课堂PPT）

1、储运工程系储运工程系 曹学文曹学文14/24/2022第三章第三章 天然气集输工艺流程天然气集输工艺流程 一、气井产物一、气井产物二、气田集输系统的工作范围和工作内容二、气田集输系统的工作范围和工作内容 三、气田井场流程三、气田井场流程 四、气田集输站场工艺流程四、气田集输站场工艺流程 五、气田集输流程的制定五、气田集输流程的制定 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文24/24/2022 一、气井产物一、气井产物 从气井产出的物质，除天然气外一般含有液体和固体物质。从气井产出的物质，除天然气外一般含有液体和固体物质。 液体包括液体包括液烃和气田水液烃和气田水。 气田水气田水又包含又包含游离水和凝

2、结水游离水和凝结水两种。气田开采初期，一般不出现两种。气田开采初期，一般不出现游离水游离水，但少数气田在开采初期也有游离水随着天然气从气井采出。，但少数气田在开采初期也有游离水随着天然气从气井采出。凝结水是天然凝结水是天然气在高压、高温的地层中所含有的饱和水汽气在高压、高温的地层中所含有的饱和水汽，当天然气被采出后，由于压力，当天然气被采出后，由于压力和温度降低，在天然气中的饱和水汽，随着温度和压力的变化而凝结为液体和温度降低，在天然气中的饱和水汽，随着温度和压力的变化而凝结为液体被游离出来。被游离出来。 液烃液烃也是由于天然气被采出后，随着气一液相态平衡条件的变化，一部也是由于天然气被采出后

3、，随着气一液相态平衡条件的变化，一部分较重的烃也凝结为液体被析出。但对组成属于干气范围的天然气，从气井分较重的烃也凝结为液体被析出。但对组成属于干气范围的天然气，从气井采出后不析出液烃。采出后不析出液烃。 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文34/24/2022 机械杂质机械杂质: :固体物质包括岩屑、砂、酸化处理后的残存物固体物质包括岩屑、砂、酸化处理后的残存物等等 天然气的性质和气田水的有无，以及气田水的性质，对气天然气的性质和气田水的有无，以及气田水的性质，对气田集输流程的制定有密切关系。田集输流程的制定有密切关系。 气田水气田水分为分为底水底水( (或边水或边水) )和束缚水和束缚水两类

4、。两类。气藏里与天然气气藏里与天然气同时存在的水称为同时存在的水称为气田水气田水。存在于气藏边缘和衬托在天然气底存在于气藏边缘和衬托在天然气底部的气层水称为部的气层水称为边水或底水边水或底水；一部分水因受气层岩粒的附着力一部分水因受气层岩粒的附着力或超毛细孔隙作用力的作用，在采气过程中不随气流流动的水或超毛细孔隙作用力的作用，在采气过程中不随气流流动的水称为称为束缚水束缚水。气田水通常有较高的矿化度，一般在。气田水通常有较高的矿化度，一般在10g10gL L以上以上储运工程系储运工程系 曹学文曹学文44/24/2022二、气田集输系统的工作范围和工作内容二、气田集输系统的工作范围和工作内容 天

5、然气从气井采出，经过降压并进行分离除尘除液处理天然气从气井采出，经过降压并进行分离除尘除液处理之后，再由集气支线、集气干线输送至天然气处理厂或长输之后，再由集气支线、集气干线输送至天然气处理厂或长输管道首站，称为气田集输系统。当天然气中含有管道首站，称为气田集输系统。当天然气中含有H H2 2S S、H H2 2O O时时，即需经过天然气处理厂进行脱硫、脱水处理，然后输至长，即需经过天然气处理厂进行脱硫、脱水处理，然后输至长输管道首站。输管道首站。 气田集输系统的工作气田集输系统的工作是：收集天然气，并经过降压、分是：收集天然气，并经过降压、分离、净化使天然气达到符合管输要求的条件，然后输往长

6、输离、净化使天然气达到符合管输要求的条件，然后输往长输管道。管道。 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文54/24/2022三、气田井场流程三、气田井场流程 气田集输流程气田集输流程是表达天然气的流向和处理天然气的工艺方法是表达天然气的流向和处理天然气的工艺方法。气田集输流程分为井场流程和气田集气站流程。气田集输流程分为井场流程和气田集气站流程。 气田集气站气田集气站工艺流程工艺流程分为分为单井集输流程单井集输流程和和多井集输流程多井集输流程。 按其天然气分离时的温度条件，可分为按其天然气分离时的温度条件，可分为常温分离工艺流程常温分离工艺流程和和低温分离工艺流程低温分离工艺流程。 储气构造、地

7、形地物条件、自然条件、气井压力温度、天储气构造、地形地物条件、自然条件、气井压力温度、天然气组成以及含油含水情况等因素是千变万化的，而适应这些然气组成以及含油含水情况等因素是千变万化的，而适应这些因素的气田天然气集输流程也是多种多样的。这里仅对较为典因素的气田天然气集输流程也是多种多样的。这里仅对较为典型和常见的流程加以描述。型和常见的流程加以描述。 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文64/24/2022 在井场里，最主要的装置是采气树，它是由闸阀、四通（在井场里，最主要的装置是采气树，它是由闸阀、四通（或三通）等部件构成的一套管汇。还有节流阀，压力、温度检或三通）等部件构成的一套管汇。还有节

8、流阀，压力、温度检测仪表及加热或注醇设备等。测仪表及加热或注醇设备等。井场装置具有三种功能：井场装置具有三种功能：(1)(1)调控气井的产量；调控气井的产量；(2)(2)调控天然气的输送压力；调控天然气的输送压力；(3)(3)防止天然气生成水合物。防止天然气生成水合物。储运工程系储运工程系 曹学文曹学文74/24/2022 比较比较典型的井场装置流程典型的井场装置流程，也是目前现场通常采用的有两，也是目前现场通常采用的有两种类型。一种是种类型。一种是加热天然气防止生成水合物的流程加热天然气防止生成水合物的流程；另一种是；另一种是向天然气中注入抑制剂防止生成水合物的流程向天然气中注入抑制剂防止生

9、成水合物的流程，如，如 图图3131 和和3232 所示。所示。 84/24/202211气井；气井； 22采气树针形阀；采气树针形阀； 33加热炉；加热炉；44气井产量调控节流阀；气井产量调控节流阀； 55加热炉；加热炉；66气体输压调控节流阀气体输压调控节流阀 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文94/24/2022 图图3131 所示，天然气从针形阀出来后进入井场装置，首先所示，天然气从针形阀出来后进入井场装置，首先通过加热炉通过加热炉3 3进行加热升温，然后经过第一级节流阀进行加热升温，然后经过第一级节流阀( (气井产量气井产量调控节流阀调控节流阀)4)4进行气量调控和降压，天然气再次通

10、过加热器进行气量调控和降压，天然气再次通过加热器5 5进进行加热升温，和第二级节流阀行加热升温，和第二级节流阀( (气体输压调控节流阀气体输压调控节流阀)6)6进行降压进行降压以满足采气管线起点压力的要求。以满足采气管线起点压力的要求。 104/24/202211抑制剂注入器；抑制剂注入器； 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文114/24/2022 图图3232 所示，流程图中的抑制剂注入器所示，流程图中的抑制剂注入器1 1替换了替换了 图图31 31 中的加热炉中的加热炉 3 3 和和 5 5 ，流经注入器的天然气与抑制剂相混合，流经注入器的天然气与抑制剂相混合，一部分饱和水汽被吸收下来，天

11、然气的水露点随之降低。经过一部分饱和水汽被吸收下来，天然气的水露点随之降低。经过第一级节流阀第一级节流阀( (气井产量调控阀气井产量调控阀) )进行气量控制和降压。再经第进行气量控制和降压。再经第二级节流阀二级节流阀( (气体输压调控阀气体输压调控阀) )进行降压以满足采气管线起点压进行降压以满足采气管线起点压力的要求。力的要求。 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文124/24/2022四、气田集输站场工艺流程四、气田集输站场工艺流程 气田集输站场工艺流程是表达各种站场的工艺方法和工艺过程。所气田集输站场工艺流程是表达各种站场的工艺方法和工艺过程。所表达的内容包括物料平衡量、设备种类和生产能力

12、、操作参数，以及表达的内容包括物料平衡量、设备种类和生产能力、操作参数，以及控制操作条件的方法和仪表设备等。控制操作条件的方法和仪表设备等。1 1、 常温分离集气站常温分离集气站 常温分离集气站的功能是收集气井的天然气；对收集的天然气在常温分离集气站的功能是收集气井的天然气；对收集的天然气在站内进行气液分离处理；对处理后的天然气进行压力控制，使之满足站内进行气液分离处理；对处理后的天然气进行压力控制，使之满足集气管线输压要求；计量。集气管线输压要求；计量。 我国目前常用的常温分离集气站流程有以下几种：我国目前常用的常温分离集气站流程有以下几种：(1)(1)常温分离单井集气站流程常温分离单井集气

13、站流程 134/24/202211从井场装置来的采气管线；从井场装置来的采气管线；22天然气进站截断阀；天然气进站截断阀；33天然气加热炉；天然气加热炉；44分离器压力调控节流阀分离器压力调控节流阀; 5; 5气、油、水三相分离器；气、油、水三相分离器；66天然气孔板计量装置；天然气孔板计量装置； 77天然气出站截断阀天然气出站截断阀;8;8集气管线；集气管线；99液烃液烃( (或水或水) )液位控制自动放液阀；液位控制自动放液阀；1010液烃液烃( (或水或水) )的流量计的流量计; ;1111液烃液烃( (或水或水) )出站截断阀；出站截断阀； 1212放液烃管线；放液烃管线；1313水液

14、位控制自动放液阀；水液位控制自动放液阀； 1414水流量计；水流量计；1515水出站截断阀；水出站截断阀； 1616放水管线。放水管线。 144/24/202211从井场装置来的采气管线；从井场装置来的采气管线； 22天然气进站截断阀；天然气进站截断阀；33天然气加热炉；天然气加热炉； 44分离器压力调控节流阀分离器压力调控节流阀; ;55气、油、水三相分离器；气、油、水三相分离器； 66天然气孔板计量装置；天然气孔板计量装置；77天然气出站截断阀天然气出站截断阀; 8; 8集气管线；集气管线；99液烃或水的液位控制自动排放阀；液烃或水的液位控制自动排放阀；1010液烃或水的流量计；液烃或水的

15、流量计；1111液烃或水出站截断阀；液烃或水出站截断阀； 1212放液烃或放水管线。放液烃或放水管线。 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文154/24/2022 常温分离单井集气站分离出来的液烃或水，根据量的多少常温分离单井集气站分离出来的液烃或水，根据量的多少，采用车运或管输方式，送至液烃加工厂或气田水处理厂进行，采用车运或管输方式，送至液烃加工厂或气田水处理厂进行统一处理。统一处理。 常温分离单井集气站通常是设置在气井井场。两种流程不常温分离单井集气站通常是设置在气井井场。两种流程不同之处在于分离设备的选型不同，前者为三相分离器，后者为同之处在于分离设备的选型不同，前者为三相分离器，后者为

16、气液分离器，因此其使用条件各不相同。前者适用于天然气中气液分离器，因此其使用条件各不相同。前者适用于天然气中液烃和水含量均较高的气井，后者适用于天然气中只含水或液液烃和水含量均较高的气井，后者适用于天然气中只含水或液烃较多和微量水的气井。烃较多和微量水的气井。 (2)(2)常温分离多井集气站流程常温分离多井集气站流程 164/24/2022174/24/2022储运工程系储运工程系 曹学文曹学文184/24/2022 常温分离多井集气站一般有两种类型，如常温分离多井集气站一般有两种类型，如图图35和图和图36所所示。两种流程的不同点在于前者的分离设备是三相分离器，后者示。两种流程的不同点在于前

17、者的分离设备是三相分离器，后者的分离设备是气液分离器。两者的适用条件不同。前者适用于天的分离设备是气液分离器。两者的适用条件不同。前者适用于天然气中油和水的含量均较高的气田，后者适用于天然气中只有较然气中油和水的含量均较高的气田，后者适用于天然气中只有较多的水或较多的液烃的气田。多的水或较多的液烃的气田。 图图35和图和图36所示仅为所示仅为两口气井的常温分离多井集气站两口气井的常温分离多井集气站。多井集气站的井数取决于气田井网布置的密度，一般采气管线的多井集气站的井数取决于气田井网布置的密度，一般采气管线的长度不超过长度不超过5km，井数不受限制。以集气站为中心，井数不受限制。以集气站为中心

18、，5km为半径的为半径的面积内，所有气井的天然气处理均可集于集气站内。面积内，所有气井的天然气处理均可集于集气站内。 图图 35 中管线和设备与图中管线和设备与图 33 相同，相同，图图 36 中管线和设备中管线和设备与图与图 34 相同。相同。储运工程系储运工程系 曹学文曹学文194/24/20222 2、低温分离集气站流程、低温分离集气站流程低温分离集气站的低温分离集气站的功能功能有四个：有四个：(1)(1)收集气井的天然气；收集气井的天然气；(2)(2)对收集的天然气在站内进行低温分离以回收液烃；对收集的天然气在站内进行低温分离以回收液烃；(3)(3)对处理后的天然气进行压力调控以满足集

19、气管线输压要求；对处理后的天然气进行压力调控以满足集气管线输压要求；(4)(4)计量。计量。 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文204/24/2022 所谓所谓低温分离低温分离，即分离器的操作温度在，即分离器的操作温度在00以下，通常以下，通常为为-4-4-20-20。天然气通过低温分离可回收更多的液烃。天然气通过低温分离可回收更多的液烃。 为了要取得分离器的低温操作条件，同时又要防止在为了要取得分离器的低温操作条件，同时又要防止在大差压节流降压过程中天然气生成水合物，因此不能采用大差压节流降压过程中天然气生成水合物，因此不能采用加热防冻法，而必须采用加热防冻法，而必须采用注抑制剂防冻注抑制剂

20、防冻法以防止生成水合法以防止生成水合物。物。 天然气在进入抑制剂注入器之前，先使其通过一个脱天然气在进入抑制剂注入器之前，先使其通过一个脱液分离器液分离器( (因在高压条件下操作，又称高压分离器因在高压条件下操作，又称高压分离器) )，使存，使存在于天然气中的游离水先行分离出去。在于天然气中的游离水先行分离出去。 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文214/24/2022 为了使分离器的操作温度达到更低的程度，故使天然气在为了使分离器的操作温度达到更低的程度，故使天然气在大差压节流降压前进行大差压节流降压前进行预冷预冷，预冷的方法是将低温分离器顶部，预冷的方法是将低温分离器顶部出来的低温天然气通

21、过换热器，与分离器的进料天然气换热，出来的低温天然气通过换热器，与分离器的进料天然气换热，使进料天然气的温度先行下降。使进料天然气的温度先行下降。 因闪蒸分离器顶部出来的气体中，带有一部分较重烃类，因闪蒸分离器顶部出来的气体中，带有一部分较重烃类，故使之随低温进料天然气进入低温分离器，使这一部分重烃能故使之随低温进料天然气进入低温分离器，使这一部分重烃能得到回收。得到回收。 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文224/24/2022 比较典型的两种低温分离集气站流程分别如图比较典型的两种低温分离集气站流程分别如图 37 37 和图和图3838 所示。所示。图图3737流程图的特点：流程图的特点：

22、是是低温分离器底部出来的低温分离器底部出来的液烃和抑制剂液烃和抑制剂富液混合物富液混合物在站内在站内未进行未进行分离分离。图图3838流程图的特点：流程图的特点：是低温分离器底部出来的是低温分离器底部出来的混合液混合液在站内在站内进行进行分离。分离。 前者前者是是以混合液直接送到液烃稳定装置去处理以混合液直接送到液烃稳定装置去处理， 后者后者是是将液烃和抑制剂富液分别送到液烃稳定装置和富液将液烃和抑制剂富液分别送到液烃稳定装置和富液再生装置去处理再生装置去处理。 234/24/202211采气管线采气管线 22进站截断阀进站截断阀 33节流阀节流阀 44高压分离器高压分离器55孔板计量装置孔板

23、计量装置 66装置截断阀装置截断阀 77抑制剂注入器抑制剂注入器 88气一气换热气一气换热器器99低温分离器低温分离器 1010孔板计量装置孔板计量装置 1111液位调节阀液位调节阀1212装置截断阀装置截断阀 1313闪蒸分离器闪蒸分离器 1414压力调节阀压力调节阀1515液位控制阀液位控制阀 1616液位控制阀液位控制阀 1717流量计流量计储运工程系储运工程系 曹学文曹学文244/24/2022 图图3737流程图所示：流程图所示：井场装置通过采气管线井场装置通过采气管线1 1输来气体经过输来气体经过进站截断阀进站截断阀2 2进入低温站。天然气经过节流阀进入低温站。天然气经过节流阀3

24、3进行压力调节以进行压力调节以符合高压分离器符合高压分离器4 4的操作压力要求。脱除液体的天然气经过孔板的操作压力要求。脱除液体的天然气经过孔板计量装置计量装置5 5进行计量后，再通过装置截断阀进行计量后，再通过装置截断阀6 6进入汇气管。各气进入汇气管。各气井的天然气汇集后进人抑制剂注入器井的天然气汇集后进人抑制剂注入器7 7，与注入的雾状抑制剂相，与注入的雾状抑制剂相混合，部分水汽被吸收，使天然气水露点降低，然后进入气一混合，部分水汽被吸收，使天然气水露点降低，然后进入气一气换热器气换热器8 8使天然气预冷。降温后的天然气通过节流阀进行大差使天然气预冷。降温后的天然气通过节流阀进行大差压节

25、流降压，使其温度降到低温分离器所要求的温度。从分离压节流降压，使其温度降到低温分离器所要求的温度。从分离器顶部出来的冷天然气通过换热器器顶部出来的冷天然气通过换热器8 8后温度上升至后温度上升至00以上，经以上，经过孔板计量装置过孔板计量装置1010计量后进入集气管线。计量后进入集气管线。 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文254/24/2022 从高压分离器从高压分离器4 4的底部出来的游离水和少量液烃通的底部出来的游离水和少量液烃通过液位调节阀过液位调节阀1111进行液位控制，流出的液体混合物计进行液位控制，流出的液体混合物计量后经装置截断阀量后经装置截断阀1212进入汇液管。汇集的液体进

26、入闪进入汇液管。汇集的液体进入闪蒸分离器蒸分离器1313，闪蒸出来的气体经过压力调节阀，闪蒸出来的气体经过压力调节阀1414后进后进入低温分离器入低温分离器9 9的气相段。闪蒸分离器底部出来的液体的气相段。闪蒸分离器底部出来的液体再经液位控制阀再经液位控制阀1515，然后进入低温分离器底部液相段，然后进入低温分离器底部液相段。从低温分离器底部出来的液烃和抑制剂富液混合液。从低温分离器底部出来的液烃和抑制剂富液混合液经液位控制阀经液位控制阀1616再经流量计再经流量计1717，然后通过出站截断阀，然后通过出站截断阀进入混合液输送管线送至液烃稳定装置。进入混合液输送管线送至液烃稳定装置。264/2

27、4/202211加热器加热器 22三相分离器三相分离器 33液位控制阀液位控制阀 44流量流量计计55气气液换热器液换热器 66液位控制阀液位控制阀 77流量计流量计 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文274/24/2022 图图3838流程图与图流程图与图3737流程图所不同之处是流程图所不同之处是：从低温分离：从低温分离器底部出来的混合液，不直接送到液烃稳定装置去，而是经过器底部出来的混合液，不直接送到液烃稳定装置去，而是经过加热器加热器1 1加热升温后进入三相分离器加热升温后进入三相分离器2 2进行液烃和抑制剂分离。进行液烃和抑制剂分离。液烃从三相分离器左端底部出来，经过液位控制阀液烃从

28、三相分离器左端底部出来，经过液位控制阀3 3再经流量计再经流量计4 4然后通过气然后通过气液换热器液换热器5 5与低温分离器顶部引来的冷天然气换与低温分离器顶部引来的冷天然气换热被冷却，降温到热被冷却，降温到OO左右。最后，液烃通过出站截断阀，由管左右。最后，液烃通过出站截断阀，由管线送至稳定装置。从三相分离器右端底部出来的抑制剂富液经线送至稳定装置。从三相分离器右端底部出来的抑制剂富液经液位控制阀液位控制阀6 6再经流量计再经流量计7 7后，通过出站截断阀送至抑制剂再生后，通过出站截断阀送至抑制剂再生装置。装置。 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文284/24/2022 因为低温分离器的低温

29、是由天然气大差压节流降压所产生因为低温分离器的低温是由天然气大差压节流降压所产生的节流效应所获得。故高压分离器的操作压力是根据低温分离的节流效应所获得。故高压分离器的操作压力是根据低温分离器的操作温度来确定的。操作温度随气井温度和采气管线的输器的操作温度来确定的。操作温度随气井温度和采气管线的输送温度来决定，通常按常温考虑。送温度来决定，通常按常温考虑。 闪蒸分离器的操作压力随低温分离器的操作压力而定；操作闪蒸分离器的操作压力随低温分离器的操作压力而定；操作温度则随高压分离器的操作温度而定。温度则随高压分离器的操作温度而定。 三相分离器的操作压力根据稳定塔的操作压力来确定；操三相分离器的操作压

30、力根据稳定塔的操作压力来确定；操作温度则根据稳定塔的液相沸点和最高进料温度来确定。作温度则根据稳定塔的液相沸点和最高进料温度来确定。 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文294/24/2022 图图 37 37 和图和图 38 38 两种两种低温分离流程低温分离流程的选取，取决于的选取，取决于天天然气的组成、低温分离器的操作温度、稳定装置和提浓再生装然气的组成、低温分离器的操作温度、稳定装置和提浓再生装置的流程设计要求置的流程设计要求。低温低温分离器操作温度越低，轻组分溶入液分离器操作温度越低，轻组分溶入液烃的量越多。此种情况以烃的量越多。此种情况以采用采用 图图37 37 低温分离流程为宜低温分离流程为宜。 储运工程系储运工程系 曹学文曹学文304/24/2022五、气田集输流程的制定五、气田集输流程的制定1 1制定集输流程的技术依据制定集输流程的技术依据技术依据主要来源于技术依据主要来源于两方面两方面的资料数据：的资料数