油气集输介绍课件

1、油气集输中国石油大学储建学院储运工程系油气集输课程组7/24/20221 教学内容绪论及油气集输流程油气性质和基础理论上机：相平衡计算 矿场集输管路实验：混输管路的流型和压降 气液分离原油处理原油稳定油田开发和开采 7/24/20222油气性质和基础理论一、油气性质二、气液相平衡7/24/20223油气性质和基础理论标准状态 国内外计量气体体积采用的状态标准常不相同，常见的有三种:压力101.325kPa、温度20，是我国天然气计量的法定状态；英美法等西方国家，以1atm、60（15）为标准状态；书刊中也常用101.325kPa、温度0为标准状态。 三种状态之间的转换关系： 1m3(20)=0

2、.985m3(15)=0.932m3(0)7/24/20224油气性质和基础理论原油 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（CnH2n+2）；环烷烃（CnH2n）；芳香烃（CnHn）。 原油内C16以上的正构烷烃称为石蜡。 原油是一种胶体溶液，常含有胶质、沥青质，还有砂、各种盐类及金属腐蚀产物等。7/24/20225油气性质和基础理论原油分类常用的原油分类方法：按组成分类按气油比分类按收缩性分类按相对密度和粘度分类按硫含量分类7/24/20226油气性质和基础理论按组成分类

3、 根据几种烃类在原油中的比例划分原油种类，Sachanen分类法:石蜡基原油 烷烃大于75%环烷基原油 环烷烃大于75%芳香基原油 芳香烃大于50%沥青基原油 沥青质大于50%7/24/20227油气性质和基础理论按气油比分类 按气油比将油气井井流产物分成:死油 deal oil 气油比为零黑油 black oil 气油比小于356m3/m3挥发性原油 volatile oil 气油比356588m3/m3凝析气 condensate gas 气油比5888905m3/m3湿气 wet gas 气油比大于8905m3/m3干气 dry gas 不含液体的天然气7/24/20228油气性质和基础

4、理论按收缩性分类 “收缩”指油藏原油在地面脱气后体积的缩小。用收缩系数来描述原油收缩性的大小。 收缩系数是指单位体积油藏原油在地面脱气后的体积数。根据收缩系数的大小划分原油种类:低收缩原油 low-shrinkage crude oil 收缩系数大于0.5高收缩原油 high-shrinkage crude oil收缩系数小于0.57/24/20229油气性质和基础理论按相对密度和粘度分类 Dowd等人根据原油相对密度和粘度划分原油种类:普通原油 相对密度小于0.934 粘度小于10Pas重质原油 相对密度0.9341.000 粘度小于10Pas特重原油 相对密度大于1.000天然沥青 粘度大

5、于10Pas7/24/202210油气性质和基础理论按硫含量分类 把硫含量高的原油称为酸性原油 sour crude，但没有统一标准。一种说法，H2S体积浓度超过3700mg/L西方管道界，硫含量超过0.5%（质量）7/24/202211油气性质和基础理论 我国原油分类 我国原油的分类是以常压沸点250275和395425两个关键馏分油的密度划分原油类别。首先对关键组分分为三类，见表：7/24/202212油气性质和基础理论根据关键组分的类别把原油分为七类：7/24/202213油气性质和基础理论 溶气原油物性 原油和天然气是两种互溶的流体，在一定的压力和温度条件下，天然气会全部和部分溶解在原

6、油中。 溶气原油的溶气量、密度、粘度等物性随压力、温度条件而改变。 这里主要介绍适用于压力、温度较高的油藏及油气两相流动条件下的溶气原油物性的经验计算方法，称为黑油模型。7/24/202214油气性质和基础理论 美国石油协会相对密度 在描述石油及石油产品时，西方国家常用API相对密度，数值在0100，与我国惯用的相对密度的关系： o 15下原油对同温度水的相对密度 水的API为10；油品愈轻， API愈大。7/24/202215油气性质和基础理论 溶解度 常压（工程标准状态）储罐中的原油称为脱气原油 stock-tank oil；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

7、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，或称溶解气油比Rs，m3/m3。 天然气溶解度可以通过查溶解度诺谟图和利用Laster相关式或Standing相关式计算获得。7/24/202216油气性质和基础理论溶解度诺谟图原油泡点压力气体相对密度温度关联曲线脱气原油相对密度溶解度7/24/202217油气性质和基础理论 诺谟图是Laster在实验数据的基础上给出来的。可见，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。7/24/202218油气性质和基础理论Las

8、ter相关式o 脱气原油相对密度Mo 脱气原油相对分子质量，由图可查yg 天然气摩尔分数，由公式计算或图查7/24/202219油气性质和基础理论0APIMO关系图 可见， 0API愈大，脱气原油相对分子质量MO愈小。7/24/202220油气性质和基础理论气体摩尔分数计算式P 绝对压力，MPaT 温度，Kg天然气相对密度7/24/202221油气性质和基础理论泡点压力系数与气体摩尔分数的关系图 可见，泡点压力系数愈大，气体摩尔分数愈大。7/24/202222油气性质和基础理论Standing相关式t 温度，Chierici等人建议：原油相对密度大于0.966时用Laster相关式原油相对密度

9、小于0.966时用Standing相关式7/24/202223油气性质和基础理论 原油体积系数 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。 天然气溶入原油使得原油的体积增大，所以溶气原油体积系数总是大于1。 原油体积系数可以通过查图或利用相关式计算获得。7/24/202224油气性质和基础理论原油体积系数诺谟图溶解度天然气相对密度脱气原油相对密度温度体积系数7/24/202225油气性质和基础理论原油体积系数诺谟图相关式 可见，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

10、系数愈大。7/24/202226油气性质和基础理论 溶气原油密度 溶气原油的密度称为视密度，或表观密度。脱气原油中溶入天然气后，其密度和相对密度都下降。 溶解天然气相对密度（工标）可以通过查图或利用相关式计算获得。7/24/202227油气性质和基础理论溶解天然气相对密度诺谟图7/24/202228油气性质和基础理论溶解天然气相对密度诺谟图相关式 可见，溶解天然气的相对密度与溶解度和脱气原油的相对密度有关：溶解度愈小，溶解天然气的相对密度愈大，说明天然气中的重组分更易溶入原油；脱气原油的相对密度愈大，溶解天然气的相对密度愈小，这是因为伴随重质原油开采出的天然气较轻（C1+C2），而伴随轻质原油

11、开采出的天然气较重（C5+）。7/24/202229油气性质和基础理论 如果已知溶气原油的组成，可近似按理想溶液计算溶气原油的视密度： 如果含有C1、C2、H2S等在常态下不能液化的化合物，则不能直接用这个公式计算，因为无法测定其液体密度，可利用溶气原油视密度图来查得。7/24/202230油气性质和基础理论溶气原油视密度图用公式计算C3+的密度；计算C2及常态下不能液化的非烃类在C2+中的质量百分数；计算C1在液相中的质量百分数；查图确定溶气原油的视密度。 7/24/202231油气性质和基础理论 溶气原油粘度 原油溶入天然气后粘度减小。可以通过查图和利用公式计算获得：7/24/202232

12、油气性质和基础理论溶气原油粘度 可见，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。7/24/202233油气性质和基础理论 未溶解天然气密度 天然气中溶于原油的都是较重组分，因此未溶解天然气密度减小。7/24/202234油气性质和基础理论 溶气原油表面张力和界面张力 表面张力和界面张力可以用仪器测定，也有很多经验相关式可以用来估算，常用的是修正系数法。 上式是脱气原油表面张力与原油相对密度关系曲线的表达式。7/24/202235油气性质和基础理论脱气原油表面张力与原油相对密度的关系曲线 可见，脱气原油表面张力与脱气原油相对密度和温

13、度的关系曲线。脱气原油相对密度愈大，脱气原油表面张力愈大；温度愈高，脱气原油表面张力愈小。7/24/202236油气性质和基础理论修正系数 修正系数可以通过查图得到，也可以用曲线回归的关系式计算。可见，修正系数是压力的单值函数，而且压力愈高，修正系数愈小。7/24/202237油气性质和基础理论 脱气原油物性 在工艺计算中常常需要确定脱气原油的物性，最可靠的方法是实验测定，在缺少实验条件的情况下可以利用一些关系式计算。7/24/202238油气性质和基础理论 脱气原油的倾点和凝点 倾点和凝点是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

14、。 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。 同一原油的倾点比凝固点约高2.53。西方国家广泛使用倾点，中、俄等国常使用凝点。7/24/202239油气性质和基础理论脱气原油的密度在050范围内 kg/m3 kg/(m3)在20120范围内7/24/202240油气性质和基础理论 脱气原油的粘度 在缺少实验数据条件下，可根据原油相对密度和温度估算原油的动力粘度： mPas o15原油的相对密度 注：温度的单位为7/24/202241油气性质和基础理论脱气原油的比热容在原油析蜡温度以上时在原油析蜡温度以下时 不同原油可根据比热容与温度的实测关系曲线回归得到A、B、m和n，以及确定

15、t1和t2。7/24/202242油气性质和基础理论 四种原油的c一t曲线 四种原油的c一t曲线极其相似。温度高于析蜡温度t1时，石蜡全部溶于原油内，比热容随温度的升高而缓慢上升；最大比热容对应的温度为t2，在t1t2范围内随油温下降比热容急剧上升。在t20范围内，比热容随原油温度下降而减小。7/24/202243油气性质和基础理论原油蒸气压 目前，还没有用于测定原油蒸气压的专用测定器，原油蒸气压的获得仍要利用雷特蒸气压。 雷特蒸气压测定器原来是为测定汽油的蒸气压而设计的。它有两个上下连通的室：燃料室（容积为125亳升）和空气室（容积为500毫升），容积比为1:4。 将油品装入燃料室，剧烈摇动

16、后在38恒温水浴中所测得的油品蒸气的最大压力，即为雷特蒸气压。 7/24/202244油气性质和基础理论油品蒸气压7/24/202245油气性质和基础理论雷特蒸气压与真实蒸气压的换算 可见，已知雷特蒸气压就可以查得某一温度下原油的真实蒸气压。7/24/202246油气性质和基础理论气液相平衡 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。 油气分离即为相平衡分离，油气混合物进入分离器内并停留一段时间，使挥发性强的轻组分与挥发性弱的重组分分别呈气态和液态流出分离器，实施轻、重烃类组分的分离。

17、油气田井流是一种由成百上千种纯化合物组成的极其复杂的烃类和非烃类的混合物。因此，要了解油气混合物体系的相平衡，必须了解烃系的相特性。7/24/202247油气性质和基础理论一元体系的相特性 只有一种纯化合物的物系称一元体系。一元体系的相特性可用p-t、p-v图表示，如图所示。 1-2一升华曲线；2-c一蒸气压曲线；2-3一熔解曲线。 分成5个区域，即：固相区、液相区、蒸气区、气相区和密相流体区。我们涉及的物态范围主要为液相区和蒸气区。三相点2至临界点C之间为纯烃的蒸气压曲线，在曲线左上方的p、t条件下物系内为液相，右下方为蒸气相，只有压力和温度条件处于蒸气压曲线上的任一点时，物系内才存在气液两

18、相。 7/24/202248 若物系内的纯烃开始处于蒸气态，在恒温t1下压缩，随压力上升，气体比体积逐渐减小；当到达A点时，物系内开始有液体凝析出来；继续压缩，饱和气体中不断有液体析出，物系压力不变，比体积减小，出现一个恒压水平线段，直至到达B点，全部变为液体；进一步压缩，由于液体的压缩性很小，压力急剧增加。 若在较高温度下重复上述压缩过程，水平线变短。温度提高至临界温度tc作上述压缩过程，水平线段消失成为一点。 油气性质和基础理论7/24/202249 可见，一元体系的相特性主要有以下特点：纯烃的饱和蒸气压仅仅是温度的单值函数，压力愈高，其饱和蒸气压愈大。纯烃气体温度愈高，愈不容易液化。临界

19、压力和临界温度是气液两相共存的最高压力和最高温度。油气性质和基础理论7/24/202250油气性质和基础理论纯烃饱和蒸气压的求法查图法计算法7/24/202251二元体系的相特性C2、C7混合物的相特性 B一泡点线；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 由两种纯化合物构成的物系称为二元体系。如图为不同质量浓度的C2和C7构成的二元物系的P-t相特性图。最左边和最右边的曲线为纯C2和纯C7的蒸气压曲线。 不同组成的体系临界点的连线称为临界曲线。 油气性质和基础理论7/24/202252可见，二元体系的相特性主要有以下特点：由PT

20、 图可以看出，相特性与二元体系的组成有关，重组分越多，特性曲线向右偏移。饱和蒸气压不再是温度的单值函数，在某一温度下，气液处于平衡状态时的压力有一个范围，其大小和汽化率有关，汽化率愈小，饱和蒸气压愈大。二元体系的临界温度在构成二元体系的组分临界温度之间，临界压力多数情况下高于纯组分的临界压力。临界冷凝温度、临界冷凝压力是气液两相能平衡共存的最高温度和最高压力，在二元体系中临界温度和临界压力不再是气液能平衡共存的最高温度和最高压力。二元体系内，温度高于轻组分临界温度时，仍能使轻组分部分或全部液化。临界点附近存在反常区，有反常冷凝和反常汽化现象。油气性质和基础理论7/24/202253反常区 反常

21、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）。 油气性质和基础理论7/24/202254多元体系的相特性 两种以上纯化合物构成的体系称为多元体系，它具备二元体系相特性的全部特征，但多组分混合物的临界压力更高、包络线所围面积更大 。油气性质和基础理论7/24/202255相平衡计算 集输系统的压力、温度条件总是在石油的Pt相态图的包线范围内，因此，在集输系统的压力、温度条件下，石油总是分成气、液两相。 相平衡计算往往是已知石油的组分和流量，以及分离的压力、温度条件，求原油和天然气的组成和流量。 油气性质和基础理论7/24/2022

22、56相平衡计算的假设 石油中的非烷烃类，看作是相应的烷烃； 挥发性强、易于进入气相的碳原子数少于67的烃作为独立组分，重于C6或C7的烃的总和作为一独立假组分，以C6或C7表示 ； 石油中的非烃类杂质气体N2、CO2、H2S等看作是独立组分。 油气性质和基础理论7/24/202257理想溶液和理想气体 理想溶液服从拉乌尔定律：在溶液的蒸气中，任意组分的分压Pi与该组分在溶液中的分子分数xi成正比，其比例系数就是该组分在体系温度下纯态时的饱和蒸气压，即： 理想气体服从道尔顿定律：若干种理想气体组成的混合气体中，某种气体i的分压Pi为该气体在混合气体中的分子分数yi与混合气体总压力P的乘积，即：

23、油气性质和基础理论7/24/202258相平衡常数平衡常数是体系压力和温度的函数；对原油和天然气这样的非理想体系，平衡常数是压力、温度和组成的函数，特别是高压下，组成对平衡常数的影响更为显著。 理想溶液和理想气体构成的体系称为理想体系。同时遵循拉乌尔定律和道尔顿定律，则：定义平衡常数：油气性质和基础理论7/24/202259组成对平衡常数的影响 溶液组成对C4平衡常数的影 l一C4一C2；2一C4一C1 ；3一C4一天然气吸收油油气性质和基础理论7/24/202260相平衡常数的求法理论方法解析法（根据实际气体状态方程编程）经验方法 会聚压法 查图法（工程上常用的方法）油气性质和基础理论7/24/202261相平衡计算 在进行油气平衡分离计算