油田分离物料的特性与常用方法

油田分离物料的特性与常用方法班级:姓名:学号:目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一原油特性 3\o"CurrentDocument"（一）国内主要原油的性质特点 3\o"CurrentDocument"（二）油气水分离定义 3\o"CurrentDocument"（三）烃系的相特性 3\o"CurrentDocument"二分离方法 7（一） 脱气 7\o"CurrentDocument"（二） 脱水 10\o"CurrentDocument"（三） 原油脱水工艺流程 12\o"CurrentDocument"参考文献 14油田分离物料的特性与常用方法一原油特性（一）国内主要原油的性质特点我国产量较大的原油可分为三种类型：石蜡基原油、中间基与石蜡一中间基原油和环烷和环烷一中间基原油。具体情况见表1。原油类型代表油田典型特点石蜡基原油大庆、吉林、中原、青海等含硫低，镍和钒含量不高，残炭低，沥青质低，含蜡高，凝固点高中间基与石蜡一中间基原油胜利、辽河、大港等特点：蜡含量低，镍含量高环烷和环烷一中间基原油孤岛、单家寺、羊三木、高升等密度大，含蜡低，凝点低，胶质、残炭、酸值、镍含量高（二） 油气水分离定义油气分离地层中的石油到达井口，沿出油管、集油管流动时，根据其组成、压力和温度条件，形成了油气共存的混合物。但油气共存对油井产品计量、矿场加工、储存以及长距离输送等方面都产生了很大的影响，为满足这些环节的需要，就需将油气混合物按液体和气体分开，成为通常所说的原油和天然气，也就是油气分离。原油脱水注水驱动方式开采的油藏占有极大的比例，因而从油井产出的油气混合物内经常含有大量的采出水和泥砂等机械杂质。特别在油田后期生产中，油井产物内的水油比常超过10，泥砂等机械杂质亦可高达1%-5%（质）。据统计，世界上所产原油的90%以上需进行脱水。原油中的水不仅增加了能耗和投资的费用，而且酸性气体如CO2和H2S等易在水中溶解，形成酸性水溶液，从而对设备、管线、泵体等产生腐蚀。对原油进行脱水、脱盐、脱除泥砂等机械杂质，使之成为合格商品原油的工艺过程称原油处理。国内常称为原油脱水。（三） 烃系的相特性在一定温度、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（如温度、压力和气、液组成等）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。油气分离为相平衡的典型实例。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、重炷类组分的分离。纯化合物（一元体系）的相特性纯化合物的饱和蒸气压是温度的单值函数，随温度的升降而增减（见图1）。纯炷温度愈高，

分子的平均动能愈大，液相中就有更多的高动能分子克服分子间的引力，逸出液面进入气相。在曲线左上方的条件下（如图中L点），体系内为单一的液相；在曲线右下方的条件下（如图中J点），体系内为单一的气相；曲线上的任一点（如图中K），体系内存在气液两相。气液两相共存并达到平衡状态时，宏观上两相之间没有物质的传递，体系内液相的挥发量与蒸气的凝结量相同，蒸气压力不再变化。这时的气体称为饱和蒸气，液体称为饱和液体，相应压力称为饱和蒸气压，因此饱和蒸气压即表示液体的挥发能力，又表示蒸气的凝结能力。p（绝）/PaL/L/J蒸汽压曲线t/°C图1纯烃的蒸气压曲线图2为一元体系的P-v相图，若体系内的纯烃一开始处于气态，在一定的温度匕下压缩其体积，则压力上升，气体比容逐渐减少，到达A点时，体系内有液体凝析出来，继续压缩到：8点已经全部凝结为液体，继续压缩压力急剧增加，这是由于液体的压缩性造成的。在较高温度t2下重复上述过程，由于温度增高，纯烃的饱和蒸气压增大，使饱和蒸气的比容减小，而饱和液体则由于温度升高，分子热运动加剧，分子间距增大，体积膨胀，而使其比容略有增大。这样饱和蒸气和饱和液体的比容随着温度升高而相互接近，当温度到t时c缩为一点，在这一点饱和蒸气和饱和液体的比容相等。温度高于^时，气体不能被液化，所以tc被称为临界温度，C点称为临界点，与该点对应的压力和比容称为临界压力和临界比容。临界温度是气液能平衡共存的最高温度，超过临界温度，不管施加多大压力均不能使之液化。临界压力是气液平衡共存的最高压力。那么临界点是怎么确定的呢？根据实验研究，在临界点气液两相的强度性质（与物质的量无关的性质，p、T、H等）相同，在临界点附近，物质的光学性质发生明显变化，光束通过物质时有散射现象，物质显乳白色，并能观察到物质发出的荧光等，工业上据此确定纯烃的临界点。

p（绝）/Pap（绝）/PaP2P1二元体系的相特性由两种纯化合物(或称组分)构成的体系称为二元体系。(1)两个概念：露点在一定温度下，升高压力，使气体达到饱和状态并开始有液体析出，此时，体系内除极微量的平衡液体外，全都是饱和蒸气，该点称为露点，相应的温度和压力称为露点温度和露点压力。泡点在露点压力的基础上，继续压缩体积，达到某一压力时，气体恰好全部变为饱和液体，即体系中除极微量的平衡气泡外，全都是饱和液体，该点称为泡点，相应的温度和压力称为泡点温度和泡点压力。改变温度重复上述过程，得到一系列的泡点和露点，连接各泡点得泡点线B，同样得露点线D，它们和临界点C一起构成包线BCD，包线内为气液两相能平衡共存的温度和压力范围。在该范围内，体系的温度和压力条件愈接近泡点线，体系内的饱和液体量愈多；相反，体系状态愈接近露点线，饱和气体量愈多。

-50 0 50 100 150 200 250 300 350-50 0 50 100 150 200 250 300 350- 温度，。C图3乙烷一正庚烷体系的相特性B——泡点线；C——临界点；D——露点线下标：2乙烷；7 正庚烷；a乙烷90.22%；b——乙烷50.22%；c——乙烷9.78%987654耽，力压对绝图3中乙烷质量浓度为90.22%的乙烷一正庚烷体系的P-T曲线，可以说明二元体系的相特性。在40C,压力小于0.5MPa时体系只有气相，在此温度下，压缩体积，当压力达到0.5MPa时，达到露点温度，开始有液体析出，继续升高压力，液相不断增加，当压力达到5.2MPa时，达到泡点，此时气体恰好变为饱和液体，进一步升高压力，体系内的液体成为过冷液体。(2)二元体系的相特性的特点：由图中可以看出，相特性与二元体系的组成有关，重组分越多，特性向右偏移。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，其大小和气化率有关。气化率f,液体量I,蒸气压I;气化率I,蒸气压f;习惯上把该温度下的泡点压力称为二元混合物在该温度下的真实蒸气压。在二元体系中不存在临界温度和临界压力是气液能平衡共存的最高温度和最高压力的结论：P>Pc或t>tc,只要在包线范围内，体系内仍可出现气液平衡共存状态。二元体系内，温度高于轻组分临界温度时，能使轻组分部分或全部液化。解释了甲烷（tc=-82.5°C）在地层中能液化的道理。临界曲线：不同组成的二元体系的临界点轨迹称为临界曲线，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。通常用一种挥发度和二元混合物相当的纯烃的临界点来表示二元混合物的临界点，称为假临界点，求法如下：P=£zP T=£zT 式ic Ici c Ici 7式中：％为体系中i组分的分子分数。假临界参数与真临界参数之间有一定的区别。两相区包线的最高温度和最高压力分别称为临界冷凝温度和临界冷凝压力。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。存在反常区等温降压反常冷凝和等温升压反常气化。在临界点附近，由于压力降低，体系内部分混合物液化并在某一点液量达到最大，在这以后随着压力的降低，已液化的混合物又发生汽化，直至露点为止。在等温条件下，由于压力降低反常的发生液化的现象称为等温反常冷凝。反过程可以解释等温升压反常汽化。同样的过程还有等压反常冷凝和等压反常汽化现象。这种反常现象只是在临界点的右侧或上方才能发生。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，只是组分更多，临界压力更高一些。二分离方法（一）脱气原油中常含有溶解气，随着压力降低，溶于原油中的气体膨胀并析出。油气分离包括平衡分离和机械分离。组成一定的油气混合物在集输系统的某一压力和温度下，只要油气充分接触，即接触时间很长，总会达到平衡状态，平衡时就会形成气液比例一定，气液组成一定的液相和气相，这就是平衡分离。需要指出的是平衡分离是一自动过程。把平衡分离所得的原油和天然气分开，并用不同的管线分别输送，这就是机械分离，机械分离常在油气分离器中进行。石油是一种及其复杂的烃类和非烃类的混合物。不同油田的石油在组成上有很大差异;同一油田，不同油层和油藏所产石油的组成也有差别；即使同一油井，在不同的开采阶段，组成也有所变化。但在一段不太长的时期内，同一口油井产物的组成可以看作是基本不变的。油气分离方式油气分离方式有三种：一次分离、连续分离（微分分离）和多级分离。所谓一次分离是指油气混合物的气液两相一直保持接触的条件下逐渐降低压力，最后流入常压储罐，在罐中一下子把气液分开。由于这种分离方式有大量气体从储罐中排出，同时油气进入油罐时冲击力很大，实际生产中并不采用。连续分离是指随着油气混合物在管路中压力的降低，不断地将逸出的平衡气排出，直至压力降为常压，平衡气亦最终排除干净，剩下的液相进入储罐。连续分离亦称为微分分离或微分汽化，它在实际生产中亦很难实现。多级分离是指油气两相保持接触的条件下，压力降到某一数值时，把降压过程中析出的气体排出，脱除气体的原油继续沿管路流动、降压到另一较低压力时，把该段降压过程中从原油中析出的气体再排出，如此反复，直至系统的压力降为常压，产品进入储罐为止。每排一次气，作为一级；排几次气，叫做几级分离。由于储罐的压力总是低于其进油管线的压力，在储罐中总有平衡气排出，因而通常把储罐作为多级分离的最后一级来对待，而其他各级则通过油气分离器来排出平衡气。所以，一个油气分离器和一个油罐是是二级分离，二个油气分离器和油罐串连是三级分离，以此类推。图4是典型三级油气分离流程示意图。从井口采油树出来的石油先进生产测试管测试是否达到生产条件，若符合条件，则进入原油加热器进行加热。将加热后的原油送入高压分离器进行分离，其间所得伴生气送到火炬系统烧掉，所得污水送入污水处理系统。再将分离所得原油依次通过原油增压泵和原油加热器，最后送入低压分离器分离再进行分离，将产生的污水和伴生气分别送到污水处理系统和火炬系统进行处理，将最终所得原油送入油罐储存。分离效果主要用最终原油销售量及原油密度来衡量，得到的原油越多，密度越小，分离效果越好。一般要求气中尽量不带油滴（把直径为0.1-0.01mm的油滴都分离出来）；同时要求油中尽量不含气体（一般一吨原油含气不应超过1方）。用由堀厘短图4典型三级油气分离流程示意图1——高压分离器；2——低压分离器；3——油罐

表2不同级数和压力下的分离效果数据表分离方案123分离级数123分离压力（绝对）第一级1.011.034.0PX105Pa 第二级1.04.4第三级1.0液体占总质量的分数0.83230.90310.9080液相15°C时的密度，kg/m3900892890气体占总质量的第一级0.16770.07940.0596百分数 第二级0.01750.0213第三级0.0111气体的相对密度第一级0.9760.7000.637第二级1.3750.897第三级1.540总气油比n，m3/t158108106多级分离的优点：多级分离所得到的原油效率高、密度小。由表1数据可看出，二级分离和三级分离最终得到的液量分别比一级分离提高了8.5%和9.1%，原油密度分别降低了0.9%和1.1%；原油组成合理，蒸汽压低，蒸发损耗少，效果好；多级分离得到的天然气量少，重组分在气体中的比例小。采用一级分离时，大量的轻质汽油组分被白白地烧掉，使原油产品贬值；多级分离天然气处理成本低；多级分离能充分利用地层能量，减少输送成本。但多级分离时，级数越多，获得的原油量将越多，分离效果越好。但是，随着分离级数的增加，在储罐中得到的原油回收增量却越来越少，而投资费用却大幅度上升，经济效益下降，因此，分离级数不能过多。分离级数的选择原则：一般应根据油气物性和油井压力来合理选用分离级数：气油比较低的低压油田（依靠地层剩余压力进行油气分离时，压力低于700KPa），采用二级油气分离；中等原油密度、中到高气油比和中等井口压力（700-3500KPa）的油田，采用三级油气分离；井口压力高于3500KPa，而原油密度低、气油比高时，可考虑采用四级油气分离。见下表分离级数的选择（注：高、中、低分别以700、3500KPa为界）。表3参考条件选用分离级数井口压力原油密度油气比低高低二级中中中三级高低高四级分离质量和分离程度：油气分离器工作的好坏以分离质量和分离程度来衡量。分离质量是指分离器出口处每标准立方米气体所带液量的多少，它反映了分离器主要分离部分即沉降分离和除雾器的工作情况，分离出的气体中带液量越少分离质量越好。分离质量用百分数K来表示：K=V液/V气X100%；式中K一分离质量，%；V液一出气口排出的气体所携带的液体体积，m3；V气一出气口排出的气体体积，m3。 收分离质量差，不少轻质油组分被带走，降低了原油的数量和质量，而且在海上分离出来的天然气除了供应平台日常所需外，剩余部分通过火炬烧掉，这样就使不少轻质油白白浪费。分离程度是指分离器在分离的温度、压力下，从其出液口中排出的液体所携带的游离气体积和液体体积之比值，用百分数S来表示：S=V气/V液X100%；式中S--分离程度，%；V气一出液口流出的液体所携带的游离气体积，m3；；V液—出液口流出的液体体积，m3。'分离程度是反映分离器集液部分结构的完善程度。分离程度差，还将引起输油管窜气，影响容积式流量计和离心泵的正常工作。但是过高地要求分离质量和分离程度将导致分离器结构复杂，外形尺寸增大，占用面积、空间增大，投资费用将大幅度上涨。我国所要求的标准是：分离质量KW0.5cm3/m3（气）；分离程度SW0.05m3/m3（液）。（二）脱水原油脱水的原因：（！）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。（2）增大了燃料的消耗，占用了部分集油、加热、加工资源，增加了原油的生产成本。（3）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%；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。（4）影响炼制工作的正常进行。原油中所含水分可以分为两类：一类是直接可以用沉降法从油中分离出来的，称为游离水；另一类很难用沉降法从油中分离出来，称为乳化水。原油和水的混合物称油水乳状液，或原油乳状液。主要有两种类型。一种称为油包水型乳状液（W/O），另一种称为水包油型乳状液（O/W），此外还有复合乳状液，即油包水包油型、水包油包水型等。原油脱水包括脱除原油中的游离水和乳化水。脱除乳化水比游离水难得多，因而多年来始终把W/O型乳化液的油水分离作为研究重点。油、水分离的基本原理是破坏乳化液油水界面膜的稳定性，使其破裂，促进水颗粒凝聚成大水滴，使水从原油中沉降下来。表4脱水方法原理适用条件优点缺点重力沉降和增加停留时间油水密度差处理松散的不稳定乳化液省费用耗时、效果差加热沉降法降粘度、破坏界面膜乳化液工艺简单需要加热设施热水冲洗法水洗脱水脱盐脱水及机械杂质需要淡水及泵设备化学破乳脱水法破坏界面膜乳化液使用性强费用高粗粒化脱水法润湿乳化液货源充足、价格低廉处理量少电场破乳脱水法电荷异性相吸低含水原油效率高需要电力设施电化学联合破乳脱水法化学与电场低含水原油重力沉降：适合于处理松散的不稳定乳化液。油与水的密度差引起水从油中沉降分离出来。由于水滴比它所置换体积的油重，使它有一个作用于它的向下的重力，与这重力相抗衡的是水滴向下运动穿过油而产生的阻力，当这两个力相等时，就会达到一个恒定的速度。由于水滴在原油中的下沉速度很慢，通常处于层流流态，常以斯托克斯公式表示水滴在原油中的匀速沉降速度：W=d»80*"义|! 式2式中：w 水滴匀速沉降速度，m/s；dw 水滴直径，m；/o——原油粘度，Pa-s；g 重力加速度，m/s2；pw、Po—分别为水和油的密度，Kg/cm3。增加停留时荷两小水滴碰撞聚结的机会会随着时间的延长而增加，增加停留时间会提高脱水效果。加热沉降法：如图5,各种不同含水原油的粘度与温度成反比关系，通过加热起到如下作用：降低原油的粘度，使水的沉降速度加快；削弱了油水界面的薄膜强度，使油水易于分离。原油温度的提高，增加了附在油水界面的各种不同含水原油的粘沥青、石蜡、胶质等乳化剂在原油中的溶解度，降低了水滴保护薄膜的机械强度；增加油水相对密度差，使水易于沉降。在同样加热升温的情况下，原油的体积膨胀系数大，原油相对密度变化比水大。图5各种不同含水原油温度与年度的关系1—含水5%；2—含水14%；3—含水40%；4—含水60%热水冲洗法：用大股热水冲洗含水原油，使原油中的小水珠互相碰撞聚结成大水珠，原油中的水也能和冲洗热水碰撞聚结成大水珠，有利于脱水，也有利于其它机械杂质沉降下来。化学破乳脱水法：化学破乳剂是一种表面活性剂，具有很强的活性，脱水过程中加入适量的破乳剂，便能使界面膜强度削弱或破裂，使水珠聚结、合并沉降下来。在向原油乳状液中加入破乳剂（表面活性剂，它一端亲水，另一端憎水）后，它很快聚集在油水界面上，由于破乳剂分子的取向，即亲水端朝向水相，憎水端朝向油相，由于其亲水能力远远高于乳化剂的亲水能力，破坏了乳状液界面上的天然乳化