23-油气系统的溶解与分离49张课件

第三节油气系统的溶解与分离教学目的：掌握天然气从原油中的分离、天然气向原油中的溶解、气----液平衡计算。教学重点和难点：天然气从原油中的分离。教法说明：课堂讲授第三节油气系统的溶解与分离教学目的：掌握天然气从原油中的1一天然气从原油中的分离1闪蒸分离或一次脱气

A定义:在油气分离过程中分离出的气体与油始终保持接触且系统的组成保持不变的脱气方式.

B脱气过程:CP—V关系图:P>PbP>PbP≈PbP<PbP<<Pb一天然气从原油中的分离1闪蒸分离或一次脱气P>Pb2

D现场接触脱气示意图:

E接触脱气的特点:a．分离出的气量较多，溶解油气比高。b．分离出的气体较重，即气中重质组分含量

较多（含轻质油较多）。c．脱气过程中系统的组成保持不变。D现场接触脱气示意图:32多级分离

A定义:在油气分离过程中将每一级脱出的气体排除后,液体再进入下一级进行油气分离的脱气方式.

B脱气过程:C多级脱气的特点:a．系统的组成不断变化b．脱出的气量较单级脱气少，所以测得的油气比也小。c．分出的气量较轻，即气体中重质组分（轻油）含量少。d．脱气原油比重小，量较多，质量亦好。2多级分离C多级脱气的特点:4矿场多级脱气流程图

矿场多级脱气流程图53.微分分离（微分脱气）

A定义:在微分分离过程中，随着气体的分出，不断地将气体放掉，即脱气是在系统组成不断变化的条件下进行的。但脱气的级数远大于多级脱气的级数。B脱气过程C微分脱气的特点系统组成不断改变，但脱气的级数远大于多级脱气的脱气级数，每一级分出的气量极小。3.微分分离（微分脱气）A定义:在微分分离过程中，随63油田开发和生产过程中的脱气过程

A地层中:油层中的脱气介于接触脱气和微分分离之间,因为气从油中脱出后存在流速差异形成微分分离,而气体在孔隙中又始终与原油接触形成接触脱气.

B井筒中:当井筒中气相与液相的流速相差不大时油井中的脱气过程与接触脱气近,而当当气体在井筒中的气体超越原油出现’’滑脱”现象时,井筒中的脱气方式又介于接触脱气和微分分离之间.

C地面储运过程中:地面储运过程中的脱气过程为较理想的分离过程.

3油田开发和生产过程中的脱气过程7二天然气向原油中的溶解1亨利定律

单组分气体在液体中的溶解服从亨利定律，即温度一定时,溶解度和压力成正比，或成直线关系，即：亨利定律是一个直线定律，α是一个常数，这对于不易互溶的气—液系统是适用的。二天然气向原油中的溶解1亨利定律亨利定律是一个直线定律，8

Rs=αP式中:Rs---溶解度.α---溶解系数溶解度：表示压力为P时,单位体积的地面原油所溶解的天然气量(标准状况下的体积)。单位为(标)米3/米3.

溶解系数:表示一定温度下，每增加一个大气压时，单位体积液体中溶解的气量。

单位:(标)米3/(米3MPa)Rs=αP92.天然气在原油中的溶解度对于多组分结构相近的烃类气体，α不是一个常数。也就是说气体溶解度并不符合亨利定律。

天然气在原油中的溶解曲线2.天然气在原油中的溶解度对于多组分结构相近的烃类气体，α103影响溶解度的因素A压力B温度:

C组成:D密度

3影响溶解度的因素114溶解与分离的关系

A接触脱气时的溶解曲线和分离曲线相重合.而多级脱气时的溶解曲线和分离曲线不重合.B轻组分的溶解曲线和分离曲线较接近.而重组分的溶解曲线和分离曲线高压时相差较小,低压时相差较大.

4溶解与分离的关系12三相态方程及其应用1相态方程表征温度、压力、油气组成与溶解度的关系表达式。

2研究相态方程的目的A预测开发过程中地层压力和温度变化时油藏流体的相态变化特征;B预测地层流体流到地面后的气、液数量,为油气处理、集输工艺流程设计提供有效依据;

C相图计算.三相态方程及其应用1相态方程133相态方程的推导B拉乌尔定律:气液两相平衡时，各组分在气相中的分压等于同温度下该组分单独存在时的蒸气压力乘以在液相中的摩尔浓度

C道尔顿分压定律:各组分的分压等于其摩尔分数与体系总压力的乘积，即：

3相态方程的推导14当系统中气相和液相在一定温度下达到平衡时

所以

为平衡常数或平衡比。

当系统中气相和液相在一定温度下达到平衡时所以为15设:Ng----气相物质的摩尔数NL----液相物质的摩尔数yi----第i组分在气相中的摩尔分数xi----第i组分在液相中的摩尔分数ni——系统中第i组分的摩尔分数根据烃类系统的物质平衡关系有：设:16

当气液达到平衡时,i组分在气相中的分压和在液相中的分压应该相等,于是有:当气液达到平衡时,i组分在气相中的分压和在液相中的分17理想溶液相态方程理想溶液相态方程18同理有:当N=1时有:理想溶液相态方程同理有:当N=1时有:理想溶液19E理想溶液相态方程的求解步骤(试凑法)

设定一NL(0~1之间)根据给定温度查各组分的饱和蒸汽压由相态方程计算Yi(或Xi)计算ΣYi=1计算Xi计算液相数量N*NL计算气相数量N*Ng设系统的总摩尔数为NYesNoE理想溶液相态方程的求解步骤(试凑法)设定一NL(0~1之20F理想溶液泡点压力、露点压力计算

在泡点:Ng=0NL=1（1mole） P=Pb

由相态方程有:

泡点方程在露点:Ng=1NL=0（1mole） P=Pd由相态方程有:露点方程F理想溶液泡点压力、露点压力计算在泡点:Ng=0214实际溶液相态方程A

理想溶液相态方程式的局限性:（1）道尔顿分压定律的假设前提为气体应具有由理想气体组成的理想溶液的性质。（2）拉乌尔定律是以液体具有理想溶液性质的假设前提的。但是，只有当液体混合各组分的化学物理性质十分相似时，该混合物的性质才接近理想溶液，而油气系统并非如此。（3）从实际观点出发，在临界温度以下，纯化合物已不存在蒸汽压。高于该温度，蒸汽压无法确定，因此，这一方程式的应用仅限于温度不超过混合物挥发性最强组分的临界温度这一范围之内。例如，含有甲烷的混合物，凡温度高于-82.5℃（甲烷的临界温度）的场合，就不能用前面介绍的相态方程进行计算。4实际溶液相态方程22B

实际溶液相态方程式:在理想溶液中,气液平衡时有:在实际溶液中,因饱和蒸汽压无法确定,所以引入一个新的物理量----平衡常数KB实际溶液相态方程式:在实际溶液中,因饱和蒸汽压无23平衡常数---指系统中某一组分（如i组分）在一定的压力和温度的条件下，气液两相处于平衡时，该组分在气相中和液相中的分配比例。在数值上，平衡常数等于该组分在气相和液相中摩尔分数的比值。将Ki=Yi/Xi即Yi=Ki*Xi代入(取N=1mole)化简得:平衡常数---指系统中某一组分（如i组分）在将Ki=Yi/X24实际溶液相态方程式.问题是Ki如何求取呢?要运用该方程就必须首先确定Ki实际溶液相态方程式.要运用该方程就必须首先确定Ki25平衡常数Ki的求取---图版法:

单组分:收敛点收敛压力4.2MPa5.6MPa7.0MPa21.0MPa28.5MPa35.0MPa70.0MPa平衡常数Ki的求取---图版法:收收敛压力26平衡常数的特性:a．在低压情况下，每条曲线的斜率几乎都等于-1。b．每一条曲线与K=1.0相交处的压力等于该曲线所代表的组分在给定温度下的蒸汽压。c．除了甲烷之外，每一曲线随压力增加平衡常数减小，压力增到某一值时，平衡常数有最小值，然后又随压力增大而增大。d．在较高压力时，每一条曲线都有收敛于平衡常数等于1.0的趋势。平衡常数收敛于1时的压力称之为收敛压力。e．如果给定温度就是混合物的临界温度，每一条曲线确实可以收敛为1.0，且收敛压力即为该混合物的临界压力。f．如果给定的温度是不包括临界温度的任何一个温度，那么，当压力变化到某压力时（泡点压力或露点压力），系统则会出线单相（气相或液相），单相区其平衡常数的定义不成立了，这时，如果人为地按这些曲线的变化趋势外推到平衡常数为1.0的某一汇聚点，这时这个点所对应的压力值是虚拟的收敛压力值，称之为视收敛压力。平衡常数的特性:27组成对平衡常数的影响:当P<0.7MPa时,两组曲线几乎重合

当P<7MPa时，两组曲线Ki相差不大

当P>7MPa时，两组曲线Ki相差较大

组成不同表现为收敛压力不同组成对平衡常数的影响:当P<0.7MPa当P<7MPa时，当285相态方程的应用A泡点压力和露点压力的计算(试算法)

泡点方程:在泡点Ng→0 NL→1(N=1)

露点方程:在露点Ng→1 NL→0(N=1)5相态方程的应用露点方程:在露点Ng→1 N29泡点压力和露点压力计算步骤

设定一Pb根据温度和压力查Ki计算Σniki=1输出PbYesNo设定一Pd根据温度和压力查Ki计算Σni/ki=1输出PdNoYes泡点压力和露点压力计算步骤设定一Pb根据温度和压力查Ki计算30B级次脱气计算(举例说明)

级次脱气条件平衡常数B级次脱气计算(举例说明)级次脱平衡31单级脱气计算

单级脱气计算32多级脱气计算

多级脱气计算33注意此栏数据变化第二级脱气计算结果注意此栏第二级脱气计算结果34注意此栏数据变化第三级脱气计算结果注意此栏第三级脱气计算结果35单级脱气和多级脱气比较

1mole1moleNg=0.6027Ng1=0.418NL1=0.582Ng2=0.156NL2=0.844Ng3=0.0514NL3=0.9486NL=0.466Ng=0.534液位控制三级分离液位控制压力控制一级气二级气压力控制井流一级分离器二级分离器分离器储罐储罐气体井流二级分离储罐气体储罐一级分离压力控制分离器气体NL=0.3973单级脱气和多级脱气比较1mole1moleNg=0.602736C相图的计算一个相图应该包括四个部分：

①泡点线②露点线③临界点④两相区内等液量线

相图的计算分为四种情况：

①T=Tc→C、D两点②T＞Tc→A、B两点③T＜Tc→E、F两点④等液量线的确定

C相图的计算37A、温度等于临界温度时，相图的计算：a．根据系统的组成，计算混合物的临界温度，这样便可以得到临界等温线，如图C—D线。b．根据系统组成，计算临界压力，那么临界状态点C即可确定。c．令计算的临界压力等于该系统的收敛压力（因为T=Tc，所以收敛压力不必反复试算），根据这个收敛压力选出合适的图版，假定不同压力（P＜Pc）试算，若=1，则所假定压力即为临界温度下的露点压力，即图中D点，试算方法与前面介绍的如何用露点方程计算露点压力相同。A、温度等于临界温度时，相图的计算：38B、温度高于临界温度时相图的计算

当温度高于临界温度之后，泡点线不存在，但是，在一条等温线上却存在两个露点，即有两个压力条件下所对应的ni，Ki满足露点方程.a．任意假定一个温度Th＞Tc。b．对要确定的两个露点设一收敛压力Pcw．根据收敛压力选出平衡常数图版组d．假设两个压力P，根据该压力P和所设温度Th确定出各组分的平衡常数Ki，（两组）e．对高压和低压两种情况，分别试算露点方程，改变所设压力P，（注意，Ki也相应改变），直到两上压力（高压、低压）均满足露点方程为止，那么试算的能满足露点方程的较高压力即为上露点压力Pdh上，较低压力即为下露点压力Pdh下。f．用我们前面所讲过的方法来计算两种情况下的收敛压力Pcw’.g．比较前面假设的和由上步计算出来的Pcw’，若Pcw=Pcw’，那么，这两个点压力就是正确的，否则应假设新的收敛压力Pcw=Pcw’，重复上面的计算，直到所假设的收敛压力约等于的收敛压力为止。h．从上面的计算我们可以看出，当假设不同的温度重复上述步骤时，那么T＞Tc区就可以绘出了。

B、温度高于临界温度时相图的计算39C、温度低于临界温度时相图的计算a．任意假定一个温度Th<Tc。b．对要确定的两个露点设一收敛压力Pcw．根据收敛压力选出平衡常数图版组d．假设两个压力P，根据该压力P和所设温度Th确定出各组分的平衡常数Ki，（两组）e．对高压和低压两种情况，分别试算泡点方程和露点方程，改变所设压力P，（注意，Ki也相应改变），直到两压力（高压、低压）分别满足泡点方程和露点方程为止，那么试算的能满足方程的较高压力即为泡点压力，较低压力即为露点压力。f．用我们前面所讲过的方法来计算两种情况下的收敛压力Pcw’.g．比较前面假设的和由上步计算出来的Pcw’，若Pcw=Pcw’，那么，这两个点压力就是正确的，否则应假设新收敛压力Pcw=Pcw’，重复上面的计算，直到所假设的收敛压力约等于的收敛压力为止。h．从上面的计算我们可以看出，当假设不同的温度重复上述步骤时，那么T＞Tc区就可以绘出了。

C、温度低于临界温度时相图的计算40D、等液量线的计算a．任意假定一个温度Tb．再假定其收敛压力Pcw．再假定一个NL（5%，10%，25%，50%，75%等）d．再假设一个压力Pe．根据所设的收敛压力选出其平衡常数图版f．根据所设的P、T在平衡常数图版上找出各组分的平衡常数Ki值g．将所得数据ni、NL、Ng、Ki代入相态方程中，判断是否为1，否则重新设P直到满足相态方程为止，那么，满足相态方程的压力即为所求。h．用所得的液相组成xi进行收敛压力计算，若计算的Pcw’=Pcw，则P为所求，否则重新假设Pcw=Pcw’，重复计算，直至相等.D、等液量线的计算412）计算泡点压力

泡点可以看作极少量的气体与大量液体处于相平衡状态，这时可以认为Ng≈0,NL≈1.相态方程变成如下形式：

在已知T的情况下，选择某一个P值下各组分的Ki代入相态方程，如满足,那么该P值即为泡点压力。2）计算泡点压力泡点可以看作极少量的气体与大量液体423）计算露点压力

露点可以看作极少量的液体与大量气体处于相平衡状态，这时可以