油气集输复习资料

第二章、油气性质和理论基础工程标准状态：压力101325Pa，温度20°C，是我国天然气计量的法定状态；标准状态：压力101325Pa，温度0C；英美法等西方国家，以1atm、60oF(15C)为标准状态；三种状态之间的转换关系：1m3(20C)=0.932m3(0C)=0.985m3(15C)胶质是原油内含硫、氮、氧的多环芳香烃化合物，相对分子质量约为1000〜2000，为红褐色至暗褐色的半固体状粘稠物质，能溶于正构烷烃(如正戊烷)内。粒径小于10nm。沥青质为原油内大分子质量(2000〜100000)的多环芳香烃化合物，不能溶于低分子烷烃(如正戊烷)但能溶于芳香烃(如苯)内。沥青质的粒径为10〜35nm，含有氧、硫化合物，有机、无机及金属盐类，是无定形固体物质。胶质和沥青质对油水乳状液的稳定、原油表面发泡等性质起重要作用。收缩系数：单位体积油藏原油在地面脱气后的体积数。化学分类法是以原油的化学组成为基础的分类方法，常用的有特性因数分类法和关键馏分分类法两种。(我国原油分类)通常把常态下矿场油库储罐中的原油称为脱气原油，把把高于大气压、溶有天然气的原油称为溶气原油。天然气在原油内的溶解度主要取决于压力、还有温度、油气组成等。原油相对密度大于0.966时用Lasater相关式，否则用Standing相关式。单位体积脱气原油溶入天然气后具有的体积数称原油体积系数。只要有气体溶入原油，原油体积系数总是大于1的。原油内溶入天然气后，密度称为视密度，或表观密度。与脱气原油相比，溶气原油的视密度较小。倾点：在规定试验仪器和试验条件下，试管内油品在5s内能流动的最低温度。凝点：油品在倾斜45角试管内停留1min不流动的最高温度。倾点和凝点是衡量油品流动性的条件性指标。由于规定的试验条件和仪器不同，同一原油的倾点比凝点高约2.5〜3C。干气：在气藏和地面压力温度条件不产生液烃；湿气：在气藏条件下没有液相，但在地面条件下气体内出现液烃；凝析气：随气藏开采压力下降，气藏内出现液态烃；伴生气：包括油藏的气顶气和溶解气。H2S>1%和/或CO2>2%的天然气称为酸天然气，否则称甜天然气。按照1个大气压，15C状态下天然气内可回收液体体积多少，把天然气分为贫气<0.3344L/m3、富气0.3344L/m3~0.6688L/m3和极富气>0.6688L/m3。用冷凝法从天然气内得到的液态烃称为天然气凝析油NGL；用分馏法可由天然气凝析油生产附加值较高的c3、C4或C3、C4的液态混合物，称液化石油气LPG，简称液化气，是工业和民用燃料，也可作为石油化工厂原料；C5+称为天然汽油或稳定轻炷，可用做炼厂重整工艺原料。焦耳一汤姆逊效应：如果实际流体进行绝热节流后其温度可能降低，可能不变，也可能升高。由于绝热节流引起的流体的温度变化叫做绝热节流的温度效应，也叫焦耳一汤姆逊效应。热值:标准状态下单位体积燃料完全燃烧，燃烧产物又冷却至标准状态所放出的热量称热值。含氢燃料燃烧时将产生水，若燃烧后水为冷凝液，称高位热值或总热值。若水为蒸气称低位热值或静热值。燃烧极限：天然气和油品蒸气在空气中易燃易爆的浓度上下限。偏心因子①：用来度量真实流体与简单流体(假定分子为球形、无极性)性质偏差的校正因子。气体混合物的偏心因子为各组分偏心因子的摩尔分数的加和。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、压力和气液相组成等）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。二元物系的相特性不同于一元物系，具体体现在：一元物系气液两相平衡时，温度和压力有对应的关系，确定任一参数，另一参数就是定值，可由蒸气压曲线求得。二元物系处于气液平衡时，固定任一参数，另一参数可在一定范围内变化。在这个范围内的任一点，气液两相保持平衡，只不过气液两相的比例或汽化率不同。因而，二元物系的蒸气压不仅和物系温度有关，还与汽化率有关。对于一元物系，温度超过临界温度时，气体不能被液化；压力高于临界压力时，物系内不可能有平衡的气液两相。但对二元物系，当物系温度高于临界温度或压力高于临界压力时，只要物系的状态处于包线范围内，物系内就存在平衡的气液两相。反常汽化和反常冷凝是二元和多元物系相特性不同于一元物系的另一特点。对二元和多元物系p-t曲线：在等温条件下，由于压力降低，反常地发生液化的现象称为等温反常冷凝。如上述过程反向进行，等温升压，物系内的混合物气体开始出现正常的冷凝，进一步升高压力，液相反而减少，直至全部变成饱和蒸气，这称为等温反常汽化。理想溶液的定义为：①构成溶液的各组分分子体积相同，分子间吸引力也相同；②分子间不发生化学反应，既不缔合，也不解离。具有以下特性：各组分混合时体积具有可加和性，即溶液体积为各组分混合前体积之和；各组分混合时没有热效应；溶液的总蒸气压与其组成（以摩尔分数表示）成线性关系。平衡常数K可作为组分挥发性强弱的衡量标准。气液相平衡时，K大于l的组分为物系内挥发性强的轻组分，它倾向于浓集在气相中；K小于l的组分，为挥发性弱的重组分，它具有在液相中浓集的倾向。使原料（液）按挥发度不同实施一定程度分离，称为蒸馏。蒸馏的方式：闪蒸、简单蒸馏和精馏。原料（液）以某种方式被加热和/或减压至部分汽化，进入容器中在一定的压力、温度条件下，气液两相迅即分离，得到气液相产物，这一过程称为闪蒸。如果在汽化过程中，气液两相有足够的接触时间和接触面积，气液相产物在分离时刻达到了平衡状态，则这种汽化方式称为平衡汽化。平衡汽化的特点：气液两相处于相同压力和温度下，并呈平衡状态。所有组分同时存在于气液两相内，每个组分也处于平衡状态，分离较为粗糙。想要达到气液平衡，要求气液相有无限长的接触时间和无限大的接触面积。简单蒸馏：原料混合液置于蒸馏釜中，在一定压力下加热溶液使其沸腾，随时引出所产生的蒸气，经冷凝得到馏出液。不断加热蒸馏釜内的液体，同时不断引出所产生的蒸气，直至蒸到所需要的程度（汽化率、温度）为止。这种蒸馏称为简单蒸馏，是一种间歇蒸馏过程。渐次汽化（微分汽化）：若每次产生的微量蒸气在其形成的瞬间都与釜内残存液体达到相平衡，并立即从釜内引出，每次形成的微量蒸气不与以前生成的、或随后生成的微量蒸气相混合。完整的精馏塔由精馏段、提馏段和进料段（或进料板）三部分构成。精馏是将由挥发度不同的组分所组成的混合液，在精馏塔中同时多次地进行部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯组分的过程。根据精馏塔的结构和回流方式的不同，分馏法又可分为提馅稳定法(此法用于稳定原油质量要求高、对拔出气体纯度没有要求的原油稳定)、精馅稳定法和全塔分馅稳定法等三种。第三章、矿场集输管路从油气井到矿场原油库、长距离输油管和输气管首站、矿场地域内的所有输送工艺流体(原油和天然气)的管路统称为矿场集输管路。出油管：与油井井口相连，只输送一口油井产物的管路；集油管：输送多口油井产物的管路；采气管：与气井井口相连，只输送一口油井产物的管路；集气管：输送多口油井产物的管路；简单管：从起点至终点，管路具有相同直径、沿线无分支的管路称为简单管。复杂管：除简单管外，其余均为复杂管。变径管、副管都属于复杂管。原油管路的摩阻损失包括两部分：沿程摩阻损失hl和局部摩阻损失hz。矿场管路与输油干管不同，管件的局部摩阻常占较大份额。在管路起点处，管段内油温较高，原油粘度低，水力坡降小；而靠近管路终点的管段内，原油温度低，粘度较高，水力坡降较大。输气管的管壁粗糙度，对于新管，原苏联管壁绝对当量粗糙度e=0.03mm，中国e=0.05mm，美国e=0.02mm。g) (b)图4-3p工杆p：的变化(a)斥力的变化曲线;(b)压力平方的变化曲线结论：即靠近起点处单位长度上的压力降落较慢，距起点愈远，压力降落愈快。原因：管路内气体压力下降，气体体积增大，流速增大，摩阻损失也增加。高压输气节省能量，经济性好。气管与油管曲线的主要区别：由于Pg远小于p］，与同径的输油管相比，气管的质量流量仅有油管的g址，而油和气的比热相差不大，输气管的a值大，沿线温降比输油管快得多，温降曲线较陡。由于焦耳一汤姆逊效应，输气管的温度可能低于周围介质温度。水平管流型：根据管内气液比由小到大，将两相流的流型划分为气泡流、气团流、分层流、波浪流、段塞流和环状流、弥散流等数种。多相流动的特点：流型变化多；存在相间能量消耗；存在相间传质；流动不稳定；非牛顿流体和水合物。第四章、气液分离平衡分离：根据相平衡原理，组成一定的石油在某一压力和温度下，就有确定的气液相组成和数量，压力温度改变时，气液相组成和数量也随之而变，这就称为平衡分离，为自发过程。机械分离：为满足油气井产品计量、矿场加工、储存和管道输送的需要，将已形成的气液两相分开，用不同的管线输送，称之为机械分离。分离器的基本组成：入口分流器；重力沉降区；集液区；捕雾器；压力、液位控制；安全防护部件。涤气器：是一种处理高气液比的分离器，用于分离气流内夹带的油滴。涤气器使用的场合：＞在生产分离器气体出口管线下游，回收气流中因温度、压力变化而产生的凝液；＞在压缩机上游捕集气流内液滴，提高压缩机效率和寿命；＞气体冷却器下游从气流中分离产生的凝液；＞天然气脱水、脱酸气的设备上游，分离气流中的游离液体和固体杂质，以免影响脱水、脱酸气的效率并损坏设备；＞废气排放管或火炬上游应安装涤气器（也称分液罐），否则可能产生火雨。对分离器的要求：分离器应创造良好条件，使溶解于原油中的气体及气体中的重组分在分离压力和温度下尽量析出和凝析，使油气两相接近平衡状态。分离器的工艺计算从气体中分出油滴的计算：油滴沉降法从原油中分出气泡的计算：停留时间法影响原油含气率多少的因素：原油粘度；原油在分离器中停留的时间；分离压力；分离器入口元件的压降有些原油所含气泡上升至油气界面后并不立即破裂，在气泡消失前有一段寿命，使许多气泡聚集在油面上形成泡沫层，泡沫层的体积甚至可占分离器容积的一半，具有这种性质的原油称发泡原油。对油气分离器的危害：①液位难以控制；②减少了重力沉降和集液区的有效体积，使油气分离工况恶化；③气体中带油量和原油中带气量增多。原油发泡原因是由于原油内存在许多天然表面活性剂，如胶质、沥青质、蜡、微小固体杂质等，这些天然表面活性剂浓集于原油表层内，降低了原油的表面能，因而气泡不易破裂、形成较稳定的泡沫层。我国油气集输规范中规定，一般原油的停留时间为1〜3min，起泡原油的停留时间为5〜20min。液体再携带：是气液分离的逆过程，即得到分离的液体再次被气体卷起成油雾，随气体流出分离器。入口分流器形式：窄缝式、碰撞式、旋流式、稳流式等。功能：减小液体动量，有效地进行气液初步分离；尽量使分出的气液在各自的流道内分布均匀；防止分出液体的破碎和液体的再携带。一次分离是指油气混合物的气液两相在保持接触的条件下逐渐降低压力，最后进入常压储罐，在储罐内进行气液分离。实际生产中并不采用。连续分离是指随油气混合物在管路中压力的降低，不断地将析出的平衡气排出，直到压力降为常压，最后进入储罐。又称为微分分离或微分汽化。在实际生产中难以实现。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，将降压过程中析出的气体排出，脱除部分气体的原油继续沿管路流动，压力降到另一较低数值时，把该段降压过程中析出的气体排出，如此反复直至压力降为常压，产品进入储罐为止。分离方式分离效果的衡量标准储罐中原油的收率；储罐中原油的密度；储罐中原油的组成是否合理；天然气的组成是否合理；天然气的输送压力是否较高；多级分离效果分析（为什么多级分离优于一次分离？）在一定的温度和压力下，本来应处于液态的组分，在多元体系中所以能进入气相的原因是在多元体系中，运动速度较高的轻组分分子，在分子运动过程中，与速度低的重组分分子相撞击，前者的一部分能量传递给后者，使其进入气相。这种现象称为携带效应。平衡体系压力较高时，分子的间距小、分子间的吸引力大，分子需具备较大的能量才能进入气相。能量低的重组分分子进入气相困难，重组分在气相中的浓度较低，而在液相中的浓度较高如果在较高压力下把已经分离出的气体排出，减少了体系中具有较高能量的轻组分分子，则在压力进一步降低时就减少了重组分分子被轻组分分子撞击、携带的机率。所以，气体排出越及时，以后携带蒸发的机会就越少。结论：连续分离所得的液体量最多，一次平衡分离所得的液量最少，多级分离居中。在多级分离中，级数越多，液体的收率就越大，液体的密度也越小。实践证明：一般情况下，采用三级或四级分离，经济效益最好；对于气油比较低的低压油田，采用二级分离，经济效益较高。分离级数的选择原则：气油比：气油比高应增多分离级数；井口压力：井口压力高应增多分离级数；原油的相对密度：随着相对密度的降低，应适当增加分离级数。造成天然气管线进油的常见原因，一、是液位调节机构失灵；二、是出油阀卡死；三、是分离器压力过低（压力过低的原因，一是天然气出口阀或放空阀开的过大；二是管线或容器泄漏；三是出油阀关闭不严）。引起出油管线窜气的原因：一是分离器内液面过低（液面过低的原因：一是出液阀开度过大，二是来液量不足，三是液面调节机构关闭不严）；二是分离器工作压力过高（工作压力过高的原因，一是出气阀门开度过小，二是天然气管线堵塞，三是出液阀卡死，四是来液量太大）。第五章、原油处理对原油进行脱水、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。原油的脱水过程实质上也是脱盐、脱机械杂质的过程。根据水分在原油中存在的形式不同，原油中的含水可分为游离水和乳化水两种。两种或两种以上不互相溶或微量互溶的液体，其中一种以极小的液滴分散于另一种液体中，这种分散物系称为乳状液。W/O型乳状液的内相水滴粒径一般在0.2〜50um范围内，也称粗乳状液；水滴粒径范围为0.01〜0.2um，称细乳状液。油包水乳状液还可细分为致密乳状液和疏松乳状液。原油中含水并含有足够数量的天然乳化剂是生成原油乳状液的内因，油水混合物在从井底到地面、从井口到计量站、集中处理站的流动过程中，以及在油气分离等前期处理过程中的不断降压、搅动等作用是形成乳状液的外因。形成稳定乳状液的条件是：多相系统中必须存在两种以上互不相溶或微量相溶的液体；系统中要有乳化剂存在，使一种液体的微小液滴能稳定地存在于另一种液体中；要有剧烈的搅动，使一种液体破碎成微小的液滴分散于另一种液体中。防止石油生产中稳定乳状液生成的方法：（1）尽量减少对油水混合物的剪切和搅拌；(2)尽早脱水。内相颗粒界面上带有极性相同的电荷是乳状液稳定的重要原因：乳状液内相颗粒界面上力场的不平衡；处于内相颗粒界面上的分子电离；由于内相颗粒的布朗运动，因摩擦而带电；常用的原油脱水方法有：化学破乳剂；重力沉降脱水；加热脱水；机