矿场油气集输.ppt

油气储运概论,储运与建筑工程学院张树文,教材和参考书,油气储运工程，严大凡编，中国石化出版社，2003年；油气集输，冯叔初等，石油大学出版社，2004年；输油管道设计与管理杨筱蘅、张国忠编著，石油大学出版社，2003年；油库设计与管理.郭光臣等编，石油大学出版社，1991年。输气管设计与管理，姚光镇编，石油大学出版社,第一章绪论,一、油气储运工程的任务,油气储运是干什么的,油---原油、汽油、柴油、煤油等,气---天然气、液化气、LNG、LPG,储---储存设备和工艺油库、油罐,运---管道、火车、汽车、轮船,一、油气储运工程的任务,把油井、气井产物高效、节能地处理成合格的天然气、原油、水和固体排放物。调节油气田的生产。把原油和天然气安全、经济地输送到各个炼油企业和用户。实现国家的战略石油储备。国家成品油和天然气销售系统的安全、高效运行。,二、油气储运系统（1）,油气集输系统,油井,计量站,联合站,,合格原油合格天然气达到排放或回注标准的水或砂,气井,气体处理设施,压气站,输气管道系统,用户,,,,,,,,,,油气储运系统（2）,管道输送系统,首站,中间站,末站,储存设施或用户管网,,,,,,油气储运系统（3）,油气储存与销售系统,炼油厂,各级储备与分配库,加油站,汽车火车飞机轮船,码头,汽车火车轮船,,,,,,,,,,,三、油气储运系统发展,油气高效的处理方法与新型处理设备原油、成品油、天然气的全国输送网络形成。油气处理与输送的高效节能技术和安全输送技术。储存系统安全和国家石油储备。,四、油气储运的主要内容,矿场油气集输系统长距离输油管道系统长距离输气管道系统城市输配气工程海上油气田的油气储运油气储存工艺油气储运系统安全,油气田油气集输,第二章,第一节油气集输系统流程,一、油气集输系统的工作内容,油井计量集油、集气油气水分离原油脱水原油稳定原油储存天然气净化天然气凝液回收和储存轻烃回收含油污水处理,,,,,,,,二、油田油气集输流程,油气收集流程----油井至联合站处理----联合站内流程输送----联合站至原油库流程设计的基本原则“适用、可靠、经济、高效、注重环保”,（一）油气集输流程命名,1、按加热方式不加热集油流程井场加热集油流程热水伴随集油流程蒸汽伴随集油流程,掺稀油集油流程掺热水集油流程掺活性水集油流程掺蒸汽集油流程。,（一）油气集输流程命名,2、按通往油井的管线数目单管集油流程双管集油流程三管集油流程。,油气集输流程命名（续）,3、按布站级数油井和原油库之间集输站场级数；一级布站集油流程只有集中处理站；二级布站集油流程计量站和集中处理站；三级布站集油流程计量站、接转站（增压）和集中处理站；,油气集输流程命名（续）,4、按集油管网形态米字型管网、环型管网树状管网串联管网。5、按密闭程度开式和密闭流程,（二）油田集油流程举例,1、双管掺活性水流程,油田集油流程举例（续）,2、二级布站油气集输流程,油田集油流程举例（续）,3、单管环形集油流程,油田集油流程举例（续）,4、稠油集输流程高温集油流程单管加热集油流程和掺稀降粘流程。,油田集油流程举例（续）,掺蒸汽集油流程,油田集油流程举例（续）,5、气田集气流程集气管网高压（10MPa）中压（1.610MPa低压（1.6MPa）,油田集油流程举例（续）,5、气田集气流程井场需经两级节流降压一级用来控制气井质量、二级降压使气体压力满足采气管线起点压力要求。注意为防止气体降压后采气管线内因降温形成水合物，应在一级降压的上游注入水合物抑制剂（甲醇或己二醇），或加热提高气体温度。采气站气液分离、计量、调压和脱除有害气体。,油田集气流程举例（续）,第二节矿场集输管路,一、集输管路分类,按流动介质的相数单相、两相、多相管路。输油管和输气管都属于单相管路。油气或油气水混输管路分属两相或多相管路，简称混输管路。,集输管路分类（续）,采用混输管路的必要性经济上优结构简单混输管路的研究受到广泛重视。,二、油气混输的应用,混输技术广泛应用⑴沙漠油田⑵陆地上的边际油田⑶滩海油田及海上油田混输管路的发展趋势小直径、短距离逐步向大直径、输送距离长的方向发展。,三、油气混输的特点,1、流型变化多气液两相流流型的划分不能通过简单的雷诺数的大小来划分，通常通过观察气液两相在管内的流动情况并根据压力波动特征来确定流型。埃尔乌斯流型划分法较好地说明了气液两相流动的流型变化特点。埃尔乌斯把两相管路的流型分为气泡流、气团流、分层流、波浪流、冲击流、不完全环状流、环状流和弥散流等八种。,三、油气混输的特点（续）,2、存在相间能量交换和能量损失在气液两相流动中，由于两相的速度常常不同，使气液相间产生能量交换和能量损失。例如，在两相管路内液体的剧烈起伏造成相间界面粗糙，增加了相间滑脱损失；液面的起伏使气体的流通面积忽大忽小，气体忽而膨胀忽而压缩，气体流动方向亦随着液面起伏而变化，使两相流动时的相间能量损失增加。,三、油气混输的特点（续）,2、存在相间能量交换和能量损失（续）流速较高的气体，常常把一部分液体拖带到气体中去，脱离液流主体时要消耗能量；被气流吹成液滴或颗粒更小的雾滴要消耗能量；由流速较慢的液流主体进入流速较快的气流中的液滴或雾滴获得加速度要消耗能量，这些都存在能量交换。,三、油气混输的特点（续）,3、存在传质现象油气混输管路中，随着管线的延长，压力越来越低，有气体析出，此时气体的质量流量增加，密度增加；而液体的质量流量减少，密度增加。注蒸汽管路中，起点压力约在150～170大气压，温度为300℃，质量含气率约70％。随着压力的降低，散热量增加，质量含气率下降。,三、油气混输的特点（续）,4、流动不稳定在气液两相管路中，气液两相各占一部分管路体积，当气液输量发生变化时，各相所占管路体积的比例也将发生变化，引起管路的不稳定工作。在滩海油气混输管路中甚至出现严重冲击流，影响油田生产。,第三节原油与天然气的加工处理,一、油田产品质量指标,油田产品出矿原油天然气液化石油气稳定轻烃,（一）原油,合格原油的质量含水率不大于1％；优质原油的质量含水率不大于0.5％；有的油田还规定原油的含盐量不大于50毫克/升；60C时原油的饱和蒸气压不大于1大气压（绝对）。,（二）天然气,随原油一起从油井流出的伴生天然气，经过净化处理后，要求在最高输送压力下的露点应低于环境最低平均温度5C以上。一般还要求硫化氢（H2S）含量不大于10毫克／标米3。有机硫含量不大于250毫克／标米3。C5烃类的含量不大于10克／标米3。,（三）液化石油气,液化石油气中甲烷和乙烷组分的摩尔百分数不大于3％戊烷以上组分的摩尔百分数不大于2％38C时的饱和蒸气压不大于15大气压（绝对）-10C时的饱和蒸气压不小于3大气压（绝对）体积含水率不大于0.5％硫化氢含量不大于5毫克/升,（四）稳定轻烃,,二、油气分离,地层中的石油到达井口后沿出油管、集油管流动，形成油气共存混合物。为满足油井产品计量、矿场加工、储存、长距离输送的需要，将混合物按液体和气体分开，成为原油和天然气，即油气分离。油气分离平衡分离（自发过程）机械分离,1、分离器类型（1）重力分离型常用的为卧式和立式重力分离器。（2）碰撞聚结型丝网聚结、波纹板聚结（3）旋流分离型反向流、轴向流旋流分离器、紧凑型分离器。（4）旋转膨胀型,,卧式重力分离器结构,,卧式重力分离器入口分流器,入口分流器经过入口分流器，油气的流向和流速突然改变，油气得以初步分离。,,,卧式重力分离器集液部分,集液部分该部分需要一定的体积a、原油有足够的停留时间，便于油中气泡升至液面并入汽相；b、提供缓冲容积，均衡进出原油流量波动。c、为使气液界面面积最大，分离器充满二分之一液体。,集液部分的原油经液面控制器控制的出油阀流出。,,,卧式重力分离器重力沉降部分,重力沉降部分a、来自入口分流器的气体水平流过该部分。b、气流携带的油滴依靠重力沉降至气－液界面。c、该部分沉降的油滴粒径为100微米及以上。,,,卧式重力分离器除雾器,除雾器a、未沉降至液面的、粒径更小的液滴（10～100微米）随气体流经除雾器；b、经碰撞、聚结合并成大油滴，重力作用下流入集液部分。c、要求结构简单，气体通过的压降较小,脱除油滴的气体经压力控制阀流入集气管线。,,立式分离器结构,卧式与立式分离器比较,重力沉降部分气流与液滴运动方向不同卧式分离器垂直立式分离器相反卧式分离器适合处理气油比较大的流体。气液界面卧式气液界面面积较大原油含气量少。单位处理量成本卧式较低。卧式易于安装、检查、保养，易制成移动式。,,,,,气流,液滴,气流,液滴,,卧式与立式分离器比较（续）,立式分离器适于处理含固体杂质较多的油气混合物；立式占地面积小。适于海洋采油。液面容易控制。对于普通的油气分离，特别是存在乳状液、泡沫或高气油比时，卧式分离器较经济；气油比低或很高的场合（如涤气器）立式较为有效。,紧凑型气液分离器,3、油气水三相分离器,液相停留时间5～30分钟。,三、原油净化,1、原油净化的目的,油井产物原油、天然气、水、盐、泥砂等。危害水增大了油井采出液的体积，降低了设备和管道的有效利用率增大了管道输送中的动力和热力消耗引起金属管道和设备的结垢与腐蚀对炼油加工过程产生影响,2、原油中水的种类,游离水常温下可以沉降分离出乳化水很难用沉降法分出。乳化水与原油的混合物称油水乳状液或原油乳状液。,3、原油脱水方法,脱游离水和脱乳化水，主要解决脱乳化水问题。乳状液的破坏称破乳。破乳过程分散水滴相互靠近、碰撞、界面膜破裂、水滴合并、沉降分离。原油脱水方法注入化学破乳剂、重力沉降脱水、利用亲水表面使乳化水粗粒化脱水、离心力脱水、电脱水等。,四、原油稳定,1、原油在集输过程中的蒸发损失,原油中含有C1C4的挥发性很强的轻组分，储存时会产生蒸发损失将原油中挥发性强的轻组分脱出，降低原油蒸汽压，这一工艺过程称原油稳定。一般降到最高储存温度下饱和蒸汽压为当地大气压力的0.7倍。稳定脱出气体变成天然气、液化石油气和轻烃。原油稳定方法；负压闪蒸、正压闪蒸和分馏。,2、负压闪蒸,原油稳定的闪蒸压力（绝对压力）比当地大气压低即在负压条件下闪蒸，以脱除其中易挥发的轻烃组分，这种方法称为原油负压稳定法，又称为负压闪蒸法。负压稳定的操作压力一般比当地大气压低0.03～0.05PMa；操作温度一般为50～80℃。该法适用于含轻烃较少的原油，当每吨原油的预测脱气量在5m3左右时，适合采用此法。,3、微正压闪蒸,微正压稳定法又称加热闪蒸稳定法，这种方法的闪蒸温度一般要比负压闪蒸法高，需要在原油脱水温度（或热处理温度）的基础上，再进行加热（或换热）升温才能满足闪蒸温度要求。由于稳定原油温度较高，应考虑与出塔合格原油换热以回收一部分热量。正压闪蒸稳定的操作压力一般在0.12～0.40MPa内，操作温度则根据操作压力和未稳定原油的性质确定，一般为80～120℃，特殊情况在130℃以上。,4、分馏法稳定,,分馏法稳定，就是根据精馏原理脱除原油中的易挥发组分。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。根据操作压力不同，分馏法可分为常压分馏和压力分馏。前者的操作压力为常压～50kPa（表压），需设塔顶气压缩机和塔底泵，适用于密度较大的原油。压力分馏的操作压力在50～100kPa（表压）之间，一般可以不设塔顶气压缩机和塔底泵，适用于密度较小的原油。根据精馏塔的结构和回流方式的不同，分馏法又可分为提馏稳定法、精馏稳定法和全塔分馏稳定法等三种。工程上常见提馏稳定法和全塔分馏稳定法两种。,5、稳定方法选择,原油中，若含C4以下烃在5.5％，则适合于分馏稳定法，而轻组分含量低的原油（C4以下烃含量在2.24％的原油），宜采用闪蒸分离。我国大部分原油的C1～C4烃含量为0.8～2％，因此多采用闪蒸分离稳定。,,五、天然气处理与轻烃回收,1、天然气来源与分类,按矿藏特点的不同可将天然气分为气井气（gaswellgas）、凝析井气（condensategas）和油田气（oilfieldgas）。前两者合称非伴生气（unassociatedgas），后者也称为油田伴生气（associatedgas）。,气井气即纯气田天然气，气藏中的天然气以气相存在，通过气井开采出来，其中甲烷含量高。凝析井气即凝析气田天然气，气藏中以气体状态存在，是具有高含量可回收烃液的气田气，其凝析液主要为凝析油，其次可能还有部分被凝析的水，这类气田的井口流出物除含有甲烷、乙烷外，还含有一定量的丙烷、丁烷及C5以上的烃类。,天然气来源与分类续,油田气即油田伴生气，它是伴随原油共生，是在油藏中与原油呈相平衡接触的气体，包括游离气（气层气）和溶解在原油中的溶解气，从组成上亦认为属于湿气。在油井开采情况中，借助气层气来保持井压，而溶解气则伴随原油采出。油田气采出的特点是组成和气油比（gas-oilratio，GOR，一般为20～500m3气/t原油）因产层和开采条件不同而异，不能人为地控制，一般富含丁烷以上组分。为了降低原油的饱和蒸气压，防止原油在储运过程中的挥发损耗，油田上往往采用各种原油稳定工艺回收原油中C1～C5组分，回收回来的气体，称为原油稳定气，简称原稳气。,2、天然气处理与加工的范畴,天然气是在岩石圈中生成的，必须通过油气井开采出来。所谓天然气处理与加工就是指从井口到输气管网的全部过程。一般经过采气管线、井场分离、集气管线、净化处理、轻烃回收、输气管网等过程。处理水饱和的、未加工的、酸性的富气的步骤可以用下图大概表示出来。,天然气处理框图,,3、商品天然气技术指标,热值（heatvalue）是指单位体积或质量天然气的高发热量或低发热量。天然气质量的一个重要指标就是沃泊数（Wobbenumber），它是天然气最高热值与相对密度的平方根的比值。含硫量（sulfurcontent）常以H2S含量或总硫（H2S及其它形态的硫）含量来表示。为了控制天然的腐蚀性和出于对人类自身健康和安全的考虑，一般而言，H2S含量不高于6～24mg/m3。油田气由于往往不含硫，故一般不进行脱硫处理。,商品天然气技术指标,烃露点（hydrocarbonpoint）即在一定压力下从天然气中开始凝结出第一滴液烃时的温度，它与天然气的压力和组成有关，微量重烃的影响比常量轻组分的影响更突出。为防止天然气在输配管线中有液烃凝结并在管道低洼处积液，影响正常输气甚至堵塞管线，目前许多国家都对商品天然气规定了脱油除尘的要求，规定了一定压力条件下天然气的最高允许烃露点。,商品天然气技术指标,水露点与水蒸气含量在地层温度和压力条件下，水在天然气中通常以饱和水蒸气的形式存在，水蒸气的存在往往给天然气的集输和加工带来一系列的危害，因此，规定天然气的水蒸气含量是十分重要的。天然气的含水量以单位体积天然气中所含水蒸气量的多少来表示，有时也用天然气的水露点来表示。水露点（waterdewpoint）指在一定压力条件下，天然气与液态水平衡时（此时，天然气的含水量为最大含水量，即饱和含水量）所对应的温度。一般要求天然气水露点比输气管线可能达到的最低温度还低5～6℃。,4、天然气净化内容,伴生气内除烃类外，一般还含有水蒸气及相当数量的H2S、CO2等酸性气体。所谓天然气净化就是脱出水蒸气、硫化氢和二氧化碳等有害气体。,5、天然气脱水方法,冷冻法固体吸收法液体吸收法,（1）冷冻法,将含水天然气降温．使气中所含水分凝析出来排出。常用的降温手段为（1）氨制冷液氨气化时要吸收大量的热量，利用氨气化吸取天然气热量，使其温度下降到-5到-10C。（2）节流膨胀天然气经节流阀节流降压后，管内天然气在近似绝热条件下膨胀，致使天然气自身温度降低。（3）加压后冷却天然气在温度不变的条件下，含水量随压力的增高而减少，因而可以先对天然气加压然后冷却除去水分。,（2）液体吸收法,采用吸湿性较强的液体与天然气接触，气中含水被吸收，吸收了水分的液体经处理再生后重复使用。吸湿液主要是甘醇（三甘醇、二甘醇），使用较多的为三甘醇。三甘醇优点再生效果好；分解温度高，蒸发损耗小；再生设备简单；操作费用和投资低于二甘醇。,（3）固体吸收法,采用内部孔隙很多、内部比面积很大的固体物质与含水天然气接触．气中的水被吸附于固体物质的空隙中。被水饱和了的固体物质经加热再生后重复使用。常用固体吸附物有硅胶、分子筛、活性铁矾土、活性氧化铝等。,6、天然气脱硫,目的脱除天然气中硫化氢、二氧化碳和有机硫化物。常用方法应用醇氨溶液的化学吸收法和环丁砜脱硫法。,（1）化学吸收法,化学吸收法是以可逆反应为基础．采用循环使用的吸收剂吸收硫化氢。而当压力、温度和吸收剂的浓度变化时，硫化氢又可从吸收剂中分出，即常讲的吸收和解吸过程。化学吸收常用乙醇胺法、苏打法及碳酸钾法等。目前广泛采用乙醇胺法。,（2）环丁砜脱硫法,环丁砜脱硫法是60年代发展起来的新方法。它适用于含有机硫和凝析油较多的高含硫天然气的净化．其工艺流程与设备与乙醇胺法相同。,7、轻烃回收,轻烃回收的目的,满足管输的要求满足商品气的质量要求追求最大经济效益由轻烃加工产品,回收方法,油吸收法原理利用分子量和沸点接近的两种烃类互溶特性，在高压、低温下用吸收油吸收NGL组分。吸收油的特点为直链烷烃的混合物，类似于汽油或煤油，分子量在100200之间。各组分的回收率C2回收率很低或基本不回收；C3回收率80；C4回收率90；C5回收率98。,,固定床吸附法原理利用硅土、分子筛、活性碳等固体吸收剂对各种烃类的吸附容量不同，回收气体内轻烃。由于固体吸附剂再生过程热耗集中，并需要的负荷很大的再生炉，且吸附床笨重昂贵，很少用于轻烃回收。,冷凝法,原理利用原料气中各组分沸点不同，冷凝温度不同的特点，在逐步降温过程中，将沸点较高的烃类冷凝分离出来。压力恒定时，温度愈低，析出的凝液愈多。特点需要提供足够的冷量使气体降温。冷量有用冷剂制冷的，有用气体膨胀制冷的，或者联合应用两种制冷工艺的。根据所提供冷量的级位可将其分为浅冷和深冷。冷源产生外加冷源和膨胀机自身制冷。,第四节油田采出水处理,一、污水来源,油田综合含水率达90，陆上油田3.96亿吨/年。含油污水或原水油水分离后污水。洗井水注水井反冲洗产生的污水。,二、净化采出水的回注与排放,（一）净化采出水回注目的是保持油藏压力。注水开采的优点含有表面活性剂，具有洗油功能；注入的含盐净化采出水与油层的泥土接触，不降低油层渗透性。提高井底压力；较高温度的净化采出水具有洗油功能；防止地表污染。,（二）净化采出水的要求,化学组分稳定，不形成悬浮物；严格控制机械杂质和含油；有高洗油能力；腐蚀性小；尽量减少采出水处理费用。,三、采出水治理方法,采出水污染物悬浮固体和胶体泥砂、各种菌、胶质沥青质等。油分散油、乳化油和浮油。溶解物质；钙镁离子等,采出水治理方法,物理治理方法过滤、浮选、重力分离、离心分离、蒸发和活性炭吸附等；化学治理方法去除污水中胶体和溶解性物质，包括；混凝沉淀、化学氧化和还原、离子交换等；物理化学治理法加混凝剂的浮选法、离子交换法、反渗透法和电渗析法；生物治理法利用微生物的生物化学作用；好氧治理法和厌氧治理法。,四、采出水治理设施,（一）立式除油罐,（二）过滤罐,核桃壳Nutshell过滤器,（三）油水旋流分离器,结束,谢谢大家,