石油基礎(chǔ)知識(shí)--油氣水分離

1、石油基礎(chǔ)知識(shí)－－油氣水分離石油基礎(chǔ)知識(shí)－－油氣水分離地層中的石油到達(dá)井口并繼而沿出油管、集油管流動(dòng)時(shí)，根據(jù)其組成、壓力和溫度條件，形成了油氣共存混合物。為了滿足油井產(chǎn)品計(jì)量、礦場(chǎng)加工、儲(chǔ)存和長(zhǎng)距離輸送的需要，必須將它們按液體和氣體分開，成為通常所說(shuō)的原油和天然氣，這就是油氣分離。組成一定的油氣混合物在某一壓力和溫度下，只要油氣充分接觸，接觸時(shí)間很長(zhǎng)，就會(huì)形成一定比例和組成的液相和氣相，這種現(xiàn)象稱為平衡分離。平衡分離是一個(gè)自發(fā)過(guò)程。把平衡

2、分離所得的原油和天然氣分開并用不同的管線分別輸送，稱為機(jī)械分離。原油和天然氣的分離作用就包括上述兩方面的內(nèi)容。油氣分離效果的好壞直接影響油田所得原油與天然氣產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量，它是油氣集輸系統(tǒng)工程中最基本的操作，也是要求最高的操作。因此，如何設(shè)計(jì)、選用最高效能的油氣分離設(shè)備和最合理的分離操作方式，用最少的設(shè)備，最低的能耗獲得最佳的油氣分離效果，即用最小投資取得最高的經(jīng)濟(jì)效益，就成為油氣集輸中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在油田上，通過(guò)原油穩(wěn)定和油田氣初

3、加工（包括淺冷和深冷加工）可回收部分液態(tài)輕烴。從負(fù)壓原油穩(wěn)定裝置回收的輕烴一般是C1～C5，并含有少量C6，經(jīng)水冷后可得C3～C6液態(tài)輕烴；從淺冷裝置可得C3～C8液態(tài)輕烴；從深冷裝置可得C2～C8液態(tài)輕烴，其中C2收率可達(dá)85％。由于輕烴組分不穩(wěn)定，又是易燃、易爆物質(zhì)，所以為了防火、防爆和減少油品損失，必須要求較高的貯存技術(shù)。地層中的石油到達(dá)井口并繼而沿出油管、集油管流動(dòng)時(shí)，根據(jù)其組成、壓力和溫度條件，形成了油氣共存混合物。為了滿足油

4、井產(chǎn)品計(jì)量、礦場(chǎng)加工、儲(chǔ)存和長(zhǎng)距離輸送的需要，必須將它們按液體和氣體分開，成為通常所說(shuō)的原油和天然氣，這就是油氣分離。組成一定的油氣混合物在某一壓力和溫度下，只要油氣充分接觸，接觸時(shí)間很長(zhǎng)，就會(huì)形成一定比例和組成的液相和氣相，這種現(xiàn)象稱為平衡分離。平衡分離是一個(gè)自發(fā)過(guò)程。把平衡分離所得的原油和天然氣分開并用不同的管線分別輸送，稱為機(jī)械分離。原油和天然氣的分離作用就包括上述兩方面的內(nèi)容。油氣分離效果的好壞直接影響油田所得原油與天然氣產(chǎn)品的

5、質(zhì)量與數(shù)量，它是油氣集輸系統(tǒng)工程中最基本的操作，也是要求最高的操作。因此，如何設(shè)計(jì)、選用最高效能的油氣分離設(shè)備和最合理的分離操作方式，用最少的設(shè)備，最低的能耗獲得最佳的油氣分離效果，即用最小投資取得最高的經(jīng)濟(jì)效益，就成為油氣集輸中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在油田上，通過(guò)原油穩(wěn)定和油田氣初加工（包括淺冷和深冷加工）可回收部分液態(tài)輕烴。從負(fù)壓原油穩(wěn)定裝置回收的輕烴一般是C1～C5，并含有少量C6，經(jīng)水冷后可得C3～C6液態(tài)輕烴；從淺冷裝置可得C3～C

6、8液態(tài)輕烴；從深冷裝置可得C2～C8液態(tài)輕烴，其中C2收率可達(dá)85％。由于輕烴組分不穩(wěn)定，又是易燃、易爆物質(zhì)，所以為了防火、防爆和減少油品損失，必須要求較高的貯存技術(shù)。第二節(jié)分離方式和操作條件的選擇在自噴油田中，從油井生產(chǎn)出來(lái)的油氣混合物帶有一定的壓力和高于大氣的溫度。在沿集輸管網(wǎng)流動(dòng)的過(guò)程中，隨著壓力的降低，溶解在液相中的氣體不斷析出。如何對(duì)待這些不斷析出的氣體，是隨析出隨從管系中引出，還是積累到一定程度后從管系中引出，這就是分離方式

7、的問(wèn)題。分離方式對(duì)所得原油和天然氣的數(shù)量和質(zhì)量都有很大的影響，需要加以研究。一、分離方式分離方式基本上可分為下列三種，即：一次分離、連續(xù)分離和多級(jí)分離。所謂一次分離是指油氣混合物的氣液兩相一直保持接觸的條件下逐漸降低壓力，最后流入常壓儲(chǔ)罐，在罐中一下子把氣液分開。由于這種分離方式有大量氣體從儲(chǔ)罐中排出，同時(shí)油氣進(jìn)入油罐時(shí)沖擊力很大，實(shí)際生產(chǎn)中并不采用。連續(xù)分離是指隨著油氣混合物在管路中壓力的降低，不斷地將逸出的平衡氣排出，直至壓力降為常

8、壓，平衡氣亦最終排除干凈，剩下的液相進(jìn)入儲(chǔ)罐。連續(xù)分離亦稱為微分分離或微分汽化，它在實(shí)際生產(chǎn)中亦很難實(shí)現(xiàn)。多級(jí)分離是指油氣兩相保持接觸的條件下，壓力降到某一數(shù)值時(shí)，把降壓過(guò)程中析出的氣體排出，脫除氣體的原油繼續(xù)沿管路流動(dòng)、降壓到另一較低壓力時(shí)，把該段降壓過(guò)程中從原油中析出的氣體再排出，如此反復(fù)，直至系統(tǒng)的壓力降為常壓，產(chǎn)品進(jìn)入儲(chǔ)罐為止。每排一次氣，作為一級(jí)；排幾次氣，叫做幾級(jí)分離。由于儲(chǔ)罐的壓力總是低于其進(jìn)油管線的壓力，在儲(chǔ)罐中總有平衡

9、氣排出，因而通常把儲(chǔ)罐作為多級(jí)分離的最后一級(jí)來(lái)對(duì)待，而其他各級(jí)則通過(guò)油氣分離器來(lái)排出平衡氣。所以，一個(gè)油氣分離器和一個(gè)油罐是是二級(jí)分離，二個(gè)油氣分離器和油罐串連是三級(jí)分離，以此類推。圖21為典型的三級(jí)分離流程。二、分離效果的衡量因素判別油氣分離效果的好壞是件復(fù)雜的工作。過(guò)去，許多油田所產(chǎn)的伴生天然氣大多作為礦區(qū)自用燃料，多余部分放空燒掉，不對(duì)外銷售，因而希望在礦場(chǎng)油庫(kù)的儲(chǔ)罐中得到盡可能多的銷售原油，并據(jù)此衡量分離效果。近20多年來(lái)，人們

10、對(duì)天然氣的綜合利用愈來(lái)愈重視，并從天然氣中生產(chǎn)貴重的化工原料和受歡迎在液面上方流過(guò)時(shí)使原油重新汽化和原油表面泡沫被氣體帶走的可能。由于它的建造費(fèi)用較高，臥式雙筒分離器在西方國(guó)家已不再?gòu)V泛使用。（2）離心式分離器。離心式分離器（圖25）主要依靠油氣混合物作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力使油氣分離。雖然離心式分離器占用空間小、效率高，但因?yàn)樗姆蛛x效果對(duì)流速很敏感并要求有較大的壓力，因而在油田上并不常用。油田上常利用離心力使油氣分離的原理作為重力式

11、油氣分離器的入口分流器。（3）過(guò)濾式分離器。主要用于從氣體中除油。含微量液體的氣體通過(guò)過(guò)濾管時(shí)使霧狀液滴聚結(jié)成較大的液滴并和入口分離室的液體匯合流入液體罐內(nèi)（圖26）。氣體則通過(guò)除霧器后流出分離器。這種分離器可以脫除100％直徑大于2微米的液滴和99％的小到0.5微米以上的液滴。過(guò)濾式分離器通常用于油田壓縮機(jī)站壓縮機(jī)的入口和儀表氣的凈化。4、臥式與立式分離器的比較從分離器重力沉降部分中液滴下沉方向與氣流運(yùn)動(dòng)方向來(lái)看，在立式分離器中兩者相

12、反，而在臥式分離器中兩者相互垂直。在后一種情況下，液滴更易于從氣流中分出，因而臥式分離器適合于處理氣油比較大的流體。在臥式分離器中，氣液界面面積較大，集液部分原油中所含氣泡易于上升至氣相空間，即所得原油中含氣量少。此外，臥式分離器還有單位處理量成本較低，易于安裝、檢查、保養(yǎng)，易于制成移動(dòng)式裝置等優(yōu)點(diǎn)。立式分離器適合于處理含固體雜質(zhì)較多得油氣混合物，可以在底部設(shè)置排污口定期排放和清除固體雜質(zhì)。臥式分離器處理含固體雜質(zhì)較多的油氣混合物時(shí)，由

13、于固相雜質(zhì)有45～60的靜止角，故在分離器底部沿長(zhǎng)度方向需設(shè)置幾個(gè)排放口。立式分離器占地面積小，使用于海洋采油。立式分離器還具有液面控制較為容易的優(yōu)點(diǎn)。總之，對(duì)于普通油氣分離，特別是在可能存在乳狀液、泡沫或高氣油比時(shí)，臥式分離器較經(jīng)濟(jì)。在油氣比低或很高的場(chǎng)合（如滌氣器）立式分離器較為有效。（二）分離器的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不論是臥式還是立式分離器都應(yīng)創(chuàng)造良好條件，使溶解于原油中的氣體以及氣體中的重組分在分離器控制的壓力和溫度下盡量析出和凝析，使油氣

14、混合物接近相平衡狀態(tài)。這就要求在分離器內(nèi)氣液接觸面面積大，氣液在分離器內(nèi)有必要的滯留時(shí)間。分離器內(nèi)接近平衡狀態(tài)的程度可用原油的脫氣程度和天然氣通過(guò)分離器后的質(zhì)量增加百分?jǐn)?shù)表示式中，、——分離器前、后原油的質(zhì)量流量；、——分離器前、后天然氣的質(zhì)量流量。油氣混和物組成、分離壓力和分離溫度相同的條件下，和愈大表示分離器內(nèi)氣液兩相愈接近平衡狀態(tài)，分離器的平衡分離愈完善。分離器還必須具有良好的機(jī)械分離效果，即希望由分離器流出的氣體盡量少帶液滴，原

15、油中盡量少帶氣泡。這分別用氣體帶液率k1和液體帶氣率kg表示。顯然，氣體帶液率k1的大小主要取決于分離器重力沉降部分和除霧器工作的優(yōu)劣，而液體帶氣率kg主要取決于集液部分的工作質(zhì)量，而分離器的入口分流器與兩者均有關(guān)。k1、kg愈小，表明氣液凈化程度愈高，分離器的結(jié)構(gòu)愈完善。但過(guò)高地追求凈化程度往往導(dǎo)致分離器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形尺寸增大。二、油氣水三相分離器油井產(chǎn)物中常含有水，特別在油井生產(chǎn)的后期，含水量逐漸增多。含水的油井產(chǎn)物進(jìn)入分離器后，在

16、油氣分離的同時(shí)，由于密度差，一部分水會(huì)從原油中沉降至分離器底部。因而處理這種原油的分離器必須有油、氣、水三個(gè)出口。這種分離器稱為三相分離器。三相分離器亦有臥式和立式之分。圖27和圖28是兩種典型的的臥式三相分離器的原理圖。如圖27所示，油氣水混合物進(jìn)入分離器后，進(jìn)口分流器把混合物大致分成氣液兩相。液相由導(dǎo)管（圖中未畫出）引至油水界面以下進(jìn)入集液部分，集液部分應(yīng)有足夠體積使游離水沉降至底部形成水層，其上是原油和含有較小水滴的乳狀油層。油和

17、乳狀油從擋板上面溢出。擋板下游的油面由液面控制器操縱排水閥的開度，使油水界面保持在規(guī)定的高度，氣體水平地通過(guò)重力沉降部分，經(jīng)除霧器后由氣出口流出。分離器的壓力由設(shè)在氣管上的閥門控制。油氣界面的高度依據(jù)液氣分離的需要可在12到34直徑間變化，一般采用12直徑。圖28為另一種形式的臥式三相分離器，器內(nèi)設(shè)有油池和擋水板。油自擋油板溢流至油池，油池中油面由液面控制器操縱的出油閥控制。水在油池下面流過(guò)，經(jīng)擋水板流入水室，水室的液面由液面控制器操縱