油氣集輸概論

1、油氣集輸概論油氣集輸概論東北石油大學(xué)東北石油大學(xué) 機械科學(xué)與工程學(xué)院機械科學(xué)與工程學(xué)院任永良任永良油氣集輸油氣集輸把分散的油井所生產(chǎn)的石油、伴生天然氣把分散的油井所生產(chǎn)的石油、伴生天然氣和其他產(chǎn)品集中起來，經(jīng)過必要的處理、和其他產(chǎn)品集中起來，經(jīng)過必要的處理、初加工，合格的油和天然氣分別外輸?shù)綗挸跫庸?，合格的油和天然氣分別外輸?shù)綗捰蛷S和天然氣用戶的工藝全過程稱為油氣油廠和天然氣用戶的工藝全過程稱為油氣集輸。主要包括油氣分離、油氣計量、原集輸。主要包括油氣分離、油氣計量、原油脫水、天然氣凈化、原油穩(wěn)定、輕烴回油脫水、天然氣凈化、原油穩(wěn)定、輕烴回收等工藝。收等工藝。 第一章第一章 緒論緒論n油氣集輸

2、在油田建設(shè)中的地位油氣集輸在油田建設(shè)中的地位n油氣集輸系統(tǒng)的研究對象油氣集輸系統(tǒng)的研究對象n油氣集輸系統(tǒng)的工作范圍油氣集輸系統(tǒng)的工作范圍n油氣集輸系統(tǒng)的主要工藝環(huán)節(jié)油氣集輸系統(tǒng)的主要工藝環(huán)節(jié)n油氣儲運系統(tǒng)發(fā)展概況油氣儲運系統(tǒng)發(fā)展概況一、油氣集輸在油田建設(shè)中的地位一、油氣集輸在油田建設(shè)中的地位油田的工業(yè)開采價值被確定以后，在油田地油田的工業(yè)開采價值被確定以后，在油田地面上需建設(shè)各種生產(chǎn)設(shè)施、輔助生產(chǎn)設(shè)施和附面上需建設(shè)各種生產(chǎn)設(shè)施、輔助生產(chǎn)設(shè)施和附屬設(shè)施，以滿足油氣開采和儲運的要求。屬設(shè)施，以滿足油氣開采和儲運的要求。油氣集輸與處理系統(tǒng)：油氣集輸與處理系統(tǒng)：、是油田建設(shè)中的主要生產(chǎn)設(shè)施、是油田建設(shè)

3、中的主要生產(chǎn)設(shè)施地面工程的地面工程的“龍頭龍頭”，地面工藝技術(shù)的，地面工藝技術(shù)的“核核心心”，建設(shè)工程量和投資一般占整個地面工程，建設(shè)工程量和投資一般占整個地面工程的的40 50。、在油田生產(chǎn)中起著主導(dǎo)作用保持油氣開采與銷售之間的平衡油田平穩(wěn)生產(chǎn)使原油、天然氣、液化石油氣、天然汽油產(chǎn) 品質(zhì)量合格 采用的油氣集輸工藝流程、確定的工程建設(shè)規(guī)模及總體布局，將對油田的可靠生產(chǎn)、建設(shè)水平、生產(chǎn)效益起著關(guān)鍵性的作用。二、油氣集輸系統(tǒng)的研究對象二、油氣集輸系統(tǒng)的研究對象油氣集輸系統(tǒng)的研究的油氣集輸系統(tǒng)的研究的主要對象主要對象就是油、氣田生就是油、氣田生產(chǎn)過程中產(chǎn)過程中原油及天然氣的收集和輸送原油及天然氣的收

4、集和輸送問題。問題。油田：油田內(nèi)部的原油及其伴生氣的收集、油田：油田內(nèi)部的原油及其伴生氣的收集、加工和輸送加工和輸送三、油氣集輸系統(tǒng)的工作范圍（任務(wù)）三、油氣集輸系統(tǒng)的工作范圍（任務(wù)）就油田的生產(chǎn)全局來講，油氣集輸是繼油藏勘探、就油田的生產(chǎn)全局來講，油氣集輸是繼油藏勘探、油田開發(fā)、采油工程之后的重要生產(chǎn)階段。油田開發(fā)、采油工程之后的重要生產(chǎn)階段。該階段是的任務(wù)就是把該階段是的任務(wù)就是把分散的原料集中、處理使分散的原料集中、處理使之成為油田產(chǎn)品之成為油田產(chǎn)品的過程。的過程。油田生產(chǎn)中的油田生產(chǎn)中的“三脫三脫”“”“三回收三回收” 油田生產(chǎn)中的油田生產(chǎn)中的“三脫三脫”“”“三回收三回收”：“三脫三

5、脫”是指油氣收集和輸送是指油氣收集和輸送過程中的原油脫水、原油脫天然氣和天然氣脫輕質(zhì)油；過程中的原油脫水、原油脫天然氣和天然氣脫輕質(zhì)油；“三回收三回收”是指污水回收、天然氣回收和輕質(zhì)油回收。是指污水回收、天然氣回收和輕質(zhì)油回收。油井計量站聯(lián)合站合格原油合格天然氣達到排放或回注標(biāo)準(zhǔn)的水或砂氣井氣體處理設(shè)施壓氣站輸氣管道系統(tǒng)用戶四、油氣集輸系統(tǒng)的主要工藝環(huán)節(jié)四、油氣集輸系統(tǒng)的主要工藝環(huán)節(jié)n油氣分離：實現(xiàn)原油與伴生氣的分離油氣分離：實現(xiàn)原油與伴生氣的分離n原油凈化：原油脫水、脫砂原油凈化：原油脫水、脫砂n原油穩(wěn)定：減少原有的蒸發(fā)損耗，增加原油穩(wěn)定：減少原有的蒸發(fā)損耗，增加 原油的收率。原油的收率。n

6、天然氣凈化：脫除天然氣凈化：脫除H2O，CO2，H2Sn輕烴回收：擴大石油化工的原料來源輕烴回收：擴大石油化工的原料來源n合格原油主要標(biāo)準(zhǔn)：國家規(guī)定在凈化后合格原油主要標(biāo)準(zhǔn)：國家規(guī)定在凈化后的原油中含水不能超過的原油中含水不能超過0.5%，含鹽不，含鹽不大于大于50毫克毫克/升，每噸原油含氣不超過升，每噸原油含氣不超過1立方米。立方米。五、油氣儲運系統(tǒng)發(fā)展概況五、油氣儲運系統(tǒng)發(fā)展概況n油氣高效的處理方法與新型處理設(shè)備、油氣高效的處理方法與新型處理設(shè)備、n原油、成品油、天然氣的全國輸送網(wǎng)絡(luò)原油、成品油、天然氣的全國輸送網(wǎng)絡(luò)形成。形成。n油氣處理與輸送的高效節(jié)能技術(shù)和安全油氣處理與輸送的高效節(jié)能技

7、術(shù)和安全輸送技術(shù)。輸送技術(shù)。n儲存系統(tǒng)安全和國家石油儲備。儲存系統(tǒng)安全和國家石油儲備。第二章第二章 礦場油氣集輸系統(tǒng)礦場油氣集輸系統(tǒng)一、油氣集輸系統(tǒng)的工作內(nèi)容一、油氣集輸系統(tǒng)的工作內(nèi)容n油井計量油井計量n集油、集氣集油、集氣n油氣水分離油氣水分離n原油脫水原油脫水n原油穩(wěn)定原油穩(wěn)定n原油儲存原油儲存n天然氣脫水天然氣脫水n天然氣凝液天然氣凝液回收和儲存回收和儲存n含油污水處含油污水處理理二、油田油氣集輸流程二、油田油氣集輸流程n油氣收集流程油氣收集流程-油井至聯(lián)合站油井至聯(lián)合站n油氣處理流程油氣處理流程-聯(lián)合站內(nèi)流程聯(lián)合站內(nèi)流程n油氣輸送流程油氣輸送流程-聯(lián)合站至原油庫聯(lián)合站至原油庫n流程設(shè)計

8、的基本原則：流程設(shè)計的基本原則： “適用、可靠、經(jīng)濟、高效、注重環(huán)保適用、可靠、經(jīng)濟、高效、注重環(huán)?！保ㄒ唬┯蜌饧斄鞒堂ㄒ唬┯蜌饧斄鞒堂鹡按不同加熱方式：不加熱集油流程、井按不同加熱方式：不加熱集油流程、井場加熱集油流程、熱水伴隨集油流程、場加熱集油流程、熱水伴隨集油流程、蒸汽伴隨集油流程、摻稀油集油流程、蒸汽伴隨集油流程、摻稀油集油流程、摻熱水集油流程、摻活性水集油流程、摻熱水集油流程、摻活性水集油流程、摻蒸汽集油流程。摻蒸汽集油流程。n按通往油井的管線數(shù)目：單管集油流程、按通往油井的管線數(shù)目：單管集油流程、雙管集油流程和三管集油流程。雙管集油流程和三管集油流程。（一）油氣集輸流程

9、命名（續(xù)）（一）油氣集輸流程命名（續(xù)）3、按集油管網(wǎng)形態(tài)：米字型管網(wǎng)集油流程、環(huán)型、按集油管網(wǎng)形態(tài)：米字型管網(wǎng)集油流程、環(huán)型管網(wǎng)集油流程、樹狀管網(wǎng)集油流程和串聯(lián)管管網(wǎng)集油流程、樹狀管網(wǎng)集油流程和串聯(lián)管網(wǎng)集油流程。網(wǎng)集油流程。4、按油氣集輸系統(tǒng)布站級數(shù)：油井和原油庫之間、按油氣集輸系統(tǒng)布站級數(shù)：油井和原油庫之間集輸站場級數(shù)；集輸站場級數(shù)；n一級布站集油流程：只有集中處理站；一級布站集油流程：只有集中處理站；n二級布站集油流程：計量站和集中處理站；二級布站集油流程：計量站和集中處理站；n三級布站集油流程：計量站、接轉(zhuǎn)站（增壓）三級布站集油流程：計量站、接轉(zhuǎn)站（增壓）和集中處理站；和集中處理站；5、

10、集輸系統(tǒng)密閉程度：開式和密閉流程、集輸系統(tǒng)密閉程度：開式和密閉流程（二）油田集油流程舉例（二）油田集油流程舉例1、雙管摻活性水流程、雙管摻活性水流程2、二級布站油氣集輸流程、二級布站油氣集輸流程3、單管環(huán)形集油流程、單管環(huán)形集油流程4、稠油集輸流程、稠油集輸流程（1）高溫集油流程：單管加熱集油流程和摻?。└邷丶土鞒蹋簡喂芗訜峒土鞒毯蛽较〗嫡沉鞒獭＝嫡沉鞒獭＃?）摻蒸汽集油流程）摻蒸汽集油流程5、氣田集氣流程、氣田集氣流程n高壓（高壓（10MPa）、中壓（）、中壓（1.610MPa )、低壓（、低壓（ 1.6MPa ）n兩級降壓兩級降壓n采氣站：氣液分離、計量、調(diào)壓和脫除采氣站：氣液分離、計

11、量、調(diào)壓和脫除有害氣體。有害氣體。 第三章第三章 礦場集輸管路礦場集輸管路n按管路內(nèi)流動介質(zhì)的相數(shù)，集輸管路可分為單按管路內(nèi)流動介質(zhì)的相數(shù)，集輸管路可分為單相、兩相和多相管路。相、兩相和多相管路。 輸油管和輸氣管都屬于單相管路，而油氣或輸油管和輸氣管都屬于單相管路，而油氣或油氣水混輸管路分屬兩相或多相管路，簡稱混輸油氣水混輸管路分屬兩相或多相管路，簡稱混輸管路。管路。n礦場集輸管路中大約有礦場集輸管路中大約有70屬于兩相或多相混屬于兩相或多相混輸管路。輸管路。 油田范圍內(nèi)主要存在油氣水三相，用一條管油田范圍內(nèi)主要存在油氣水三相，用一條管路輸送一口或多口油井所產(chǎn)油氣水的管路。路輸送一口或多口油井

12、所產(chǎn)油氣水的管路。在礦場的條件下，混輸管路在經(jīng)濟上往往 優(yōu)于用兩條管路分別輸送輸量不大的原油 和天然氣。 在某些特定環(huán)境下，混輸管路更有單 相路不可比擬的優(yōu)點。特別是隨著灘海油 氣田的開發(fā)，兩相或多相混輸管路越來越 多，混輸管路的研究受到廣泛重視。 一、油氣混輸?shù)膽?yīng)用一、油氣混輸?shù)膽?yīng)用n混輸技術(shù)廣泛于：混輸技術(shù)廣泛于： 沙漠油田沙漠油田 陸地上的邊際油田陸地上的邊際油田 灘海油田及海上油田灘海油田及海上油田n目前混輸管路也象長距離輸油管路一樣，目前混輸管路也象長距離輸油管路一樣，從過去的小直徑、短距離逐步向大直徑、輸從過去的小直徑、短距離逐步向大直徑、輸送距離長的方向發(fā)展。位于北海英國與挪威送

13、距離長的方向發(fā)展。位于北海英國與挪威海域交界處的弗列格（海域交界處的弗列格（Frigg）大氣田至蘇）大氣田至蘇格蘭薩恩格弗古斯（格蘭薩恩格弗古斯（Saint Fergus）的管徑）的管徑32英寸、管長英寸、管長365公里的輸送天然氣凝析公里的輸送天然氣凝析液的混輸管路便是一例。液的混輸管路便是一例。二、油氣混輸?shù)奶攸c二、油氣混輸?shù)奶攸c1、流型變化多、流型變化多n氣液兩相流流型的劃分不能通過簡單的氣液兩相流流型的劃分不能通過簡單的雷諾數(shù)的大小來劃分，通常通過觀察氣雷諾數(shù)的大小來劃分，通常通過觀察氣液兩相在管內(nèi)的流動情況并根據(jù)壓力波液兩相在管內(nèi)的流動情況并根據(jù)壓力波動特征來確定流型。埃爾烏斯流型劃

14、分動特征來確定流型。埃爾烏斯流型劃分法較好地說明了氣液兩相流動的流型變法較好地說明了氣液兩相流動的流型變化特點。埃爾烏斯把兩相管路的流型分化特點。埃爾烏斯把兩相管路的流型分為為氣泡流、氣團流、分層流、波浪流、氣泡流、氣團流、分層流、波浪流、沖擊流、不完全環(huán)狀流、環(huán)狀流和彌散沖擊流、不完全環(huán)狀流、環(huán)狀流和彌散流流等八種。等八種。 油氣混輸流型油氣混輸流型 氣泡流氣泡流 氣團流氣團流點擊圖片播放動畫點擊圖片播放動畫油氣混輸流型油氣混輸流型 分層流分層流 波浪流波浪流油氣混輸流型油氣混輸流型 沖擊流沖擊流 不完全環(huán)狀流不完全環(huán)狀流油氣混輸流型油氣混輸流型 環(huán)狀流環(huán)狀流 彌散流彌散流油氣混輸?shù)奶攸c油氣

15、混輸?shù)奶攸c2、存在相間能量交換和能量損失、存在相間能量交換和能量損失n在氣液兩相流動中，由于兩相的速度常在氣液兩相流動中，由于兩相的速度常常不同，使氣液相間產(chǎn)生能量交換和能常不同，使氣液相間產(chǎn)生能量交換和能量損失。量損失。 例如，在兩相管路內(nèi)液體的劇烈例如，在兩相管路內(nèi)液體的劇烈起伏造成相間界面粗糙，增加了相間滑起伏造成相間界面粗糙，增加了相間滑脫損失；液面的起伏使氣體的流通面積脫損失；液面的起伏使氣體的流通面積忽大忽小，氣體忽而膨脹忽而壓縮，氣忽大忽小，氣體忽而膨脹忽而壓縮，氣體流動方向亦隨著液面起伏而變化，這體流動方向亦隨著液面起伏而變化，這些都使兩相流動時的相間能量損失增加。些都使兩相流

16、動時的相間能量損失增加。n流速較高的氣體，常常把一部分液體拖流速較高的氣體，常常把一部分液體拖帶到氣體中去，脫離液流主體時要消耗帶到氣體中去，脫離液流主體時要消耗能量；能量； 被氣流吹成液滴或顆粒更小的霧滴被氣流吹成液滴或顆粒更小的霧滴要消耗能量；要消耗能量； 由流速較慢的液流主體進入流速較由流速較慢的液流主體進入流速較快的氣流中的液滴或霧滴獲得加速度要快的氣流中的液滴或霧滴獲得加速度要消耗能量，這些都存在能量交換。消耗能量，這些都存在能量交換。 油氣混輸?shù)奶攸c油氣混輸?shù)奶攸c3、存在傳質(zhì)現(xiàn)象、存在傳質(zhì)現(xiàn)象n油氣混輸管路中，隨著管線的延長，壓油氣混輸管路中，隨著管線的延長，壓力越來越低，有氣體析

17、出，此時氣體的力越來越低，有氣體析出，此時氣體的質(zhì)量流量增加，密度增加；而液體的質(zhì)質(zhì)量流量增加，密度增加；而液體的質(zhì)量流量減少，密度增加。量流量減少，密度增加。n注蒸汽管路中，起點壓力約在注蒸汽管路中，起點壓力約在150170大氣壓，溫度為大氣壓，溫度為300，質(zhì)量含氣，質(zhì)量含氣率約率約70。隨著壓力的降低，散熱量增。隨著壓力的降低，散熱量增加，質(zhì)量含氣率下降。加，質(zhì)量含氣率下降。4、流動不穩(wěn)定、流動不穩(wěn)定n在氣液兩相管路中，氣液兩相各占一部在氣液兩相管路中，氣液兩相各占一部分管路體積，當(dāng)氣液輸量發(fā)生變化時，分管路體積，當(dāng)氣液輸量發(fā)生變化時，各相所占管路體積的比例也將發(fā)生變化，各相所占管路體積

18、的比例也將發(fā)生變化，這就會引起管路的不穩(wěn)定工作。在灘海這就會引起管路的不穩(wěn)定工作。在灘海油氣混輸管路中甚至出現(xiàn)嚴(yán)重沖擊流，油氣混輸管路中甚至出現(xiàn)嚴(yán)重沖擊流，影響油田生產(chǎn)。影響油田生產(chǎn)。第四章第四章 原油與天然氣的分離原油與天然氣的分離二、二、油氣分離油氣分離（一）分離器的類型和工作要（一）分離器的類型和工作要求求1、分離器類型、分離器類型 （1）重力分離型：常用的為臥式和立）重力分離型：常用的為臥式和立式重力分離器。式重力分離器。 （2）碰撞聚結(jié)型：絲網(wǎng)聚結(jié)、波紋板）碰撞聚結(jié)型：絲網(wǎng)聚結(jié)、波紋板聚結(jié)分離器。聚結(jié)分離器。 （3）旋流分離型：反向流、軸向流）旋流分離型：反向流、軸向流旋流分離器、緊

19、湊型氣液分離器。旋流分離器、緊湊型氣液分離器。 （4）旋轉(zhuǎn)膨脹型。）旋轉(zhuǎn)膨脹型。臥式重力分離器臥式重力分離器立式分離器立式分離器波紋板型波紋板型- vane packs波紋板波紋板旋風(fēng)分離旋風(fēng)分離器器緊湊型氣液分離器緊湊型氣液分離器傳統(tǒng)分離與分離新概念傳統(tǒng)分離與分離新概念旋轉(zhuǎn)膨脹型分離器旋轉(zhuǎn)膨脹型分離器GLCC2、對分離器工作質(zhì)量的要求、對分離器工作質(zhì)量的要求n氣液界面大、滯留時間長；油氣混合物氣液界面大、滯留時間長；油氣混合物接近相平衡狀態(tài)。接近相平衡狀態(tài)。n具有良好的機械分離效果，氣中少帶液，具有良好的機械分離效果，氣中少帶液，液中少帶氣。液中少帶氣。（二）分離器的工藝設(shè)計原則（二）分離器

20、的工藝設(shè)計原則1、從氣體中分出油滴、從氣體中分出油滴n要求：油滴沉降至氣液界面的時間小于要求：油滴沉降至氣液界面的時間小于氣流把油滴帶出分離器時間。氣流把油滴帶出分離器時間。n沉降時間主要與液滴直徑有關(guān)，油滴直沉降時間主要與液滴直徑有關(guān)，油滴直徑為徑為10270微米。微米。n由上述原則設(shè)計出分離器尺寸。由上述原則設(shè)計出分離器尺寸。2、從原油中分出氣泡、從原油中分出氣泡n原油中氣泡上升速度大于任一液面的下原油中氣泡上升速度大于任一液面的下降速度。降速度。n不起泡原油停留時間不起泡原油停留時間1-3分鐘，起泡原油分鐘，起泡原油停留時間停留時間5-20分鐘。分鐘。3、分離器總體設(shè)計要求、分離器總體設(shè)

21、計要求n同時滿足氣中除液和液中除氣的要求；同時滿足氣中除液和液中除氣的要求；n不同氣液比用液位調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)；不同氣液比用液位調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)；n處理量大時多臺并聯(lián)工作。處理量大時多臺并聯(lián)工作。（三）油氣水三相分離器（三）油氣水三相分離器n液相停留時液相停留時間間5-30分鐘分鐘（四）分離緩沖罐（四）分離緩沖罐n對緩沖能力要求高的分離器稱分離緩沖對緩沖能力要求高的分離器稱分離緩沖罐。罐。n分離器最高與最低液位之間的容積稱緩分離器最高與最低液位之間的容積稱緩沖容積，相應(yīng)的充滿時間為緩沖時間沖容積，相應(yīng)的充滿時間為緩沖時間（15-30分鐘）。分鐘）。 一次分離、連續(xù)分離和多級分離一次分離、連續(xù)分離和多級分離（1