第八章 氣井井場工藝

采氣工程重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院第八章氣井井場工藝

第八章氣井井場工藝

采氣井場流程與設(shè)備簡介1節(jié)流調(diào)壓

2天然氣計量

35天然氣水合物

5氣液分離

4概論問題的提出：采出的氣體必須在井口完成調(diào)節(jié)產(chǎn)量、調(diào)壓、保溫、分離、計量等工藝，然后經(jīng)輸、配氣站分別輸給用戶或凈化廠。因此，沒有采氣、集氣與凈化處理，以及長輸不配套，氣井也就無法連續(xù)采氣而形成生存能力，不同性質(zhì)的天然氣有不同的井場工藝。氣井井場工藝：將氣井采出的天然氣，經(jīng)分離、調(diào)壓、計量后，集中起來輸送到天然氣處理廠或者直接進入輸氣干線的全過程。本章重點：僅對采氣站場工藝流程、節(jié)流調(diào)壓、氣井井場的主要設(shè)備的工藝原理及選擇計算以及天然氣水合物及其預(yù)防等進行介紹。第一節(jié)采氣井場流程與設(shè)備簡介采氣井場流程：把從氣井采出的、含有各種雜質(zhì)的高壓天然氣，變成適合礦場輸送的合格天然氣的各種井場設(shè)備的組合。礦藏集輸氣流程：指收集氣田上各氣井或集氣站的天然氣，集中輸送到輸氣干線或凈化廠的管網(wǎng)，它包含采氣干線和集氣支線。一、采氣井站流程氣井井場流程多為單井集氣井場和多井集氣井場流程。1.單井常溫集氣井場：第一節(jié)采氣井場流程與設(shè)備簡介（1）工藝流程（2）特點：在井場完成開關(guān)氣井、節(jié)流降壓、氣水分離、計量、防止水化物形成等工作。設(shè)備、儀表、管理人員多。（3）應(yīng)用范圍：1)氣田邊遠氣井采氣。不含硫，建集氣站困難。2)產(chǎn)水量較大的氣水同產(chǎn)井的采氣。就地把分離氣水后輸氣。3)低壓氣井的采氣。目前，四川部分礦區(qū)仍保留有這種集輸流程，其缺點是井口須有人值守，造成定員多，管理分散，污水不便于集中處理等困難。2.多井常溫集氣井場：把幾口單井的采氣流程集中在氣田適當(dāng)部位進行集中采氣和管理的流程。（1）工藝流程（2）流程特點：井場—調(diào)壓（以不形成水化物為準）、升溫、閥調(diào)壓進入集氣站。集氣站—完成分離計量等后輸入集氣干線。優(yōu)點：便于對氣井進行集中調(diào)節(jié)和管理，減少管理人員，實現(xiàn)水、電、蒸汽的一機多用。第一節(jié)采氣井場流程與設(shè)備簡介（3）應(yīng)用范圍：1）氣井壓力相近、氣體性質(zhì)相同，不需要單井集氣流程的地方。2）為降低管輸回壓，將產(chǎn)水量較大的氣井從多井集氣流程改為單井集氣流程，對穩(wěn)定氣水井的產(chǎn)能收到了明顯的效果。第一節(jié)采氣井場流程與設(shè)備簡介第一節(jié)采氣井場流程與設(shè)備簡介二、低溫集輸工藝流程1-井場來氣２.6.

12-截斷閥３-節(jié)流閥４-高壓分離器５.1０-孔板計量器７-抑制劑注入器８-換熱器９-低溫分離器11.15.

16-液位控制閥1３-閃蒸分離器1４-壓力調(diào)節(jié)閥17-計量器第一節(jié)采氣井場流程與設(shè)備簡介三、氣井井場常用設(shè)備以常溫單井集氣井場設(shè)備為例1.采氣井口（采氣樹）（1）結(jié)構(gòu)（重點介紹油壓、套壓、回壓）（2）作用原理第一節(jié)采氣井場流程與設(shè)備簡介2.緩蝕劑注入裝置（1）結(jié)構(gòu)（2）作用原理3.換熱設(shè)備：包括：套管式和水套爐等（1）結(jié)構(gòu)（2）作用原理第一節(jié)采氣井場流程與設(shè)備簡介三、氣井井場常用閥門

第二節(jié)節(jié)流調(diào)壓問題：井場上為什么要節(jié)流，其目的什么？一、氣體的節(jié)流1.天然氣節(jié)流效應(yīng)：天然氣節(jié)流：天然氣通過管線狹窄斷面時，例如孔板或針形閥的孔眼，由于摩擦耗能使氣壓顯著下降，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流。天然氣節(jié)流效應(yīng)：高壓氣體通過節(jié)流后成為低壓氣流，氣體溫度要發(fā)生變化，溫度變化的范圍隨氣體性質(zhì)、節(jié)流前后的壓差大小以及氣體節(jié)流前壓力、溫度等因素而定。對天然氣而言，節(jié)流后的溫度總是降低的。2.節(jié)流效應(yīng)在采氣工程中的用途（1）控制產(chǎn)量，調(diào)節(jié)流量；針形閥是井場及低溫或常溫集氣站的主要節(jié)流手段。（2）調(diào)壓；（3）天然氣凈化。3.節(jié)流的危害對于針形閥節(jié)流，人們最關(guān)心的事情是節(jié)流后會不會生成水合物，這是采氣工藝中的重要問題之一。

第二節(jié)節(jié)流調(diào)壓二、微分節(jié)流效應(yīng)1.節(jié)流特點：（1）天然氣通過孔眼，在孔眼附近的氣流會發(fā)生擾動，因此節(jié)流是不可逆過程。（2）通過孔眼時流速很高，在孔眼附近的氣流和外界的熱交換一般很小，可以忽略不計，節(jié)流過程可視為絕熱過程。（3）實際氣體的焓值是溫度和壓力的函數(shù)，所以節(jié)流后的溫度將發(fā)生變化。2.微分節(jié)流效應(yīng)：（1）節(jié)流效應(yīng)公式節(jié)流時，微小壓力變化所引起的溫度變化稱微分節(jié)流效應(yīng)，用微分節(jié)流效應(yīng)系數(shù)αi表示：由熱力學(xué)基本關(guān)系式，可導(dǎo)出表示微分節(jié)流效應(yīng)系數(shù)αi與節(jié)流前氣體狀態(tài)參數(shù)p、V、T之間關(guān)系的一般表達式：第二節(jié)節(jié)流調(diào)壓（2）節(jié)流后溫度變化分析：①對于理想氣體，由于PV=RT，由式（9-2）得αi

=0，意指理想氣體節(jié)流時溫度不發(fā)生變化。②對于實際氣體，節(jié)流后溫度的變化決定于式（9-2）中的分子的正負（因Cp>0）?？赡苡腥N情況：αi>0，節(jié)流后溫度降低；

αi=0，節(jié)流后溫度不變；

αi<0，節(jié)流后溫度升高。

第二節(jié)節(jié)流調(diào)壓（3）天然氣節(jié)流后溫度變化：在熱力學(xué)上，從麥克斯韋關(guān)系式導(dǎo)出的焓的普遍式并整理可得出：（9-3）E——內(nèi)能，kJ/kg；

pV——移動功，J/kg；對所感興趣的天然氣節(jié)流過程：①由于天然氣在絕熱膨脹過程中，壓力降低、比容增大，此時必須消耗功來克服分子間的吸引力。但是由于外界無能量供給氣體，分子間位能的增加只能來自分子動能的減少，因此產(chǎn)生使氣體溫度降低的效應(yīng)。即：或②對于天然氣節(jié)流，其移動功隨壓力降低而增加。即：或第二節(jié)節(jié)流調(diào)壓結(jié)論：天然氣節(jié)流后溫度降低。二、積分節(jié)流效應(yīng)1.定義：實際節(jié)流時，壓力變化為一有限值，有限壓力變化所引起的溫度變化，稱積分效應(yīng)，用符號表示：△T－積分節(jié)流效應(yīng)T1、T2—氣體節(jié)流前、后的溫度，K；p1、p2—氣體節(jié)流前、后的壓力，MPa。（9-4）2.計算：由于積分符號內(nèi)的不僅是壓力的函數(shù)，而且還是溫度的函數(shù)。因此（9-4）不能積分，積分節(jié)流效應(yīng)不可能有精確的解析解。近似計算時：（9-5）由于計算機的普及，對天然氣節(jié)流效應(yīng)的計算，目前大多采用適當(dāng)?shù)膶嶋H氣體狀態(tài)方程，利用節(jié)流后焓相等的關(guān)系，迭代計算得到積分效應(yīng)。第三節(jié)天然氣計量概述：1、天然氣流量——單位時間內(nèi)流過管路橫截面積的天然氣數(shù)量。常用體積流量表示，計量單位是m3/d或104m3/d。計量的標準狀態(tài)：溫度=293.15K，壓力=0.101MPa。2、測量氣體流量的方法：1）容積式流量計—使氣體充滿一定容積的空間來測量流量。如羅茨、濕式和皮囊式流量計等2）速度式流量計—利用氣體流過某一斷面時，氣體體積流量與氣體流速的相關(guān)關(guān)系測量氣體流量。如孔板差壓流量計、臨界速度流量計等。3）質(zhì)量式流量計為一種處于發(fā)展中的儀表，它不受溫度、壓力、氣體偏差系數(shù)影響，具有直讀瞬時和累計的特點，如渦輪流量計，靶式流量計等。在我國天然氣工業(yè)用的流量計90％以上為孔板差壓流量計，按石油天然氣行業(yè)標準：SY/T6143－1996《天然氣流量的標準孔板計量方法》執(zhí)行。第三節(jié)天然氣計量一、天然氣計量分級與儀表配備1.天然氣計量分級一級計量——油田外輸干氣的交接計量。二級計量——油田內(nèi)部干氣的生產(chǎn)計量。三級計量——油田內(nèi)部濕氣的生產(chǎn)計量。2.天然氣計量儀表的配備

（1）一級計量。油田外輸氣為干氣，排量大。選用標準節(jié)流裝置，選用高級孔板閥。選用準確度為±0.5%的壓力及溫度變送器。在直管段前安裝過濾器。（2）二級計量。計量介質(zhì)為干氣。選用普通孔板閥?？蛇x用準確度為±1%的壓力及溫度變送器。（3）三級計量。計量介質(zhì)為濕氣。不適合選用孔板計量，可選用氣體腰輪流量計、渦街流量計等。儀表的準確度應(yīng)不低于±1.5%，一般為離線檢定，應(yīng)保證拆裝方便，流量計前應(yīng)配過濾器。三級計量的綜合計量誤差應(yīng)在±7%以內(nèi)。第三節(jié)天然氣計量二、天然氣的計量儀表當(dāng)前，我國天然氣工業(yè)中使用的流量計仍以孔板差壓流量計為主，僅采輸部門的統(tǒng)計已占天然氣流量儀表的98%以上。1.孔板差壓流量計（1）差壓式流量計結(jié)構(gòu)：由節(jié)流裝置、導(dǎo)壓管和差壓計三大部分所組成，如圖所示。1）節(jié)流裝置作用：使管道中流動的流體產(chǎn)生靜壓力差的一套裝置結(jié)構(gòu)：由標準孔板、帶有取壓孔的孔板夾持器和上下游測量管所組成。標準孔板是機械加工獲得的一塊園形穿孔薄板，其園孔入口邊緣是尖銳的，安裝時孔板開孔與測量管應(yīng)在同一軸線上；孔板夾持器是用來安置和定位節(jié)流裝置中孔板的帶壓管路組件；測量管是安裝在孔板前后，其長度符合計量標準規(guī)定橫截面積相等、形狀相同、軸線重合的直管。導(dǎo)壓管作用：聯(lián)結(jié)節(jié)流裝置與差壓計的管線，是傳輸差壓信息的通道。第三節(jié)天然氣計量（2）作用原理當(dāng)它流經(jīng)節(jié)流裝置(如孔板)時，流速將在節(jié)流裝置處形成局部收縮，將使部分壓能轉(zhuǎn)為動能，其結(jié)果使流速增加，靜壓降低，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓差。對于一定型式、一定尺寸的節(jié)流裝置，所發(fā)生的壓差與氣體流量有關(guān)，流量愈大，壓差也愈大；流量減小，壓差也減小。因此，通過測量壓差的大小，就可間接地計算氣體流量，這種方法就稱差壓法測氣體流量。圖9-1孔板差壓流量計示意圖

第三節(jié)天然氣計量（3）取壓方式：角接取壓和法蘭取壓。

角接取壓：角接取壓孔板夾持器可以是單獨鉆孔取壓器件，或是環(huán)室取壓。單獨鉆孔取壓規(guī)定：上游側(cè)靜壓由前夾緊環(huán)取出，下游側(cè)靜壓由后夾緊環(huán)取出。環(huán)室取壓規(guī)定：孔板上游側(cè)靜壓由前環(huán)室取出，下游側(cè)靜壓由后環(huán)室取出。法蘭取壓：指測量管法蘭上帶有符合規(guī)定的取壓器件，上游取壓孔軸線距孔板上端面25.4mm，下游取壓孔軸線距孔板下端面也是25.4mm。標準孔板所產(chǎn)生的壓差，通過導(dǎo)壓管將壓差訊號傳送給差壓計，并由差壓計顯示出來。差壓計的類型也很多，目前氣田上用的是雙波紋管差壓計，占所有差壓計的95%以上。法蘭取壓標準孔板組件角接取壓單獨鉆孔取壓角接取壓環(huán)室取壓第三節(jié)天然氣計量2、氣體渦輪流量計（1）原理：在管道中心安放一個渦輪，兩端由軸承支撐．當(dāng)流體通過管道時，沖擊渦輪葉片，對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)．在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比．由此，流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計算得到通過管道的流體流量。第三節(jié)天然氣計量（2）結(jié)構(gòu)：固定渦輪的中心軸支撐在兩個軸承上，并安裝在專用支架上。在渦輪的上游和下游處裝有若干片幅射形整流板，用以對氣流進行整流并防止渦流的出現(xiàn)，以提高其線性。為提高流量計的可靠性和使用壽命，在傳動系統(tǒng)中，裝有油路潤滑裝置。第三節(jié)天然氣計量三、壓差式流量計氣量計算對流量確定的三種方式：（1）將壓差和上游靜壓通過導(dǎo)壓管引入到雙波紋管記錄儀進行記錄，通過現(xiàn)場測量氣體溫度后，進行人工計算；（2）用差壓變送器、壓力變送器代替雙波紋管記錄儀，用溫度變送器測溫并將信號變成數(shù)值信號輸入計算機進行自動計量；（3）由差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器以及運算器和比例積算器等組合儀表進行流量計量。不管那種方法，流量計算基本公式一樣。（一）標準孔板計量公式：式中：Qsc——標準條件下氣體的體積流量，m3/h；An——單位計量系數(shù)，流量用標準條件表示時，An=0.0003619；若為“h”Ah＝0.011446，Ad＝0.27470

C——流出系數(shù)；

d——工作溫度下孔板開孔直徑，mm；FG——相對密度系數(shù)；ε——流束膨脹系數(shù)；FZ——超壓縮系數(shù)；FT——流動溫度系數(shù)；P1——孔板上游側(cè)取壓口氣流絕對靜壓，kPa；hw——氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓，Pa。第三節(jié)天然氣計量（二）公式中各參數(shù)的確定要把該式用于實際，還應(yīng)對公式中的參數(shù)及計算方法進行討論。1.流出系數(shù)C(DischargeCoefficient)（1）定義：通過節(jié)流裝置的實際流量值與理論理論值之比。C=f（安裝條件、節(jié)流裝置和取壓方式、直徑比、雷諾數(shù)），直接影響流量計算的準確性。（2）影響流出系數(shù)C的因素分析①直徑比β對流出系數(shù)的影響Β＝孔板開孔直徑/孔板直徑；β愈小，使C值也愈小。②雷諾數(shù)ReD

對流出系數(shù)的影響流體經(jīng)過孔板時的收縮情況與雷諾數(shù)有關(guān)。慣性力大，雷諾數(shù)大，摩擦力大，雷諾數(shù)小。流出系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)，ReD

愈小，即摩擦力大，流束收縮截面增大，C就大；反之，ReD

愈大，流束收縮截面減小，C就小。第三節(jié)天然氣計量③標準孔板入口邊緣不尖銳對流出系數(shù)的影響標準孔板結(jié)構(gòu)：

孔口邊緣不尖銳將使C增大。一般說來，同樣一個不尖銳程度，在小的孔板上影響大，而在大的孔板上影響小。因此，孔板使用一段時間后，應(yīng)進行全面檢查，若發(fā)現(xiàn)開孔直角入口邊緣有劃痕、沖蝕和撞擦傷等，應(yīng)更換孔板。第三節(jié)天然氣計量4)測量管壁粗糙程度對流出系數(shù)的影響管壁粗糙也將使C增大。測量管使用一段時間后，應(yīng)對其內(nèi)壁的粗糙度進行檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面有明顯沖刷或腐蝕，應(yīng)更換內(nèi)表面符合標準要求的測量管。綜上所述，影響流出系數(shù)C值大小的因素較多，其計算公式是根據(jù)流體力學(xué)相似理論為基礎(chǔ)、以實驗所確定的數(shù)值為依據(jù)而得到的。（3）流出系數(shù)C的計算：式中：L1

、L2——分別為孔板上、下游端面到上、下游取壓孔的距離l1、l2與測量管D的比值(L1=l1/D、L2=l2/D)。當(dāng)取壓方式為法蘭取壓時，L1＝L2＝25.4/D；當(dāng)角接取壓時，L1＝L2＝0。D值的單位為mm。當(dāng)L1≥0.0390/0.0900時，β4(1-β4)-1的系數(shù)用0.0390。復(fù)習(xí)式中：Qsc——標準條件下氣體的體積流量，m3/h；An——單位計量系數(shù)，流量用標準條件表示時，An=0.0003619；若為“h”Ah＝0.011446，Ad＝0.27470

C——流出系數(shù)；

d——工作溫度下孔板開孔直徑，mm；FG——相對密度系數(shù)；ε——流束膨脹系數(shù)；FZ——超壓縮系數(shù)；FT——流動溫度系數(shù)；P1——孔板上游側(cè)取壓口氣流絕對靜壓，MPa；hw——氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓，Pa。流出系數(shù)C及其影響因素：1.定義；2.影響因素：直徑比的影響（β小，C?。?；雷諾數(shù)的影響（雷諾數(shù)小，C大）；孔板尖銳度的影響（孔板不尖銳，C大）；測量管壁粗糙度的影響。一級計量——油田外輸干氣的交接計量。二級計量——油田內(nèi)部干氣的生產(chǎn)計量。三級計量——油田內(nèi)部濕氣的生產(chǎn)計量。對流量確定的三種方式：第三節(jié)天然氣計量（3）流出系數(shù)C的計算：式中：L1

、L2——分別為孔板上、下游端面到上、下游取壓孔的距離l1、l2與測量管D的比值(L1=l1/D、L2=l2/D)。當(dāng)取壓方式為法蘭取壓時，L1＝L2＝25.4/D；當(dāng)角接取壓時，L1＝L2＝0。D值的單位為mm。第三節(jié)天然氣計量2.漸進速度系數(shù)E(Approchvelocitycoefficient)（1）定義：描述在節(jié)流裝置上游測量管的流速到孔板開孔處的流速之間的關(guān)系（2）計算公式：

3.可膨脹性系數(shù)ε(

Expensibilityfactor)（1）定義：用以修正天然氣流徑孔板時因密度的變化而引起的流量變化。當(dāng)流體為不可壓縮流體，ε＝1；當(dāng)流體為可壓縮流體，ε<1。（2）計算

值的經(jīng)驗方程式：

式中hw——孔板前后差壓值，Pa；p1——孔板上游側(cè)絕對壓力，MPa；κ—天然氣絕熱指數(shù)，一般可采用κ＝1.3。第三節(jié)天然氣計量4.天然氣超壓縮因子FZ（1）定義：式中Zsc

——天然氣在標準狀態(tài)下的偏差系數(shù)，計算中可近似為1；Z1——天然氣在流動狀態(tài)下的偏差系數(shù)。5.其它參數(shù)的確定（1）相對密度系數(shù)FG①定義：因天然氣實際相對密度g

不等于設(shè)定的g

為1.00時而引入的修正系數(shù)②計算公式：

實際相對密度g

應(yīng)按實際氣體取樣分析后，通過計算得出。(2)流動溫度系數(shù)FT①定義：天然氣流經(jīng)節(jié)流裝置時，由于實測氣流的平均熱力學(xué)溫度T1偏離標準狀態(tài)熱力學(xué)溫度(293.15K)而引入的修正系數(shù)。第三節(jié)天然氣計量②計算公式：

(3)工作條件下孔板開孔直徑d和測量管徑D在精確計算中，工作條件下孔板開孔直徑d和測量管徑D均可按下式計算：d20－20℃條件下孔板開孔直徑，mm∧20－孔板材料的線型膨脹系數(shù)，查閱相關(guān)手冊得到。t20－檢測時室內(nèi)溫度。(4)管徑雷諾數(shù)ReD在天然氣流量計算中常需計算管徑雷諾數(shù)ReD，其值可由下式計算：計算雷諾數(shù)的牛頓迭代逼近計算法步驟：1）先假設(shè)管徑雷諾數(shù)為無窮大(手工計算)或106(計算機計算)，2）計算出初始流出系數(shù)C1，3）求出初始流量q1用以代替的實求流量qsc，5）計算出管徑雷諾數(shù)的近似值，這樣重復(fù)計算直到得到滿意的結(jié)果。第三節(jié)天然氣計量（三）天然氣流量計算實用計算1.按照流量確定的第一種方式的實用公式現(xiàn)場實用計算時的不變參數(shù)：節(jié)流裝置的取壓方式、孔板直徑和測量管內(nèi)徑在更換周期內(nèi)不變；二氧化碳和氮氣含量在一個化驗周期內(nèi)也是固定的；實際計算中也可以20℃時計量管徑和孔板孔徑代替工作狀態(tài)下的計量管徑值和孔板孔徑值。因此，可令：

K=Ad×E×C1×d2×FG

K——流量計算常數(shù)。

(1)現(xiàn)場實用計算公式根據(jù)前面分析可知，流量計算需要進行迭代計算。如按一次迭代法，設(shè)雷諾數(shù)為無窮大，此時流量為q1，流出系數(shù)為C1，則天然氣體積流量計算公式如下：

qsc=q1×C/C1

第三節(jié)天然氣計量因此，流量計算公式的完整表達(8-8）可改寫成：qsc＝K×ε×FZ×FT×p1×hw×C/C1

式中：q1、C1——雷諾數(shù)為無窮大時，流量計算近似值和流出系數(shù)近似值。（2）流量計算近似值q1的確定。先令ReD=，計算流量的近似值q1其中

——可膨脹系數(shù)；標準中建議

取1.3，此時相當(dāng)于0.1MPa、37℃下的絕熱指數(shù)。近似流量的流出系數(shù)C1的計算：設(shè)時，流出系數(shù)C計算式中：此時可求出在時的流出系數(shù)C1第三節(jié)天然氣計量將各參數(shù)及現(xiàn)場測得的靜、差壓平均值、氣流溫度代入q1計算式，即可得到日流量的近似值q1。把日流量近似值q1

、C1帶入qsc計算式，即可求得實際流量qsc

。（3）流量計算步驟按一次迭代法，天然氣流量計算步驟如下①求出流量計算所需常數(shù)：E、、FZ、FT、FG、g等；②計算ReD

時流出系數(shù)近似值C1；③計算流量計算常數(shù)K；④計算ReD

時的流量近似值q1；⑤計算管徑雷諾數(shù)：用流量近似值q1代替公式中流量值計算管徑雷諾數(shù)⑥計算實際流出系數(shù)：第三節(jié)天然氣計量⑦計算實際流量值：2.按照流量確定的第二種、第三種方式的流量計計量實用公式流量計可計量出工作條件下的氣體體積，而要得到標準體積，須進行溫度、壓力修正：p—工作狀態(tài)下的氣體表壓力，MPa；pa—當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，MPa；

t——工作條件下的氣體溫度，℃；Q——流量計指示值，m3/d。第三節(jié)天然氣計量四、渦輪流量計流量計算在線使用的渦輪流量計，其計數(shù)器所顯示的數(shù)值，是被測氣體在實際工作壓力和工作溫度下的體積量，若將它換算到標準狀態(tài)下，其體積可用下式計算：式中：vo——標準狀態(tài)下的氣體體積，m3；pg——管線中的氣體表壓力，kPa；

po——標準大氣壓力，po=101.325kPa；Tg——工作狀態(tài)下的溫度，K；

Vm——流量計計數(shù)器實際顯示值，m3；pa——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，kPa；

T0——標準狀態(tài)下的溫度，K。第三節(jié)天然氣計量五、墊圈流量計和臨界速度流量計以上講述的差壓法測量氣體流量，雖具有計算方法成熟、精確度高等優(yōu)點，但由于設(shè)計和安裝必須按規(guī)定進行，因此只適用于采氣井場、集氣站和輸配氣站的天然氣流量測量，不適用于流量變化大的或未知流量的探井防噴測試。為此，介紹兩種勘探試氣常用的流量計。1.墊圈流量計用途：主要是用于小產(chǎn)量(小于8000m3/d)的氣井，尚未安裝輸氣管線時，在井場試氣測氣井流量。（1）結(jié)構(gòu)和工作原理：由直徑50mm、長125mm的金屬測氣短節(jié)、孔板、壓帽和膠皮管組成。U形管內(nèi)盛水銀(或水)，當(dāng)有壓力差時，即可測出壓力差的大小。第三節(jié)天然氣計量墊圈流量計也是壓差式流量計。氣體流經(jīng)孔板產(chǎn)生節(jié)流，形成壓力差。當(dāng)氣流速度小于臨界流速時，壓力差越大，流量越大。只要測出壓力差，即可求出流量。墊圈流量計的孔板下游直接通大氣，因此上流壓力實際就代表壓力差。（2）適用范圍：墊圈流量計只適用于測量較小氣體流量，一般為幾十到幾km3/d。它具有結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便等優(yōu)點，一般適用于鉆井中途測試和完井測試，也適合于油井測伴生氣量。2.臨界速度流量計特點：結(jié)構(gòu)簡單、所取參數(shù)少、計算簡便、測量范圍廣；用途：廣泛用于氣藏探井和尚未接通輸送管線的新井產(chǎn)氣量的放噴測量。但該流量計對生產(chǎn)井不宜采用，因輸氣管最大允許壓差一般都不能滿足該流量計的要求。第三節(jié)天然氣計量工作原理：臨界速度流量計也是一種用孔板作節(jié)流元件的速度式流量計。與前述差壓式流量計不同的是，孔板只是起著限流作用。由臨界流速條件可知：當(dāng)孔板上下游壓力滿足p2≤0.546p1時，通過孔板的天然氣流即達到臨界氣流狀態(tài)。此時，再降低p2不會使流量增加，再增加p1時，流束最小截面處的流速仍保持為聲速也不會增加。但增加p1時由于氣流的密度增加，從而使氣流的流量增加。這說明流過臨界速度流量計的氣體流量與下游壓力p2無關(guān)，僅決定于上游壓力p1。根據(jù)這一原理，測量孔板前的壓力p1即可求得天然氣的流量值。條件：臨界速度流量計測量流量時，必須使氣流達到臨界流動狀態(tài)，否則，需換用孔徑更小的孔板，直到滿足臨界流動狀態(tài)條件。如果測試時，下游不能接管線，需進行放空測試，則p2為大氣壓力，只要上游壓力p1大于兩個大氣壓力(絕對壓力)，氣流即達到臨界狀態(tài)。習(xí)題：

已知某差壓流量計參數(shù)為：計量管徑D20＝143.521mm，孔板開孔直徑d20＝100.044mm；取壓方式為法蘭取壓；天然氣相對密度為0.5691；測得氣流日平均溫度18.3℃；平均靜壓1.7004MPa；平均差壓24649Pa；生產(chǎn)時間24小時；計量管為新無縫鋼管，孔板入口尖銳。假設(shè)天然氣偏差系數(shù)為0.86。試計算日輸氣量？思考題：1.差壓法測量天然氣流量原理是什么？2.有哪些因素影響天然氣的流出系數(shù)？它們是如何影響的？3.天然氣流量計算中各公式如何確定？4.會用差壓法進行天然氣流量計算。5.墊圈流量計和臨界速度流量計測量原理及使用條件？第四節(jié)氣液分離一、概述從井中采出的天然氣或多或少都帶有一部分液體（凝析油、礦化水）和固體雜質(zhì)（巖屑、砂粒）。這些液體和固體雜質(zhì)帶進站場，會堵塞管線和磨損設(shè)備。因此，在單井井場和多井集氣站都安裝有分離器，對氣—液、氣—固進行初步分離。1.天然氣中的雜質(zhì)及其危害液體雜質(zhì)：水和油；固體雜質(zhì)：泥砂，巖石顆粒等。這些雜質(zhì)如不及時除掉，會對采氣、輸氣、脫硫以及用戶帶來很大危害，影響生產(chǎn)正常進行。主要危害有：

(1)增加輸氣阻力，使管線輸送能力下降氣液兩相流動比氣體單相流動時的摩阻大，對直徑一定的管線來說，摩阻增大意味著通過能力下降。含液量越高，氣流速度越低，通過能力降低越嚴重，且越易在管線低凹部位積液，形成液堵，嚴重時甚至中斷輸氣。如果氣液兩相一起進入脫硫廠，還會污染脫硫溶液，使脫硫溶液發(fā)泡而產(chǎn)生沖塔，影響脫硫廠的正常生產(chǎn)。

第四節(jié)氣液分離

(2)含硫地層水對管線和采氣設(shè)備的腐蝕

(3)天然氣流中的固體雜質(zhì)在高速流動時對管壁的沖蝕

(4)使天然氣流量測量不準為了避免上述危害，天然氣從井底產(chǎn)出后，先必須進行氣液分離。2.分離設(shè)備類型及適用范圍氣液分離包括相平衡分離和機械分離。相平衡分離：在一定的分離條件下，將液相物料送進分離器進行閃蒸，或是將氣相物料送進分離器進行部分冷凝，兩者都可能分離出氣、液兩相產(chǎn)品。特點：物料經(jīng)過相平衡分離獲得不同數(shù)量和質(zhì)量的氣液兩相。機械分離：主要是靠重力作用，通過分離器及其部件，實現(xiàn)氣、液兩相的重力分割，分離成氣、液產(chǎn)品。特點：機械分離按兩相密度差異將它們分開。第四節(jié)氣液分離機械分離的主要設(shè)備是分離器。包括常用的油氣分離器和氣水分離器、輸氣干線上的分水器、進壓縮機前的除塵器等。分離器的類型有立式分離器、臥式單筒分離器、臥式雙筒分離器、球形分離器和臥式三相分離器等類型。（1）分離器設(shè)備按類型分：可分為立式分離器、臥式分離器、球形分離器和臥式三相分離器等類型。按作用原理：重力式、離心式和混合式。3.分離器的共同功能：就分離氣井產(chǎn)出的流體來說，分離器應(yīng)具有以下功能：1)實現(xiàn)液相和氣相的初次分離。例如，氣水井產(chǎn)出的流體包括天然氣和自由水，初次分離要實現(xiàn)氣、水分開。2)改善初次分離效果，將氣相中夾帶的霧狀液滴分離。3)進一步將液中夾帶的氣體分離。4)在確信氣體中無液滴、液體中無氣體情況下，連續(xù)地將氣體和液體分別排出分離器。第四節(jié)氣液分離4.分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)都應(yīng)有共同點：為實現(xiàn)上述功能，分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都有某些共同之處：①氣液的初次分離段一般通過離心式入口裝置實現(xiàn)；②有足夠高(或足夠長)的沉降段，使液滴能從氣體中沉降到分離器底部；③分離器的氣體出口處裝有除霧器，捕捉氣流中不能靠自身重力沉降的微小液滴；④分離器具有控制閥件及儀表，如液位控制器、安全閥、止回閥、壓力表等附件。二、多級分離概念

1.定義：逐級降低分離器壓力，經(jīng)過兩級或兩級以上的閃蒸或部分冷凝，將氣井所產(chǎn)的流體分離成氣、液兩相的工藝方法稱為多級分離。圖9-3是多級分離的流程圖。

2.特點：在多級中，由于最后一次閃蒸分離是在油罐中發(fā)生，因此總是將油罐當(dāng)作氣液分離的最后一級。多級分離的目的：使氣井所產(chǎn)生的流體在逐級減壓時稍事停留以便獲得更穩(wěn)定的液相產(chǎn)品和較高的液相收率。高壓凝析氣田的地面分離流程通常采用多級分離，目的就是多回收液烴。第四節(jié)氣液分離井流1級（a）51(b)1級2級3級5324321級2級3級54級3.影響分離效果因素：多級分離并不意味著分離器用的愈多愈好。影響液烴收率的因素不僅是分離級數(shù)，還包括氣井所產(chǎn)流體的組成、分離溫度和壓力等。從經(jīng)濟效益上看，兩級以上分離，多增加一臺分離器的成本，可能超過這臺分離器多回收液烴增加的收入。因此，對于凝析氣田地面分離流程，由兩臺分離器和一個油罐組成的三級分離流程一般認為較為合理和經(jīng)濟。第四節(jié)氣液分離三、分離器類型、結(jié)構(gòu)及原理（一）重力式分離器1.立式重力式分離器作用原理：利用天然氣和被分離物質(zhì)的密度差來實現(xiàn)的。設(shè)計參數(shù)：最大處理量。只要實際處理量在最大設(shè)計處理量的范圍內(nèi)，重力分離器能夠適應(yīng)較大的負荷波動。（1）結(jié)構(gòu)：主要由筒體、進口管、傘形板、濾網(wǎng)、出口管、排污等組成。第四節(jié)氣液分離（2）工作原理：①初級分離段：含有液滴和固體顆粒的天然氣進入分離器，在離心力或急劇改變氣流方向的慣性力作用下，大量的液滴和固體顆粒從天然氣中初步分出。②沉降段：仍然懸浮在氣體中的較小液滴或固體顆粒，在此階段依靠氣體流速減小后在其自身的重力作用下從氣流中沉降分離。③除霧段：設(shè)置在氣體流出口前，用于捕集沉降段未能分離出來的液霧或固體微粒。微小液滴在此段發(fā)生碰撞、凝聚，最后結(jié)合成較大液滴下沉至集液段。④積液段：前三部分分離出的液體通過不同的渠道進入積液段。積液段應(yīng)有足夠的容積，具有減少流動氣流對已沉降液體擾動的功能，設(shè)置有測量液面的部件及自動排液裝置。（3）特點、適用條件：立式重力分離器占地面積少，易于清除筒體內(nèi)污物，便于實現(xiàn)排污與液位自動控制。通常用于分離含液量較多，液體或固體微粒較大的天然氣，以及對凈化要求不高的采氣井口、集氣站的天然氣初級分離。第四節(jié)氣液分離

2.臥式重力式分離器臥式重力式分離器的主體為一臥式圓筒體，氣流一端進入，另一端流出，其作用原理與立式分離器大致相同。

第四節(jié)氣液分離臥式分離器與立式分離器的比較：①臥式分離器適合處理含液量大的氣體。從分離器重力沉降部分液滴下沉方向與氣流運動方向看，在立式分離器中兩者相反；而在臥式分離器中兩者互相垂直。在后一種情況下，液滴更易于從氣流中分離出來。②臥式分離器氣液界面面積較大，集液部分液體中所含氣泡易于上升至氣相空間。③臥式分離器還有單位處理量成本低，易于安裝、檢查、保養(yǎng)，易于制成翹裝式裝置等優(yōu)點。④立式分離器占地面積小，易于實現(xiàn)液面控制，適合于處理含固體雜質(zhì)較多的氣水混合物，可在底部排污口定期排放和清除固體雜質(zhì)。（二）離心式分離器問題提出：天然氣中所含粉狀雜質(zhì)僅靠重力分離是不能滿足工藝要求的，因為要想分離的顆粒直徑越小，所需的分離器直徑就愈大。這樣不僅耗費鋼材，而且筒體直徑增大，壁厚增加，加工困難，很不經(jīng)濟。因此，現(xiàn)場還常用另一種分離器──離心式分離器。復(fù)習(xí)1.分離器的共同功能、共同特點；共同功能：1)實現(xiàn)液相和氣相的初次分離。2)改善初次分離效果，將氣相中夾帶的霧狀液滴分離。3)進一步將液中夾帶的氣體分離。4)氣體和液體分別排出分離器。共同特點：①氣液的初次分離段一般通過離心式入口裝置實現(xiàn)；②有足夠高(或足夠長)的沉降段，使液滴能從氣體中沉降到分離器底部；③分離器氣體出口處裝有除霧器，捕捉氣流中的微小液滴；④分離器具有控制閥件及儀表。2.重力式分離器工作原理：（四個工作段）。第四節(jié)氣液分離離心分離器特點：處理氣體能力大，分離效果好，結(jié)構(gòu)較簡單，分離粉狀雜質(zhì)好。1.結(jié)構(gòu)：由筒體、錐形管、螺旋葉片、中心管、積液包等組成。2.作用原理：利用離心力原理分離液(固)