油田分離物料的特性與常用方法

油田分離物料的特性與常用方法班級:姓名:學號:目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一原油特性 3\o"CurrentDocument"（一）國內(nèi)主要原油的性質(zhì)特點 3\o"CurrentDocument"（二）油氣水分離定義 3\o"CurrentDocument"（三）烴系的相特性 3\o"CurrentDocument"二分離方法 7（一） 脫氣 7\o"CurrentDocument"（二） 脫水 10\o"CurrentDocument"（三） 原油脫水工藝流程 12\o"CurrentDocument"參考文獻 14油田分離物料的特性與常用方法一原油特性（一）國內(nèi)主要原油的性質(zhì)特點我國產(chǎn)量較大的原油可分為三種類型：石蠟基原油、中間基與石蠟一中間基原油和環(huán)烷和環(huán)烷一中間基原油。具體情況見表1。原油類型代表油田典型特點石蠟基原油大慶、吉林、中原、青海等含硫低，鎳和釩含量不高，殘?zhí)康?，瀝青質(zhì)低，含蠟高，凝固點高中間基與石蠟一中間基原油勝利、遼河、大港等特點：蠟含量低，鎳含量高環(huán)烷和環(huán)烷一中間基原油孤島、單家寺、羊三木、高升等密度大，含蠟低，凝點低，膠質(zhì)、殘?zhí)?、酸值、鎳含量高（二?油氣水分離定義油氣分離地層中的石油到達井口，沿出油管、集油管流動時，根據(jù)其組成、壓力和溫度條件，形成了油氣共存的混合物。但油氣共存對油井產(chǎn)品計量、礦場加工、儲存以及長距離輸送等方面都產(chǎn)生了很大的影響，為滿足這些環(huán)節(jié)的需要，就需將油氣混合物按液體和氣體分開，成為通常所說的原油和天然氣，也就是油氣分離。原油脫水注水驅(qū)動方式開采的油藏占有極大的比例，因而從油井產(chǎn)出的油氣混合物內(nèi)經(jīng)常含有大量的采出水和泥砂等機械雜質(zhì)。特別在油田后期生產(chǎn)中，油井產(chǎn)物內(nèi)的水油比常超過10，泥砂等機械雜質(zhì)亦可高達1%-5%（質(zhì)）。據(jù)統(tǒng)計，世界上所產(chǎn)原油的90%以上需進行脫水。原油中的水不僅增加了能耗和投資的費用，而且酸性氣體如CO2和H2S等易在水中溶解，形成酸性水溶液，從而對設備、管線、泵體等產(chǎn)生腐蝕。對原油進行脫水、脫鹽、脫除泥砂等機械雜質(zhì)，使之成為合格商品原油的工藝過程稱原油處理。國內(nèi)常稱為原油脫水。（三） 烴系的相特性在一定溫度、壓力條件下，組成一定的物系，當氣液兩相接觸時，相間將發(fā)生物質(zhì)交換，直至各相的性質(zhì)（如溫度、壓力和氣、液組成等）不再變化為止。達到這種狀態(tài)時，稱該物系處于氣液相平衡狀態(tài)。油氣分離為相平衡的典型實例。油氣混合物進入分離器內(nèi)并停留一段時間，使揮發(fā)性強的輕組分與揮發(fā)性弱的重組分分別呈氣態(tài)和液態(tài)流出分離器，實施輕、重炷類組分的分離。純化合物（一元體系）的相特性純化合物的飽和蒸氣壓是溫度的單值函數(shù)，隨溫度的升降而增減（見圖1）。純炷溫度愈高，

分子的平均動能愈大，液相中就有更多的高動能分子克服分子間的引力，逸出液面進入氣相。在曲線左上方的條件下（如圖中L點），體系內(nèi)為單一的液相；在曲線右下方的條件下（如圖中J點），體系內(nèi)為單一的氣相；曲線上的任一點（如圖中K），體系內(nèi)存在氣液兩相。氣液兩相共存并達到平衡狀態(tài)時，宏觀上兩相之間沒有物質(zhì)的傳遞，體系內(nèi)液相的揮發(fā)量與蒸氣的凝結量相同，蒸氣壓力不再變化。這時的氣體稱為飽和蒸氣，液體稱為飽和液體，相應壓力稱為飽和蒸氣壓，因此飽和蒸氣壓即表示液體的揮發(fā)能力，又表示蒸氣的凝結能力。p（絕）/PaL/L/J蒸汽壓曲線t/°C圖1純烴的蒸氣壓曲線圖2為一元體系的P-v相圖，若體系內(nèi)的純烴一開始處于氣態(tài)，在一定的溫度匕下壓縮其體積，則壓力上升，氣體比容逐漸減少，到達A點時，體系內(nèi)有液體凝析出來，繼續(xù)壓縮到：8點已經(jīng)全部凝結為液體，繼續(xù)壓縮壓力急劇增加，這是由于液體的壓縮性造成的。在較高溫度t2下重復上述過程，由于溫度增高，純烴的飽和蒸氣壓增大，使飽和蒸氣的比容減小，而飽和液體則由于溫度升高，分子熱運動加劇，分子間距增大，體積膨脹，而使其比容略有增大。這樣飽和蒸氣和飽和液體的比容隨著溫度升高而相互接近，當溫度到t時c縮為一點，在這一點飽和蒸氣和飽和液體的比容相等。溫度高于^時，氣體不能被液化，所以tc被稱為臨界溫度，C點稱為臨界點，與該點對應的壓力和比容稱為臨界壓力和臨界比容。臨界溫度是氣液能平衡共存的最高溫度，超過臨界溫度，不管施加多大壓力均不能使之液化。臨界壓力是氣液平衡共存的最高壓力。那么臨界點是怎么確定的呢？根據(jù)實驗研究，在臨界點氣液兩相的強度性質(zhì)（與物質(zhì)的量無關的性質(zhì)，p、T、H等）相同，在臨界點附近，物質(zhì)的光學性質(zhì)發(fā)生明顯變化，光束通過物質(zhì)時有散射現(xiàn)象，物質(zhì)顯乳白色，并能觀察到物質(zhì)發(fā)出的熒光等，工業(yè)上據(jù)此確定純烴的臨界點。

p（絕）/Pap（絕）/PaP2P1二元體系的相特性由兩種純化合物(或稱組分)構成的體系稱為二元體系。(1)兩個概念：露點在一定溫度下，升高壓力，使氣體達到飽和狀態(tài)并開始有液體析出，此時，體系內(nèi)除極微量的平衡液體外，全都是飽和蒸氣，該點稱為露點，相應的溫度和壓力稱為露點溫度和露點壓力。泡點在露點壓力的基礎上，繼續(xù)壓縮體積，達到某一壓力時，氣體恰好全部變?yōu)轱柡鸵后w，即體系中除極微量的平衡氣泡外，全都是飽和液體，該點稱為泡點，相應的溫度和壓力稱為泡點溫度和泡點壓力。改變溫度重復上述過程，得到一系列的泡點和露點，連接各泡點得泡點線B，同樣得露點線D，它們和臨界點C一起構成包線BCD，包線內(nèi)為氣液兩相能平衡共存的溫度和壓力范圍。在該范圍內(nèi)，體系的溫度和壓力條件愈接近泡點線，體系內(nèi)的飽和液體量愈多；相反，體系狀態(tài)愈接近露點線，飽和氣體量愈多。

-50 0 50 100 150 200 250 300 350-50 0 50 100 150 200 250 300 350- 溫度，。C圖3乙烷一正庚烷體系的相特性B——泡點線；C——臨界點；D——露點線下標：2乙烷；7 正庚烷；a乙烷90.22%；b——乙烷50.22%；c——乙烷9.78%987654耽，力壓對絕圖3中乙烷質(zhì)量濃度為90.22%的乙烷一正庚烷體系的P-T曲線，可以說明二元體系的相特性。在40C,壓力小于0.5MPa時體系只有氣相，在此溫度下，壓縮體積，當壓力達到0.5MPa時，達到露點溫度，開始有液體析出，繼續(xù)升高壓力，液相不斷增加，當壓力達到5.2MPa時，達到泡點，此時氣體恰好變?yōu)轱柡鸵后w，進一步升高壓力，體系內(nèi)的液體成為過冷液體。(2)二元體系的相特性的特點：由圖中可以看出，相特性與二元體系的組成有關，重組分越多，特性向右偏移。飽和蒸氣壓不再是溫度的單值函數(shù)，在某一溫度下，氣液處于平衡狀態(tài)時的壓力有一個范圍，其大小和氣化率有關。氣化率f,液體量I,蒸氣壓I;氣化率I,蒸氣壓f;習慣上把該溫度下的泡點壓力稱為二元混合物在該溫度下的真實蒸氣壓。在二元體系中不存在臨界溫度和臨界壓力是氣液能平衡共存的最高溫度和最高壓力的結論：P>Pc或t>tc,只要在包線范圍內(nèi)，體系內(nèi)仍可出現(xiàn)氣液平衡共存狀態(tài)。二元體系內(nèi)，溫度高于輕組分臨界溫度時，能使輕組分部分或全部液化。解釋了甲烷（tc=-82.5°C）在地層中能液化的道理。臨界曲線：不同組成的二元體系的臨界點軌跡稱為臨界曲線，二元體系的臨界溫度在構成二元體系的組分臨界溫度之間，臨界壓力多數(shù)情況下高于純組分的臨界壓力。通常用一種揮發(fā)度和二元混合物相當?shù)募儫N的臨界點來表示二元混合物的臨界點，稱為假臨界點，求法如下：P=￡zP T=￡zT 式ic Ici c Ici 7式中：％為體系中i組分的分子分數(shù)。假臨界參數(shù)與真臨界參數(shù)之間有一定的區(qū)別。兩相區(qū)包線的最高溫度和最高壓力分別稱為臨界冷凝溫度和臨界冷凝壓力。臨界冷凝溫度、臨界冷凝壓力是氣液兩相能平衡共存的最高溫度和最高壓力。存在反常區(qū)等溫降壓反常冷凝和等溫升壓反常氣化。在臨界點附近，由于壓力降低，體系內(nèi)部分混合物液化并在某一點液量達到最大，在這以后隨著壓力的降低，已液化的混合物又發(fā)生汽化，直至露點為止。在等溫條件下，由于壓力降低反常的發(fā)生液化的現(xiàn)象稱為等溫反常冷凝。反過程可以解釋等溫升壓反常汽化。同樣的過程還有等壓反常冷凝和等壓反常汽化現(xiàn)象。這種反常現(xiàn)象只是在臨界點的右側(cè)或上方才能發(fā)生。多元體系的相特性兩種以上純化合物構成的體系稱為多元體系，它具備二元體系相特性的全部特征，只是組分更多，臨界壓力更高一些。二分離方法（一）脫氣原油中常含有溶解氣，隨著壓力降低，溶于原油中的氣體膨脹并析出。油氣分離包括平衡分離和機械分離。組成一定的油氣混合物在集輸系統(tǒng)的某一壓力和溫度下，只要油氣充分接觸，即接觸時間很長，總會達到平衡狀態(tài)，平衡時就會形成氣液比例一定，氣液組成一定的液相和氣相，這就是平衡分離。需要指出的是平衡分離是一自動過程。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，這就是機械分離，機械分離常在油氣分離器中進行。石油是一種及其復雜的烴類和非烴類的混合物。不同油田的石油在組成上有很大差異;同一油田，不同油層和油藏所產(chǎn)石油的組成也有差別；即使同一油井，在不同的開采階段，組成也有所變化。但在一段不太長的時期內(nèi)，同一口油井產(chǎn)物的組成可以看作是基本不變的。油氣分離方式油氣分離方式有三種：一次分離、連續(xù)分離（微分分離）和多級分離。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罐中排出，同時油氣進入油罐時沖擊力很大，實際生產(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，直至壓力降為常壓，平衡氣亦最終排除干凈，剩下的液相進入儲罐。連續(xù)分離亦稱為微分分離或微分汽化，它在實際生產(chǎn)中亦很難實現(xiàn)。多級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，把降壓過程中析出的氣體排出，脫除氣體的原油繼續(xù)沿管路流動、降壓到另一較低壓力時，把該段降壓過程中從原油中析出的氣體再排出，如此反復，直至系統(tǒng)的壓力降為常壓，產(chǎn)品進入儲罐為止。每排一次氣，作為一級；排幾次氣，叫做幾級分離。由于儲罐的壓力總是低于其進油管線的壓力，在儲罐中總有平衡氣排出，因而通常把儲罐作為多級分離的最后一級來對待，而其他各級則通過油氣分離器來排出平衡氣。所以，一個油氣分離器和一個油罐是是二級分離，二個油氣分離器和油罐串連是三級分離，以此類推。圖4是典型三級油氣分離流程示意圖。從井口采油樹出來的石油先進生產(chǎn)測試管測試是否達到生產(chǎn)條件，若符合條件，則進入原油加熱器進行加熱。將加熱后的原油送入高壓分離器進行分離，其間所得伴生氣送到火炬系統(tǒng)燒掉，所得污水送入污水處理系統(tǒng)。再將分離所得原油依次通過原油增壓泵和原油加熱器，最后送入低壓分離器分離再進行分離，將產(chǎn)生的污水和伴生氣分別送到污水處理系統(tǒng)和火炬系統(tǒng)進行處理，將最終所得原油送入油罐儲存。分離效果主要用最終原油銷售量及原油密度來衡量，得到的原油越多，密度越小，分離效果越好。一般要求氣中盡量不帶油滴（把直徑為0.1-0.01mm的油滴都分離出來）；同時要求油中盡量不含氣體（一般一噸原油含氣不應超過1方）。用由堀厘短圖4典型三級油氣分離流程示意圖1——高壓分離器；2——低壓分離器；3——油罐

表2不同級數(shù)和壓力下的分離效果數(shù)據(jù)表分離方案123分離級數(shù)123分離壓力（絕對）第一級1.011.034.0PX105Pa 第二級1.04.4第三級1.0液體占總質(zhì)量的分數(shù)0.83230.90310.9080液相15°C時的密度，kg/m3900892890氣體占總質(zhì)量的第一級0.16770.07940.0596百分數(shù) 第二級0.01750.0213第三級0.0111氣體的相對密度第一級0.9760.7000.637第二級1.3750.897第三級1.540總氣油比n，m3/t158108106多級分離的優(yōu)點：多級分離所得到的原油效率高、密度小。由表1數(shù)據(jù)可看出，二級分離和三級分離最終得到的液量分別比一級分離提高了8.5%和9.1%，原油密度分別降低了0.9%和1.1%；原油組成合理，蒸汽壓低，蒸發(fā)損耗少，效果好；多級分離得到的天然氣量少，重組分在氣體中的比例小。采用一級分離時，大量的輕質(zhì)汽油組分被白白地燒掉，使原油產(chǎn)品貶值；多級分離天然氣處理成本低；多級分離能充分利用地層能量，減少輸送成本。但多級分離時，級數(shù)越多，獲得的原油量將越多，分離效果越好。但是，隨著分離級數(shù)的增加，在儲罐中得到的原油回收增量卻越來越少，而投資費用卻大幅度上升，經(jīng)濟效益下降，因此，分離級數(shù)不能過多。分離級數(shù)的選擇原則：一般應根據(jù)油氣物性和油井壓力來合理選用分離級數(shù)：氣油比較低的低壓油田（依靠地層剩余壓力進行油氣分離時，壓力低于700KPa），采用二級油氣分離；中等原油密度、中到高氣油比和中等井口壓力（700-3500KPa）的油田，采用三級油氣分離；井口壓力高于3500KPa，而原油密度低、氣油比高時，可考慮采用四級油氣分離。見下表分離級數(shù)的選擇（注：高、中、低分別以700、3500KPa為界）。表3參考條件選用分離級數(shù)井口壓力原油密度油氣比低高低二級中中中三級高低高四級分離質(zhì)量和分離程度：油氣分離器工作的好壞以分離質(zhì)量和分離程度來衡量。分離質(zhì)量是指分離器出口處每標準立方米氣體所帶液量的多少，它反映了分離器主要分離部分即沉降分離和除霧器的工作情況，分離出的氣體中帶液量越少分離質(zhì)量越好。分離質(zhì)量用百分數(shù)K來表示：K=V液/V氣X100%；式中K一分離質(zhì)量，%；V液一出氣口排出的氣體所攜帶的液體體積，m3；V氣一出氣口排出的氣體體積，m3。 收分離質(zhì)量差，不少輕質(zhì)油組分被帶走，降低了原油的數(shù)量和質(zhì)量，而且在海上分離出來的天然氣除了供應平臺日常所需外，剩余部分通過火炬燒掉，這樣就使不少輕質(zhì)油白白浪費。分離程度是指分離器在分離的溫度、壓力下，從其出液口中排出的液體所攜帶的游離氣體積和液體體積之比值，用百分數(shù)S來表示：S=V氣/V液X100%；式中S--分離程度，%；V氣一出液口流出的液體所攜帶的游離氣體積，m3；；V液—出液口流出的液體體積，m3。'分離程度是反映分離器集液部分結構的完善程度。分離程度差，還將引起輸油管竄氣，影響容積式流量計和離心泵的正常工作。但是過高地要求分離質(zhì)量和分離程度將導致分離器結構復雜，外形尺寸增大，占用面積、空間增大，投資費用將大幅度上漲。我國所要求的標準是：分離質(zhì)量KW0.5cm3/m3（氣）；分離程度SW0.05m3/m3（液）。（二）脫水原油脫水的原因：（?。┥唐吩徒灰椎男枰?。交易時要扣除原油含水量，原油密度則按含水原油密度。原油密度是原油質(zhì)量和售價的的重要依據(jù)，原油含水增大了原油密度，原油售價降低，不利于賣方。（2）增大了燃料的消耗，占用了部分集油、加熱、加工資源，增加了原油的生產(chǎn)成本。（3）增加了原油粘度和管輸費用。相對密度0.876的原油，含水增加1%，粘度增大2%；相對密度0.996的原油，含水增加1%，粘度增大4%；原油內(nèi)的含鹽水引起金屬管路和運輸設備的結垢和腐蝕，泥砂等固體雜質(zhì)使泵、管路、其它設備機械磨損，降低管路和設備的使用壽命。（4）影響煉制工作的正常進行。原油中所含水分可以分為兩類：一類是直接可以用沉降法從油中分離出來的，稱為游離水；另一類很難用沉降法從油中分離出來，稱為乳化水。原油和水的混合物稱油水乳狀液，或原油乳狀液。主要有兩種類型。一種稱為油包水型乳狀液（W/O），另一種稱為水包油型乳狀液（O/W），此外還有復合乳狀液，即油包水包油型、水包油包水型等。原油脫水包括脫除原油中的游離水和乳化水。脫除乳化水比游離水難得多，因而多年來始終把W/O型乳化液的油水分離作為研究重點。油、水分離的基本原理是破壞乳化液油水界面膜的穩(wěn)定性，使其破裂，促進水顆粒凝聚成大水滴，使水從原油中沉降下來。表4脫水方法原理適用條件優(yōu)點缺點重力沉降和增加停留時間油水密度差處理松散的不穩(wěn)定乳化液省費用耗時、效果差加熱沉降法降粘度、破壞界面膜乳化液工藝簡單需要加熱設施熱水沖洗法水洗脫水脫鹽脫水及機械雜質(zhì)需要淡水及泵設備化學破乳脫水法破壞界面膜乳化液使用性強費用高粗粒化脫水法潤濕乳化液貨源充足、價格低廉處理量少電場破乳脫水法電荷異性相吸低含水原油效率高需要電力設施電化學聯(lián)合破乳脫水法化學與電場低含水原油重力沉降：適合于處理松散的不穩(wěn)定乳化液。油與水的密度差引起水從油中沉降分離出來。由于水滴比它所置換體積的油重，使它有一個作用于它的向下的重力，與這重力相抗衡的是水滴向下運動穿過油而產(chǎn)生的阻力，當這兩個力相等時，就會達到一個恒定的速度。由于水滴在原油中的下沉速度很慢，通常處于層流流態(tài)，常以斯托克斯公式表示水滴在原油中的勻速沉降速度：W=d?80*"義|! 式2式中：w 水滴勻速沉降速度，m/s；dw 水滴直徑，m；/o——原油粘度，Pa-s；g 重力加速度，m/s2；pw、Po—分別為水和油的密度，Kg/cm3。增加停留時荷兩小水滴碰撞聚結的機會會隨著時間的延長而增加，增加停留時間會提高脫水效果。加熱沉降法：如圖5,各種不同含水原油的粘度與溫度成反比關系，通過加熱起到如下作用：降低原油的粘度，使水的沉降速度加快；削弱了油水界面的薄膜強度，使油水易于分離。原油溫度的提高，增加了附在油水界面的各種不同含水原油的粘瀝青、石蠟、膠質(zhì)等乳化劑在原油中的溶解度，降低了水滴保護薄膜的機械強度；增加油水相對密度差，使水易于沉降。在同樣加熱升溫的情況下，原油的體積膨脹系數(shù)大，原油相對密度變化比水大。圖5各種不同含水原油溫度與年度的關系1—含水5%；2—含水14%；3—含水40%；4—含水60%熱水沖洗法：用大股熱水沖洗含水原油，使原油中的小水珠互相碰撞聚結成大水珠，原油中的水也能和沖洗熱水碰撞聚結成大水珠，有利于脫水，也有利于其它機械雜質(zhì)沉降下來?；瘜W破乳脫水法：化學破乳劑是一種表面活性劑，具有很強的活性，脫水過程中加入適量的破乳劑，便能使界面膜強度削弱或破裂，使水珠聚結、合并沉降下來。在向原油乳狀液中加入破乳劑（表面活性劑，它一端親水，另一端憎水）后，它很快聚集在油水界面上，由于破乳劑分子的取向，即親水端朝向水相，憎水端朝向油相，由于其親水能力遠遠高于乳化劑的親水能力，破壞了乳狀液界面上的天然乳化