1、海洋石油开采工程（第七章油气水处海洋石油开采工程（第七章油气水处理）理）二、海洋二、海洋油气水分离处理的主要特点油气水分离处理的主要特点是是 海洋平台造价高昂，占用面积和空间有限，油气水分离处理工艺应力求简化；海洋平台上的设备，均应具有防盐雾等腐蚀的要求；海上作业费用昂贵，要求设备有较高的可靠性和耐用度，且尺寸紧凑，便于维修。第七章第七章油气水处理油气水处理三、油气三、油气水水分离工艺分离工艺方案选择与优化方案选择与优化的基本原则的基本原则 生产气体（包括天然气和原油伴生气）在海上平台进行分离和脱水处理后，达到管线输送要求，并确保外输上岸出口压力满足终端设计要求。必须确保从井口到管线终点、输送
2、生产气过程中不致形成水合物。要十分重视对气井中腐蚀流体如HS、CO 的分离处理，采取有效的防腐蚀措施。第七章第七章油气水处理油气水处理 原油或凝析油进行分离脱水闪蒸处理，达到稳定原油要求（油中含水小于等于0.5，蒸气压（雷德法）小于等于82kPa）；并确保外输上岸出口压力满足终端设计要求（如600kPa左右）。含油污水处理达到含油量的排放要求：近海外（即沿海港湾之外）排放标准小于等于）；在沿海港湾内排放标准小于等于）。第七章第七章油气水处理油气水处理 使用先进、可靠和成熟的技术工艺与设备。充分利用油气藏本身地层压力的能量。如可利用气层压力进行管线的天然气输送，待气井后期地层压力下降，再增加天然
3、气压缩机以维持管线的输送压力；在油层压力较高的初期，可以不采用电潜泵抽油而靠天然能量采油。第七章第七章油气水处理油气水处理第七章第七章油气水处理油气水处理第一节第一节 原油原油处理处理第三节第三节 水处理水处理第二节第二节 天然气天然气处理处理一、原油乳状液二、原油处理的基本方法二、三、原油处理设计 将开采出来的原油在海上采油平台或生产油轮进行油、气、水的分离、净化、计量和外输；伴生气经除液后利用或送到火炬系统烧掉；污水进污水处理系统，符合排放标准后排放入海；原油进一步处理后得到合格的商品油存储或外输。第一第一节节 原油原油处理处理海上原油处理概述海上原油处理概述原油处理工艺应根据油、水、伴生
4、气、砂、无机盐类等混合物的物理化学性质、含水率、产量等因素，通过分析研究和经济比较确定。原油汇集、处理和计量外输是原油处理工艺的三大主要组成部分。第一第一节节 原油原油处理处理海上原油处理概述海上原油处理概述 满足商品原油水含量、盐含量的行业或国家标准商品原油含水要求：我国 0.52.0国际上 0.13.0，多数为0.2 原油允许含水量与原油密度有关：密度大脱水难度高的原油，允许水含量略高。含盐量的要求：我国绝大部分油田原油含盐量不高，商品原油含盐量无明确要求，一般不进行专门的脱盐处理。第一第一节节 原油原油处理处理 减少管线和设备的结垢和腐蚀。原油内的含盐水引起金属的结垢与腐蚀，泥砂等固体杂
5、质使泵、管路等设施的机械磨损，降低管路和设备的使用寿命。保证炼制工作的正常进行 降低原油粘度和动力费用。相对密度0.876的原油，含水增加1，粘度增大2；相对密度0.996的原油，含水增加1，粘度增大4；第一第一节节 原油原油处理处理 降低原油密度原油密度是原油质量和售价的的重要依据，原油含水增大了原油密度，原油售价降低，不利于卖方。降低燃料费用 原油含水增大了燃料消耗、占用了部分集油、加热、加工资源，增加了原油生产成本。第一第一节节 原油原油处理处理海上原油处理系统的主要技术海上原油处理系统的主要技术要求要求 根据油田油气性质、储量和该海域的海况、环境，采取合适的工艺措施，最大限度地满足油田
6、高速、经济合理开发；要有一定的储备能力，以保证每次销售油轮到来前维持正常生产；流程密闭，防火、防爆、防污染；第一第一节节 原油原油处理处理 安全可靠性好、保险系数大、运行效率高，仪控自动化程度高，便于操作管理；适应性强，能适应油田较高速开发和滚动开发周边油田的生产要求，适应油田生产过程中的调整和改造；工艺布局紧凑合理；结构牢固，适于防台风、防冻和耐腐蚀。第一第一节节 原油原油处理处理原原油油处处理理的的主主要要设设施施分离器分离器加热器加热器测试设备测试设备泵类设备泵类设备仪电设备仪电设备检测和安全保护设备检测和安全保护设备第一第一节节 原油原油处理处理原油处理典型工艺流程框图第一第一节节 原
7、油原油处理处理第一第一节节 原油原油处理处理第一第一节节 原油原油处理处理第一第一节节 原油原油处理处理第一第一节节 原油原油处理处理n 原油处理的目的？原油处理的目的？降低原油密度降低原油密度降低燃料动力费用降低燃料动力费用减少结垢和腐蚀减少结垢和腐蚀n 原油正式处理之前还需要掌握什么呢？原油正式处理之前还需要掌握什么呢？原油原油原油乳状液性质原油乳状液性质第一第一节节 原油原油处理处理v 游离水游离水 常温下用静止沉降法短时间内能从油中分离的水，常在沉降罐和常温下用静止沉降法短时间内能从油中分离的水，常在沉降罐和三相分离器中脱除。三相分离器中脱除。v 乳化水乳化水 用沉降法很难脱除的水，与
8、原油的混合物称为油水乳状液用沉降法很难脱除的水，与原油的混合物称为油水乳状液（原（原油乳状液）。油乳状液）。脱除游离水后，原油密度越大，乳化水含量越高。脱除游离水后，原油密度越大，乳化水含量越高。游离水游离水乳化水乳化水原油脱水原油脱水第一第一节节 原油原油处理处理一、原油一、原油乳状液乳状液乳状液是两种或两种以上不互溶或微量互溶的液乳状液是两种或两种以上不互溶或微量互溶的液体，其中至少有一种液体以液珠的形式均匀地分散于体，其中至少有一种液体以液珠的形式均匀地分散于另一种液体之中，乳状液都有一定的稳定性；通常，另一种液体之中，乳状液都有一定的稳定性；通常，把乳状液中以液珠形式存在的那一相称为把
9、乳状液中以液珠形式存在的那一相称为分散相分散相(内相内相或不连续相或不连续相)，另一个相称为，另一个相称为分散介质分散介质(外相或连续相外相或连续相)。概概 念念因此，乳状液是由因此，乳状液是由分散相、分散介质和乳化剂分散相、分散介质和乳化剂所组成。所组成。1、乳状液类型、乳状液类型第一第一节节 原油原油处理处理水包油，O/W，微小油滴分散在水中 油包水，W/O，微小水滴分散在油中乳状液乳状液类型类型多重型，例，W/O/W水水油油水水油油水水油油水水油油O/WW/OW/O/WO/W/O第一第一节节 原油原油处理处理染色法示意图染色法示意图(以亚甲蓝为例以亚甲蓝为例)乳状液乳状液类型的鉴别方法类
10、型的鉴别方法 稀释法稀释法染色法染色法电导法电导法水、油溶性水、油溶性O/W型导电性型导电性比比W/O型强型强乳状液水中乳状液水中稀释为稀释为O/W型型第一第一节节 原油原油处理处理1、乳状液类型、乳状液类型鉴别方法说明染色法往乳状液中加入油溶性染料，轻轻搅动，若乳状液呈现染料的颜色，则外相是油，乳状液是W/O型；若分散液滴呈染料颜色，则分散相是油，为O/W型。冲淡法将两滴乳状液分别滴在玻璃板上，然后将形成该乳状液的油和水，分别滴在两滴乳状液中，轻轻搅拌，易于和油混合者为W/O型；易于和水混合者为O/W型。电导法导电性好的为O/W型，差的为W/O型。滤纸法将乳状液滴在滤纸上，若能迅速铺开，滤纸
11、上只留下一小滴油，则为O/W型；若铺不开，则为W/O型。显微镜法油水乳状液类型的判别方法油水乳状液类型的判别方法第一第一节节 原油原油处理处理 系统中必须存在两种或两种以上互不相溶（或微量互溶）的液体 要有强烈的搅动，使一种液体破碎成微小液滴分散于另一种液体中 要有乳化剂存在，使微小液滴能稳定地存在于另一种液体中 2、乳状液生成、乳状液生成机理机理（1）乳状液生成条件）乳状液生成条件第一第一节节 原油原油处理处理 不平衡力场作用下，液体表面有自动缩小的趋势；在恒温恒压下，物系有自动向自由能减小方向进行的趋势；油水形成乳状液时，接触界面和界面能都很大，分散相液滴会自发地合并，缩小界面面积使界面能
12、趋向最低。（2）界面能和）界面能和界面张力界面张力第一第一节节 原油原油处理处理（3）乳化剂）乳化剂乳化剂：乳化剂：使乳状液稳定的物质使乳状液稳定的物质作用作用：吸附在油水界面上，形成吸附层：吸附在油水界面上，形成吸附层 （1 1）使油水界面的界面张力下降使油水界面的界面张力下降，减少了剪切水相变为小水滴所需的能量，减少了剪切水相变为小水滴所需的能量，也减小了使水滴聚结、合并的表面能；也减小了使水滴聚结、合并的表面能；（2）若吸附层具有凝胶状弹性结构，）若吸附层具有凝胶状弹性结构，在分散相液滴周围形成坚固、有韧性的在分散相液滴周围形成坚固、有韧性的膜膜，阻止水滴碰撞中的聚结、合并、沉降，阻止水
13、滴碰撞中的聚结、合并、沉降。“定向楔定向楔”理论理论:乳化剂在油水界面发生单分子层乳化剂在油水界面发生单分子层吸附时，极性端伸向水相，非极性端吸附时，极性端伸向水相，非极性端伸向伸向油相。伸向伸向油相。乳化剂界面小头指向分散相，界乳化剂界面小头指向分散相，界面大头指向分散介质。面大头指向分散介质。O/W型W/O型 若乳化剂为极性分子，排列在水滴界面上形成电荷，使水滴相互排斥，阻止水滴合并沉降。固体粉末聚集在油水界面上构成坚固而稳定的薄膜，阻碍分散相颗粒碰撞时的合并，是乳状液稳定的又一机理。第一第一节节 原油原油处理处理（3）乳化剂）乳化剂2、乳状液生成、乳状液生成机理机理是指乳状液抗油水分层的
14、能力。分散相颗粒 相原油粘度 油水密度差 界面膜和界面张力 老化 内相颗粒表面带电 温度 原油类型 相体积比 水相盐含量 pH值3、乳状液的性质、乳状液的性质（1）稳定性）稳定性影响原油乳状液稳定的因素：第一第一节节 原油原油处理处理 粒径越小、越均匀，越稳定；粒径大小还表示乳状液受搅拌的强烈程度。粘度越大粘度越大 分散相颗粒分散相颗粒乳化水滴的运动、聚结、合并、沉降愈难 增大了乳状液稳定性 外相原油粘度外相原油粘度分散相的平均粒径愈大 稳定性差 第一第一节节 原油原油处理处理 油水油水密度差密度差密度差愈大，油水容易分离稳定性较差。界面膜和界面膜和界面张力界面张力乳化剂构成的界面膜，阻止水滴
15、碰撞合并，维持乳状液的稳定性。老化老化反映了时间对乳状液稳定性的影响。第一第一节节 原油原油处理处理 内相颗粒表面带电内相颗粒表面带电内相颗粒界面上带有同种电荷是乳状液稳定的重要原因。温度温度提高温度可降低乳状液的稳定性：降低外相原油粘度；提高乳化剂的溶解度，削弱界面膜强度；加剧内相颗粒的布朗运动，增加水滴碰撞合并的几率。第一第一节节 原油原油处理处理 原油类型原油类型决定了原油内所含天然乳化剂的数量和类型。环烷基和混合基原油乳状液稳定，石蜡基原油乳状液稳定性较差。相相体积比体积比增加分散相体积使乳状液稳定性变差。第一第一节节 原油原油处理处理 水相水相盐含量盐含量淡水和盐含量低的采出水易形成
16、稳定乳状液。pH值值pH值增加，内相颗粒界面膜的弹性和机械强度降低，乳状液稳定性变差。第一第一节节 原油原油处理处理 原油含水、含盐后，密度显著增大。原油含水、含盐后，密度显著增大。若已知乳状液体积含水率，原油和水的密度o和w，原油乳状液的密度可按下式确定：wowowwooVVVV1（2）原油乳状液的密度）原油乳状液的密度第一第一节节 原油原油处理处理影影响响因因素素（2）乳状液粘度）乳状液粘度外相粘度 内相体积浓度（含水率）温度分散相颗粒 乳化剂及界面膜性质 内相颗粒表面带电强弱第一第一节节 原油原油处理处理曲线曲线温度温度/剪切速率剪切速率1402724081350274508157081
17、64027（加药）（加药）74081（加药）（加药）第一第一节节 原油原油处理处理乳状液粘度与水含量关系 一般生成稳定的W/O型原有乳状液 原油中含水 并含有足够数量的天然乳化剂4、石油生产中乳状液的生成和预防石油生产中乳状液的生成和预防（1）原油乳状液的生成）原油乳状液的生成 第一第一节节 原油原油处理处理 原油中所含的天然乳化剂：胶质、沥青质、环烷酸、脂肪酸、氮和硫的有机物、蜡晶、粘土、砂粒、铁锈、钻井修井液等。另外，原油生产中使用的缓蚀剂、杀菌剂、润湿剂和强化采油的化学药剂都是生成乳状液的乳化剂。第一第一节节 原油原油处理处理（2）防止）防止稳定乳状液生成措施稳定乳状液生成措施 尽量减少
18、对油水混合物的剪切和搅拌 尽早脱水第一第一节节 原油原油处理处理 油水混合物沿油管向地面流动，随着压力降低，气体析出膨胀，对油、水产生破碎和搅动。混合物流过喷嘴时，流速猛增，压力急剧下降，使油水充分破碎，形成较为稳定的乳状液。自喷井自喷井产生乳状液的原因第一第一节节 原油原油处理处理取样位置分析次数油嘴压降平均含水率总含水率游离水含率乳化水含率油嘴后780.250.3560.022.038.0油嘴前460.250.3562.244.717.5油嘴后90.91.060.00.759.3油嘴前后乳化水含量油嘴前后乳化水含量 用大油嘴并提高集输系统和油气分离器压力，减小油嘴前后的压差；油嘴装在井底减
19、少原油乳状液生成的预防措施第一第一节节 原油原油处理处理 防止抽油机固定阀、游动阀、柱塞漏泄产生激烈搅动 选择较大尺寸的固定阀和游动阀、并用气锚（使气体进入油套环空内的装置），避免气体进入泵筒内 提高深井泵容积效率 往油井油套环空内注入破乳剂能有效地阻止原油在井内乳化，还能使油井增产。深井泵采油深井泵采油第一第一节节 原油原油处理处理 气举井气举井 产生乳状液的场所井口，气举气进入油管处产生。间歇气举井口、地面管网内产生乳状液。连续气举注气点产生。第一第一节节 原油原油处理处理 集输过程促成乳状液生成的因素多相混输管路、离心泵弯头、三通、阀件等对混合物产生的搅拌。地面集输地面集输管网井管网井第
20、一第一节节 原油原油处理处理预防措施在集输系统的规划、设计、日常操作管理中尽量避免混合物的激烈掺混：管径不宜太小；尽量减少弯头、三通、阀件等的局部阻力；充分利用地形输送；流程中避免对流体的反复减压和增压；尽早分出混合物中的伴生气；注意各种阀门的严密性。第一第一节节 原油原油处理处理原油中水的类型：游离水和乳化水原油处理常用的方法化学破乳剂 重力沉降加热 机械电脱水共同点：创造条件使油水依靠密度差和所受重力不同而分层。二、二、原油处理的基本方法原油处理的基本方法第一第一节节 原油原油处理处理乳状液的破坏即破乳。原油乳状液的破乳过程分散水滴接近结合 界面膜破裂 水滴合并粒径增大 在油相中沉降分离。
21、即水滴的絮凝、聚结和沉降。1、常用术语常用术语（1）破乳）破乳第一第一节节 原油原油处理处理原油乳状液破乳的关键 破坏油水界面膜 使水滴聚结和沉降。第一第一节节 原油原油处理处理某些高分子聚合物（絮凝剂）的长链分子具有多个活性集团，附着在水滴上使乳化水滴聚集在一起，但界面膜连续没有破裂，水滴没有合并成大水滴。显微镜下观察到：水滴絮凝在一起呈鱼籽状。（2）絮凝）絮凝第一第一节节 原油原油处理处理小粒径水滴合并成大粒径水滴，并在规定时间内沉降至容器底部水层的过程聚结。sjjKddt06d0起始粒径；起始粒径；d最终粒径；最终粒径；乳状液体积水含率；乳状液体积水含率；Ks特定系统的经验参数；特定系统
22、的经验参数；j 大于大于3的经验参数，与水的经验参数，与水 滴碰撞反弹概率有关。滴碰撞反弹概率有关。（3）聚结聚结聚结时间估算聚结时间估算第一第一节节 原油原油处理处理乳状液在处理容器内的聚结时间t与能沉降至底部水层的水滴粒径d有关 在其他条件不变的条件下，分散相浓度愈大，所需的脱水时间t愈短。第一第一节节 原油原油处理处理乳化水滴在原油中的沉降速度用Stokes公式描述。18ow2ddgdV 与水滴粒径的平方成正比；与油水密度差成正比；与原油粘度成正比；在离心场内，可加速水滴的沉降。沉降速度的影响因素（4）沉降沉降第一第一节节 原油原油处理处理破乳剂一般都是人工合成的大分子、高分子或超高分子
23、的表面活性剂。破乳过程中破乳剂的作用 降低乳化水滴的界面张力和界面膜强度 消除水滴间的静电斥力，使水滴絮凝 有聚结作用 能润湿固体，防止固体粉末乳化剂构成的界面膜阻碍水滴聚结。2、破乳剂脱水、破乳剂脱水第一第一节节 原油原油处理处理 离子型破乳剂溶于水时，能电离生成离子。按其在水溶液中具有表面活性作用的离子电性，可分为阳离子、阴离子和两性离子等类别。非离子型破乳剂以环氧乙烷、环氧丙烷等有机合成原料为基础，在具有活泼氢起始剂引发下、有催化剂存在时，按一定程序聚合而成。（1）破乳剂）破乳剂类型类型第一第一节节 原油原油处理处理非离子型破乳剂的优点非离子型破乳剂的优点不不产生产生沉淀沉淀脱水成本低脱
24、水成本低脱出水中含油少脱出水中含油少用量少用量少（2）非离子型破乳剂的优点非离子型破乳剂的优点第一第一节节 原油原油处理处理 水溶性：可配制成任意浓度的水溶液 油溶性：净化油的能力比水溶性的高，脱出水含油高 混合型：能增加使用的灵活性（3）非）非离子型破乳剂的类型离子型破乳剂的类型第一第一节节 原油原油处理处理脱水脱水率率出水出水速度速度油水界面油水界面状态状态脱出脱出水的含油率水的含油率最佳最佳用量用量低温低温脱水性能脱水性能破破乳乳剂剂的的评评价价（4）破乳剂的评价）破乳剂的评价第一第一节节 原油原油处理处理 优点优点 在系统内较早注入可防止乳状液的形成；可在较低温度下脱水，节约燃料，降低
25、原油蒸发体积损失以及因原油密度增大的经济损失。（5）破乳剂脱水的优缺点破乳剂脱水的优缺点第一第一节节 原油原油处理处理 缺点缺点 注入破乳剂剂量过多时，可生成新的、稳定性更高的乳状液；若破乳剂量较大时，仅靠其脱水费用过高。第一第一节节 原油原油处理处理与三相分离器的主要区别：根据油水混合物内的水量来确定大小。3、重力沉降脱水重力沉降脱水（1）游离水脱除器）游离水脱除器第一第一节节 原油原油处理处理 水洗 沉降 工作原理工作原理（2）沉降罐）沉降罐第一第一节节 原油原油处理处理 衡量标准沉降时间油水混合物在罐内的停留时间，表示沉降罐处理油水混合物的能力；操作温度；原油中剩余含水率；脱除水中含油率
26、。沉降罐工作效率的衡量标准及影响因素沉降罐工作效率的衡量标准及影响因素第一第一节节 原油原油处理处理 影响因素 破乳剂的选择和用量 油水混合物的性质 配液管工艺设计 原油中所含溶解气的析出 第一第一节节 原油原油处理处理 优点：进罐混合物无需加热，节省燃料；操作简单，要求自控水平低；原油轻质组分损失少，原油体积、密度变化小。重力沉降脱水的优缺点重力沉降脱水的优缺点第一第一节节 原油原油处理处理 缺点：不适用于气油比大的原油乳状液；不适用于海洋原油处理；投资、检查、维护费用较高；热损失较大；存在截面流动不均、短路流及流动死区。第一第一节节 原油原油处理处理 尽可能降低加热脱水温度；加热前尽可能脱
27、除游离水，减少无效热能消耗；有废热可利用场合，优先利用废热加热乳状液；尽可能一热多用，节省燃料。4、加热脱水加热脱水（1）脱水）脱水原理原理提高加剂油水混合物的温度，加速乳状液破乳和油水分离。（2）加热）加热脱水的原则脱水的原则第一第一节节 原油原油处理处理 加热炉 加热处理器（heater-treater）集加热、脱水、脱气功能于一体的容器。不适合处理含水量很大的乳状液。（3）加热脱水设备）加热脱水设备第一第一节节 原油原油处理处理 立式脱气段、聚结沉降段、加热水洗段（油水停留时间35min）、游离水脱除段四部分组成。适用于油田单井井流的处理。卧式结构与无电极的静电脱水器相同。第一第一节节
28、原油原油处理处理第一第一节节 原油原油处理处理静电加热脱水器 第一第一节节 原油原油处理处理利用聚结介质亲水憎油并提供很大表面积的性质，促使水滴聚结沉降。5、机械、机械脱水脱水第一第一节节 原油原油处理处理（1）脱水）脱水原理原理 优点无需加热。缺点处理较脏或含蜡原油时容易堵塞聚结材料的通道。注：机械脱水一般不作为独立的处理过程，常与其它脱水方法配合使用。（2）机械脱水的优缺点）机械脱水的优缺点第一第一节节 原油原油处理处理利用离心场内离心加速度大于重力加速度，促进水滴的沉降和油水分层。6、离心脱水、离心脱水（1）离心脱水原理）离心脱水原理第一第一节节 原油原油处理处理7、静电脱水、静电脱水第
29、一第一节节 原油原油处理处理将原油乳状液置于高压直流或交流电场中，由于电场对水滴的作用，削弱了水滴界面膜的强度，促使水滴碰撞，合并成粒径较大的水滴，在原油中沉降分离出来。水滴在电场中的三种聚结方式：电泳聚结，偶极聚结，振荡聚结（1）静电脱水原理）静电脱水原理第一第一节节 原油原油处理处理 电法脱水只适宜于油包水型乳状液。原油的导电率很小，乳状液通过极间空间时，电极间电流很小，能建立起脱水所需的电场强度。水包油型乳状液通过极间空间时，由于带有酸碱盐等离子的水是良导体，导致极间电压下降，电流猛增，产生电击穿现象。一般进入电脱水器的原油含水率低于30。含水率较高的油包水型乳状液，电法脱水也易产生电击
30、穿现象。（2）静电脱水适用条件静电脱水适用条件第一第一节节 原油原油处理处理 能在较低温度下破乳，节省燃料，也减少原油的密度和蒸发损失；静电脱水处理器的处理量大，在相同处理量下容器较小，更适用于海洋平台；脱水温度低，净化原油含水率低，结垢和腐蚀倾向减小。（2）静电脱水优点静电脱水优点（3）静电脱水静电脱水主要缺点主要缺点 增加设备投资、控制和维修费用。第一第一节节 原油原油处理处理三、原油处理设计三、原油处理设计1、设计步骤、设计步骤2、设备尺寸的确定方法、设备尺寸的确定方法 设计资料收集 处理方法选择 确定处理设备的尺寸 确定流程。停留时间法 水滴沉降和停留时间结合法第一第一节节 原油原油处
31、理处理a.选择处理温度，确定原油 粘度；b.确定处理温度下必须沉降 的最小水滴粒径；c.确定处理器外形尺寸；d.用停留时间法检查容器 尺寸；e.改变处理温度重复上述 计算，从多个尺寸中选优。水滴水滴沉降沉降和停和停留时留时间结间结合法合法第一第一节节 原油原油处理处理脱水流程举例第一第一节节 原油原油处理处理脱水流程举例第一第一节节 原油原油处理处理第七章第七章油气水处理油气水处理第一节第一节 原油处理原油处理第三节第三节 水处理水处理第二节第二节 天然气处理天然气处理二、一、天然气脱水及水露点控制一、二、天然气水合物的形成及预防三、天然气计量第二节第二节 天然气天然气处理处理油田伴生气或气井
32、采出的天然气，一般都含有砂粒、岩屑等固体杂质，水、凝析油等液体，以及水蒸气、硫化氢、二氧化碳等气体。固体杂质将导致管道、设备和仪表的磨损，堵塞管道，降低输气量。天然气中存在水蒸气，不仅减少了管线的输送能力和气体热值，而且当输送压力和环境条件变化时，还可能引起水蒸气从天然气流中析出，形成液态水、冰或天然气的固体水合物，从而增加管路压降，严重时堵塞管道。天然气中的杂质引起的主要危害天然气中的杂质引起的主要危害第二节第二节 天然气天然气处理处理 天然气中凝析油的聚积不仅会引起设备、管道和仪表的腐蚀，同样会增加管输的阻力，降低输气量。气中凝析油和水汽对平台燃气轮机也不利，易造成机内积炭，增加腐蚀，减少
33、使用寿命。天然气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体溶于水，会加速对管道、设备的腐蚀。第二节第二节 天然气天然气处理处理一般的天然气处理工作主要包含以下内容 相分离 甜化处理（即脱硫，脱二氧化碳）水露点控制（即脱水）烃露点控制（即去除天然气中的重质成分）温度控制（冷却、加热）压力控制（减压、压缩升压）天然气的传输 计量等。第二节第二节 天然气天然气处理处理在海上平台要脱除天然气中的H2S或CO2酸性气体，需要建设庞大的装置，增加海上投资。一般是将天然气输送到岸上进行脱酸气处理。而在平台上只完成天然气脱水，降低气体露点，使其在向岸上输送过程中无水分析出。处于气体状态的酸气就不会对输送管道产生严重的腐蚀
34、。第二节第二节 天然气天然气处理处理一、天然气脱水及水露点控制一、天然气脱水及水露点控制天然气脱水，就是脱除天然气中的水分，降低水露点的工艺。水露点是指水开始从天然气中冷凝出来的温度。将天然气脱水至所要求露点以下的温度，就可以避免水合物的形成及冷凝水的酸腐蚀。从油气分离器分离出来的天然气是处于含水汽的饱和状态。第二节第二节 天然气天然气处理处理1、含水量的确定、含水量的确定天然气中的含水量与天然气的温度、压力、组分及酸性气体（H2S和CO2）等因素有关。天然气中的饱和水气含量随温度的升高而增加 随压力的增加而减小 酸性气体及重质烃类含量的增加也会导致含水量增加 一定量的氮气则会使含水量降低第二
35、节第二节 天然气天然气处理处理测定天然气中含水量的方法测定天然气中含水量的方法有有质量法露点法图算法等前两种在生产现场较常用，而图算法主要用于设计脱水系统来估算天然气的含水量。第二节第二节 天然气天然气处理处理2、天然气脱水的方法天然气脱水的方法天然气脱水天然气脱水方法方法 液体吸收法 固体吸附法 降温冷凝法液体吸收法是海上平台天然气脱水使用较为普遍的方法，应用最广泛的是三甘醇相接触脱水。第二节第二节 天然气天然气处理处理 液体吸收法脱水深度一般能达到-20-40，固体吸附法一般能达到-73以下，含水量可达到mg/m。如果脱水要求的露点相同，液体吸收法要比固体吸附法更经济。降温冷凝法一般用于对
36、高温高压天然气中的水分进行粗分离。海上气田一般采用三甘醇相接触脱水。第二节第二节 天然气天然气处理处理（1）液体）液体吸收法吸收法液体吸收法是根据天然气和水在液体中的溶解度不同，采用亲水性较强的吸水液体与天然气接触，使天然气中的水分被吸收，从而达到干燥天然气的目的。天然气脱水中常用的液体吸收剂（干燥剂）有四种：乙二醇（EG）二甘醇（DEG）三甘醇（TEG）四甘醇（T4EG）第二节第二节 天然气天然气处理处理甘醇类甘醇类化合物优点化合物优点第二节第二节 天然气天然气处理处理 对天然气有较高的脱水深度 较低的溶解度 对化学反应和热作用稳定 蒸气压低，黏度小 发泡乳化倾向小 对设备无腐蚀，容易再生
37、价格低廉等优点 容易获得。天然气的脱水深度一般用露点降表示。露点降是天然气脱水塔操作温度与脱水后干气露点温度之差。三甘醇的应用范围 露点降为2278 气体压力为0.1721.72MPa 气体温度为471 含硫或不含硫天然气的脱水。第二节第二节 天然气天然气处理处理 三甘醇脱水工艺流程 三甘醇脱水工艺主要由甘醇吸收和再生两部分组分。第二节第二节 天然气天然气处理处理 含水天然气（湿气）先进入进口分离器，以除去气体中携带的液体和固体杂质，然后进入吸收塔。在吸收塔内，原料气自下而上流经各塔板，与自塔顶向下流的贫甘醇液逆流接触，甘醇液吸收天然气中的水汽。经脱水后的天然气（干气）从塔顶排出。吸收了水分的
38、甘醇富液自塔底流出，经再生精馏柱换热后进入闪蒸分离器。第二节第二节 天然气天然气处理处理 闪蒸出的气体可作为燃料或排至安全地带放空。从闪蒸分离器内撇出的碳氢化合物液收集到平台含油污水处理系统，从闪蒸分离器底部出来的富甘醇溶液经过滤器和贫富甘醇热交换器后进入再生装置。富甘醇在再生装置中提浓后溢流到下部重沸器，然后冷却并流入贫甘醇储罐。第二节第二节 天然气天然气处理处理 浓缩后，甘醇由循环泵经气甘醇热交换器打入吸收塔重复使用。甘醇吸收塔和气甘醇热交换器同工艺设备通常安装在平台危险区，其余的设备组装在一起并放在再生撬块上。由于重沸器可能是直接火管加热式的，它必须放在一个安全位置并处于平台的下风处。的
39、脱水深度一般用露点降表示。第二节第二节 天然气天然气处理处理 三甘醇脱水工艺原理 八碳以下的甘醇具有很强的吸水性，这一物理性质是由它的分子结构决定的。每个甘醇分子都有两个羟基（），羟基在结构上与水相似，因而可与水分子形成氢键，类似于水分子与水分子之间的氢键，从而使水缔合：x（）（）x，这样，高浓度甘醇水溶液就可将天然气中的水蒸气萃取出来，形成甘醇稀溶液。第二节第二节 天然气天然气处理处理 甘醇的脱水过程就是吸收过程，这个过程在接触（吸收）塔内进行。气流从塔底进入，而贫三甘醇溶液从塔顶流入，以逆流方式流动，通过各级塔盘的气体与三甘醇充分接触，气流里的水蒸气被吸收到贫三甘醇溶液中。最后，富三甘醇从
40、塔底流回再生（浓缩）系统。第二节第二节 天然气天然气处理处理常用醇类接触（吸收）塔第二节第二节 天然气天然气处理处理（2）固体）固体吸附法吸附法吸附是指流体与多孔固体粒子相接触，流体中某些组分的分子被固体内孔表面吸住的过程。它是在固体表面力作用下产生的，根据表面力的性质可分为物理吸附和化学吸附。由于物理吸附是“范德华力”造成的，是一种可逆过程，随温度和压力变化会发生“脱附”。因此天然气净化脱水多用物理吸附法，常用的固体吸附剂有硅胶、分子筛、活性铁矾土、活性氧化铝等。而轻烃回收装置（深冷）多用分子筛脱水。第二节第二节 天然气天然气处理处理 分子筛为多孔性的硅酸铝，具有很大的内部比表面积（一般为6
41、001000/g），因而有很强的吸附能力。分子筛型号一定，其孔径都是一样的，只有那些比分子筛孔径小的分子才能进入分子筛的空腔而被吸附，大分子则被排除在外，从而达到了大小分子分离的目的。天然气脱水装置中的吸附塔一般采用加热法再生。当用分子筛进行气体的深度脱水时，再生温度在260371，脱水后的干气露点可达-84-101。第二节第二节 天然气天然气处理处理固体吸附水双塔流程图第二节第二节 天然气天然气处理处理 从吸附床底部出来的原料气抽取一小部分作再生气进加热器（炉）升温。从加热器（炉）出来的高温再生气从再生床的底部进入，然后从顶部出来的含饱和水蒸气的再生 气经冷却器冷却后进入再生分离器。从再生分
42、离器分离出来的水排入闭式排放系统，分出来的 湿天然气可通过再生气压缩机增压返回原料气进口分离器，亦可直接做燃料气或并网外输。第二节第二节 天然气天然气处理处理（3）降温）降温冷凝法冷凝法降温冷凝法 空冷法 膨胀法 冷剂制冷法通过直接冷却天然气，使天然气中的饱和水随温度降低而减少。降温冷凝法适用于气源压力低、气流温度高、含饱和水天然气在输送过程中产生烃类凝液较多、环境温度又非常低，且低于起点天然气的水露点和烃露点的情况。第二节第二节 天然气天然气处理处理（）空冷（）空冷法法第二节第二节 天然气天然气处理处理 冬季气温比埋地管线在较长时间内低于以上时，就可以采用空冷法，即直接利用自然冷源对饱和天然
43、气进行降温脱水。对使用空冷法脱水的天然气集输管线一般设有通球和添加抑制剂（如甲醇）设施。可见，空冷法只适用于冬季或温度很高的天然气。（）膨胀）膨胀法法，即即节流法节流法脱水脱水该法只限于气源有富余压力可利用、膨胀后无须再增压的场合。第二节第二节 天然气天然气处理处理膨胀法脱水装置包括 进气分离器 换热器 节流阀 低温分离器 防止水合物生成的注抑制剂的储罐 注入泵。若采用甘醇作抑制剂，则还有甘醇再生装置。第二节第二节 天然气天然气处理处理（）冷剂制冷）冷剂制冷法法即利用冷剂（氨、丙烷及混合冷剂）制冷原理使天然气降温脱水，主要适用于无压差可利用的场合。冷剂制冷装置包括 进气分离器 贫富气换热器 蒸
44、发器、低温分离器 制冷 凝液稳定设备等第二节第二节 天然气天然气处理处理二、天然气水合物的形成及预防二、天然气水合物的形成及预防天然气水合物是一种白色结晶固体，外观类似松散的冰或致密的雪，密度为0.880.90g/cm3。1、水合物、水合物的结构的结构天然气水合物是在一定的压力和温度条件下，天然气中某些组分（如甲烷、乙烷、丙烷、H2S和CO2 等）与水构成的结晶状水合物。烃分子与水分子之间并没有真正发生化学作用，仅靠分子间的范德华力保持晶体的稳定。第二节第二节 天然气天然气处理处理天然气水合物有两种晶体结构：型结构和型结构。两种结构都包含有两种大小不同而数目一定的孔穴。所谓孔穴是由水分子通过氢
45、键连接起来而构成的多面体，有12面体、14面体和16面体三种。12面体分别和另外两种多面体搭配而形成、型两种结构第二节第二节 天然气天然气处理处理第二节第二节 天然气天然气处理处理2、水合物的形成、水合物的形成形成水合物一般要有三个条件：气体处于水气的过饱和状态或有液态水存在；有足够高的压力和足够低的温度；其他次要条件，如高气流速、任何形式的搅动、酸性气体（和）的存在、天然气的组分等。第二节第二节 天然气天然气处理处理天然气水合物形成的平衡曲线第二节第二节 天然气天然气处理处理天然气水合物生成的平衡曲线描述了不同相对密度的天然气形成水合物的最低压力及最高温度条件。从图中曲线可以看出，天然气压力
46、越高，形成水合物的温度也越高。天然气的相对密度越大，形成水合物的压力越低，温度越高。然而天然气中每种组分生成水合物都有一个温度上限，即水合物可能存在的最高温度。若温度高于此上限，不管压力多大，都不能生成水合物，此温度称为气体水合物生成的临界温度。第二节第二节 天然气天然气处理处理天然气水合物形成特性曲线第二节第二节 天然气天然气处理处理天然气水合物形成特性曲线与其烃露点线及泡点线的关系。线FEGC 是该气体的烃露点线，水合物曲线FGH 的倾斜度沿着四分线FG 变得越来越垂直。四分线FG的倾斜度取决于系统中烃类液体的量，烃类液体的量越大，其倾斜度越陡。若四分线与相包络线相交在点的左边（即泡点线）
47、，则水合物曲线在单相态区域内基本上是垂直的。第二节第二节 天然气天然气处理处理3、预防、预防天然气水合物形成的措施天然气水合物形成的措施天然气中含有水分是形成水合物的内在因素，因此最积极的防止水合物形成的方法是脱除天然气中的水分。第二节第二节 天然气天然气处理处理（1）控制节流）控制节流压降压降 天然气在节流过程中，导致气体降压膨胀，温度下降，压降越大，温降就越大。控制节流压降，就可以保证温降不太大，并使温度高于水合物生成的温度。利用天然气随给定压降的温降图可快速求得天然气流温降的近似值。第二节第二节 天然气天然气处理处理（2）提高天然气）提高天然气流动温度流动温度在一定的压力下，水合物有一定
48、的形成温度。如果使天然气的温度始终高于水合物形成的温度，则会有效地防止水合物的形成。该法主要用于高压气井节流阀前，预先用加热器加热然气，使其经过节流阀的节流降压后，气体温度仍高于水合物形成的温度。第二节第二节 天然气天然气处理处理平台加热天然气的常用设备有电加热器和热介质加热器。如果天然气的压力过高，电加热器的投资会非常昂贵，但电加热器的操作非常方便。第二节第二节 天然气天然气处理处理（3）天然气）天然气中注入水合物中注入水合物抑制剂抑制剂向天然气中注入各种能降低水合物生成温度的抑制剂，一般常用的抑制剂有甲醇（MeOH）、乙二醇（MEG）、二甘醇（DEG）。甲醇可用于任何操作温度，由于它的沸点
49、较低（常压下为64.7），故用于低温下比较合适，在较高温度下，蒸气损失过大。甲醇用于处理气量较小，含气量较低的平台井口节流设备或管道。乙二醇较甲醇沸点高，蒸发损失小，一般可重复使用，适用于处理气量大的平台。第二节第二节 天然气天然气处理处理天然气随给定压降的温降图第二节第二节 天然气天然气处理处理4、解除天然气水合物在管线中冰堵的措施、解除天然气水合物在管线中冰堵的措施常用的解除天然气水合物堵塞的措施有三种：（1）注）注抑制（防冻）抑制（防冻）剂剂 在生产现场常用甲醇、乙二醇。将抑制剂注入水合物形成点的上游，以降低水合物形成的平衡温度，从而使形成的水合物逐步分解，达到解堵目的。第二节第二节 天
50、然气天然气处理处理（2）加热）加热 提高水合物形成点上游天然气的流动温度，使之高于水合物的形成温度。对于地面管道，可以采用在管外加热水或用蒸汽来加热管线，逐步解除管道内已形成的水合物。第二节第二节 天然气天然气处理处理（3）降压）降压解解堵堵 通过放空天然气降低压力，降低水合物形成的平衡温度，达到解堵目的。该法一般在管道完全堵塞的情况下应用。第二节第二节 天然气天然气处理处理当管道开始发生水合物冰堵时，应立即采取提高天然气流动温度或注入抑制剂等措施。一旦管道被天然气水合物完全堵塞，则只有放空降压解堵，不过管道温度低于不宜采用降压法，因为水合物分解时形成的水会变成冰引起冰堵，在此情况下，应在降压
