第五章 油气分离

2 H 1 H 1 H1 1 1 1 1 1 sin 1 2 r r r 4 1 1 1 2 = hD hD hD sin 1 2hD 1 2 2
可见，油滴的匀速沉降速度与油滴直径、分离压力和温度有关。
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油滴流态的判断
层流变为过渡流时
v1d1 g
g
2
v1
2 g
2 g d1 g
1 3

d12 g o g 18 g
过渡流变为湍流时
d1 3.3 g g g o v2 d 2 g gd 500 v2 500 g 1.74[ 2 o g ]0.5
相越接近平衡状态，分离器的 平衡分离作用越完善,表征分离 器的平衡分离效果。

气体带液率kl，液体带气率kg：表征分离器的机械
分离效果。

气体带液率kl=f（分离器沉降部分，除雾器，入口 分流器）

液体带气率kg=f（分离器集液部分，入口分流器）
5.5.6 分离器的工艺计算
从气体中分出油滴的计算 从原油中分出气泡的计算
分离压力的选择
克别尔Campbell级间压力比经验公式
Pi 1 RP Pi
n
P 1 Pn
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5.5 油气分离器 5.5.1 分离器的类型
按外型分：立式，卧式 按功能分：两相、三相、计量、缓冲分离器，涤气 器，闪蒸罐等 按压力分：真空（<0.1MPa）、低压（<1.5MPa） 、 中压（1.5～6MPa）、高压（>6MPa）分离器 按工作温度分：常温、低温分离器 按实现分离主要利用的能量分：重力式、离心式和 混合式
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A、油滴匀速沉降速度
重力 浮力 阻力
d3
6

6
d 3 o g

6
d 3g g
R CD
d 2 v2
4 2
g
o g g CD
d 2 v2
4 2
g
v
4 gd d ( o g ) 3CD g
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B、阻力系数与雷诺数的关系
多级分离效果分析（为什么多级分离优于一次分离？） 1、携带效应 2、压力愈高，重组分分子在气相中的浓度愈低，而在液 相中的浓度愈高。 3、气体排出越及时，以后携带蒸发的机会越少，重组分 分子进入气相的机率越小。 结论：连续分离所得的液体量最多，一次平衡分离所 得的液体量最小，多级分离居中。在多级分离中，级数 越多，液体的收率越大，液体的密度越小。
vdg vo
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液面平均下降速度
CD
24 3 0.5 0.34 Re Re
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24 3 ① 按相关式计算油滴匀速沉降速度CD Re Re0.5 0.34
•设CD＝0.34，计算油滴匀速沉降速度 4 gd d ( o g ) v •由求得的油滴匀速沉降速度计算Re 3CD g •由Re计算CD •由计算所得的CD计算油滴匀速沉降速度，与上一个计 算所得的油滴匀速沉降速度进行比较，若在控制误差 范围内，该计算所得的油滴匀速沉降速度即为欲求的 油滴匀速沉降速度 •否则，返回步骤②直至在控制误差范围内
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5.5.3 立式油气分离器
与卧式分离器的不同： （1）气液界面 （2）气体流向和气体中液 滴的沉降方向 （3）出油口位置
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5.5.4 分离器基本组成
入口分流器
重力沉降区
捕雾器 集液区
压力、液位控制部件
安全防护部件
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5.5.5 分离器质量检验指标
接受室
疏流室
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（2）捕雾器类型 1、丝网式捕雾器 2、拱板式捕雾器 3、波纹板捕雾器 4、迪克松板捕雾器 5、填料式捕雾器 6、离心式捕雾器
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捕雾器工作原理
流道曲折 绕流 惯性碰撞 凝聚 沉降 这种由于气流不断改变方向和速度，造成油滴与结构 面碰撞、凝聚的分离方法称为碰撞分离。
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5.2
分离方式
理论上，分离方式有三种：一次分离、连续分离和多级 分离。 A 、一次分离 是指油气混合物的气液两相在保持接触的条件下逐渐降 低压力，最后进入常压储罐，在储罐内进行气液分离。 一次分离是在大罐内的一次平衡汽化，因此组分的分离 很不完善。 B 、连续分离 是指随油气混合物在管路中压力的降低，不断地将析出的 平衡气排出，直到压力降为常压，最后进入储罐。 又称为微分分离或微分汽化，在实际生产中难以实现。
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分离方式分离效果的衡量标准 1. 储罐中原油的收率 2. 储罐中原油的密度 3. 储罐中原油的组成是否合理 4. 天然气的组成是否合理 5. 天然气的输送压力
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储罐一次分离（L＝0.3974，V＝0.6026) 分离条件：P＝0.1MPa，T＝49℃
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（2）气体允许流速
立式分离器油滴沉降的必要条 件：气体允许流速小于或等于油 滴匀速沉降速度，即 v v
g
卧式分离器油滴沉降的必要条件：油滴沉降至集液 区所需的时间应小于或等于油滴随气体流过重力沉降区 所需的时间，即 Le 1 hD D Le v 或vg vg v 1 hD D 液位在一半直径
vgv 0.75 ~ 0.8 v
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B、桑德斯-布朗系数法求气体匀速流速
v
4 gd o g 4CD g
vg K SB
o g g
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（3）按气体处理量确定分离器尺寸
已知重力沉降区气体允许流速和分离条件下的气体 处理量 4Qg D2 Qg vgv , D 4 vgv 对于立式分离器： 对于卧式分离器：液面控制在一半直径处
g
d2 g
g
d 2 43.5 g g o g
2 g
1 3
当d≤d1时为层流，d1<d≤d2为过渡流，d>d2时为湍流。
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③ 图解法求油滴匀速沉降速度
v 4 gd o g 4CD g
Re
相平衡的程度
原油的脱气程度 天然气通过分离器后的质量增加率 气体带液率 液体带气率 气体允许流速 原油在分离器中所需的停留时间
机械分离效果
分离器尺寸
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检验标准 (p217-218)
在分离器控制的温度，压力条件下，尽量的使溶解于原油中 的气体析出，气体中的重组分凝析，使油气混合物接近相平 衡状态。
QgHS 67858
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(1 m) DLe vgV (1 hD )
pTS pS TZ
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二、从原油中分出气泡的计算
（1）气泡匀速上升速度（斯托克斯公式）
vdg
d 2 g o g 18o
气泡不被带出分离器的必要条件是：气泡匀速上升速度应 等于和大于分离器集液区内任一液面的平均下降速度，即：
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5.3 分离级数的选择
分离级数的选择原则： 1. 气油比：气油比高应增多分离级数； 2. 井口压力：井口压力高应增多分离级数； 3. 原油的相对密度：随着相对密度的降低，应适当增加 分离级数。
推荐的分离级数
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5.4 分离压力对分离效果的影响
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A、油滴沉降速度法求气体匀速流速
分隔直径100微米，用系数考虑理论与实际的偏差。 我国
vgv 0.7 ~ 0.8 v
Le vgv Le v vgh 0.7 ~ 0.8 1 hD D 1 hD D
液位在一半直径 俄罗斯
vgh
2 Le vgv D
vd g
g
CD Re
2
4 gd 3 g o g
2 3 g
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④ 阿基米德准数法求油滴匀速沉降速度
Ar d 3 o g g g

2 g
Re
vd g
g
计算步骤：d，油气性质 → Ar → Re → w
这样就避免了在求w中烦琐的迭代计算。

G l1 Gl 2 l 100% Gl1
Gl1：分离器前原油的质量流量； Gl2：分离器后原油的质量流量
g
二 原 油 和 天 然 气 的 分 离
G g1 Gg 2 Gg 2
100%
Gg1：分离器前天然气的质量流量； Gg2：分离器后天然气的质量流量
l , g 越大表示分离器内汽液两
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②按流态分区计算油滴匀速沉降速度
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各流态区油滴匀速沉降速度计算公式
层流 过渡流 湍流
v d 2 g o g 18 g
0.153g
0.714 1.143
v
d

o
g
0.5
0.714
0.428 0.286 g g
gd o g v 1.74 g
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C 、多级分离 多级分离是指油气两相保持接触的条件下，压力降到 某一数值时，降压过程中析出的气体排出，脱除气体的原 油继续沿管路流动，压力降到另一较低数值时，把该段降 压过程中析出的气体排出，如此反复直至压力降为常压进 入储罐。 每排一次气作为一级，排几次气称为几级分离。但习 惯上不把储罐计入多级分离的级数内。
二级分离 分离条件：P1＝3.4MPa，P2＝0.44MPa，T＝49℃
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多级分离的效果

目的：C5以及C5+组分纳入液相原油；C1～C4纳入汽相。

多级分离优点：
1)增加分离级数有利于提高原油的收率和质量 2)多级分离作为原油稳定的一种措施，有利于减少蒸 发损耗 3)多级分离减少重组分在气体中的比例 4)多级分离能充分利用地层能量，减少输气成本。
一、气液分离的内容 二、分离方式 三、分离级数和分离压力的选择 四、油气分离器 五、油气水三相分离器 六、特殊分离器
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5.1 气液分离的内容
气液分离包括两方面的内容：
平衡分离：组成一定的气液混合物，在一定的压 力、温度条件下，充分接触足够长的时间就会形成 一定比例和组成的气液两相，这种现象称为平衡分 离。平衡分离是一个自发过程，实际上就是相平衡。 机械分离：把平衡分离所得的气和液分开，用不 同的管线分别输送，称为机械分离。
Qghs PTs PTs 33929 D vgh 67858DLevgv PTZ PTZ s s
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卧式分离器液位不在1/2直径时
引入
m AL A
Ag A(1 m)
则气体流通面积 根据几何关系
A A 1 m L L2 A r
Ag (1 m) A
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• 卧式分离器：适用于气油比较大的流体；乳状液，泡沫比 较明显的流体
二 原 油 和 天 然 气 的 分 离
近海卧式油气分离器
5.5.2 卧式油气分离器
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（1）入口分流器类型
或锥形板或平板 两头封堵的水平 管，沿管长方向 有多条窄缝
角钢式分流器
溢流板
开有很多小孔的疏流板
Qg
D2
8
vgh , D
8Qg
vgh
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•考虑进入分离器的油气两相比例随时间的变化以及混合 物流量的波动引入载荷波动系数β（1.2～1.5） •采用标准状态下的气体处理量Q gs以及工程单位（m3/d）
Qgvs
PTs 67858D vgv PTZ s
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卧式分离器，液位在一半直径
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一、从气体中分出油滴的计算
（1）油滴匀速沉降速度
油滴匀速沉降速度公式推导假设： • 油滴为球形，在沉降过程中既不破碎，也不与其它油 滴合并。 • 油滴与油滴，油滴与器壁以及与其它构件间无相互作 用力。 • 气体的流动是稳定的，任意点流速不随时间而变化。 • 作用在油滴上各种合力为零，油滴以匀速沉降。