模块三原油和天然气的分离知识点注释
第三章原油和天然气的分离地层中的石油到达井口并继而沿出油管
第三章 原油和天然气的分离地层中的石油到达井口并继而沿出油管、集油管流动时；根据其组成、压力和温度条件，形成了油气共存混合物。
为了满足油井产品计量、矿场加工、储存和长距离输送的需要，必须将它们按液体和气体分开，成为通常所说的原油和天然气，这就是油气分离。
组成一定的油气混合物在某一压力和温度下，只要油气充分接触，接触时间很长，就会形成一定比例和组成的液相和汽相，这种现象称为平衡分离。
平衡分离是一个自发过程。
把平衡分离所得的原油和天然气分开并用不同的管线分别输送，称为机械分离。
原油和天然气的分离作业就包括上述两方面的内容。
第一节 原油和天然气的相平衡石油是一种极其复杂的烃类和非烃类的混合物。
人们已从石油中提炼出200多种纯化合物。
限于技术上的困难，石油中到底有多少种化合物目前还说不清楚。
石油中所含的烃类主要有：(1)正构烷烃(22n n C H +)；(2)异构烷烃(22n n i C H +-)；(3)环烷烃(2n n C H )；(4)芳香烃(26n n C H -)。
石油中的非烃类主要有氧、氮、硫的化合物以及胶质沥青质。
石油分离所得的天然气中常含有二氧化碳、硫化氢、氮、氦、水蒸气等杂质，原油中常含有水、砂和各种盐类。
不同油田的石油在组成上有很大差异，同一油田、不同油层和油藏所产石油的组成亦有差别，即使同一口油井，在不同的开采阶段，石油组成亦有变化。
但在一段不太长的时期内，同一口油井产物的组成可看作是不变的，因而从油井井口不断流出的石油可作为有固定组成的多元体系加以研究。
一元或任何固定组成的多元体系，在一定温度和压力的条件下，将以一定状态存在。
体系或为液相，或为气相，或为汽液两相处于平衡状态而存在。
要了解油气混合物体系在不同条件下处于什么状态，性质如何，应从相特性着手进行研究。
一、烃系的相特性(一)一元(纯化合物)体系的相特性纯化合物的蒸气压力曲线可以相当充分地说明一元体系的相特性。
图3-1为纯烃的蒸气压力曲线，在曲线左上方的条件下体系内为单一液相，右下方为单一的气相，只有压力和温度条件处于曲线上任一点时，体系内才存在汽液两相。
油气集输_复习笔记_第五章
第五章使净化原油中的溶解天然气组分汽化，与原油分离，较彻底地脱除原油中蒸气压高的溶解天然气组分，降低储存温度下原油蒸气压的过程称原油稳定。
原油稳定通常是原油矿场加工的最后工序，经稳定后的原油成为合格的商品原油。
1. 原油的蒸气压由于原油中的轻烃含量可用其蒸气压表示，蒸气压即原油混合物在某个温度下的泡点压力。
轻组分蒸气压高于重组分，故轻组分含量越高，其蒸气压就越高。
稳定蒸汽压指的是在某温度下，原油中的轻组分不蒸发或几乎不蒸发时的原油蒸汽压。
1.1 影响因素1.温度：同一种原油的蒸气压随温度的升高而增大。
2.组成：相同温度下，轻烃含量高的原油蒸气压高。
1.2 降低原油蒸气压的方法1.降低温度：受工艺条件限制，不易实现2.减少轻组分含量：切实可行2. 原油稳定的目的1.降低原油蒸气压，满足原油储存、管输、铁路、公路和水运的安全和环境规定；2.从原油中分出对人体有害的溶解杂质气体；3.从原油稳定中追求最大利润；我国把降低油气损耗作为原油稳定的主要目的。
3. 原油稳定的要求稳定过程中从原油中分出轻组分，使原油蒸气压降低的程度称为稳定深度。
我国原油稳定的重点是从原油内分出C1～C4，稳定后在最高储存温度下规定的原油蒸气压“不宜大于当地大气压的0.7倍”。
4. 原油稳定的主要方法，各方法的主要机理、适用条件根据蒸馏原理，可采用闪蒸法和分馏法脱除原油中的轻组分使其稳定。
另外，多级分离也是一种原油稳定的方法，多级分离实质上是利用若干次减压闪蒸使原油达到一定程度的稳定。
4.1 闪蒸稳定利用平衡蒸馏（闪蒸）原理使原油蒸气压降低，称闪蒸稳定。
按照闪蒸分离稳定的操作压力可分为负压闪蒸、正压闪蒸两类。
按容器形状，立式容器常称闪蒸塔、卧式容器称闪蒸罐。
闪蒸容器实质上是一种气液分离器，但在结构上侧重考虑使闪蒸尽量接近平衡汽化。
图1负压闪蒸稳定图2正压闪蒸稳定负压闪蒸与正压闪蒸的比较：1.采用负压闪蒸时，进塔原油温度低，耗热少，可利用脱水后的原油温度直接进稳定塔。
石油基础知识油气水分离
石油基础知识－－油气水分离地层中的石油到达井口并继而沿出油管、集油管流动时，根据其组成、压力和温度条件，形成了油气共存混合物。
为了满足油井产品计量、矿场加工、储存和长距离输送的需要，必须将它们按液体和气体分开，成为通常所说的原油和天然气，这就是油气分离组成一定的油气混合物在某一压力和温度下，只要油气充分接触，接触时间很长，就会形成一定比例和组成的液相和气相，这种现象称为平衡分离。
平衡分离是一个自发过程。
把平衡分离所得的原油和天然气分开并用不同的管线分别输送，称为机械分离。
原油和天然气的分离作用就包括上述两方面的内容油气分离效果的好坏直接影响油田所得原油与天然气产品的质量与数量，它是油气集输系统工程中最基本的操作，也是要求最高的操作。
因此，如何设计、选用最高效能的油气分离设备和最合理的分离操作方式，用最少的设备，最低的能耗获得最佳的油气分离效果，即用最小投资取得最高的经济效益，就成为油气集输中的关键问题之一在油田上，通过原油稳定和油田气初加工（包括浅冷和深冷加工）可回收部分液态轻烃。
从负压原油稳定装置回收的轻烃一般是C1〜C5,并含有少量C6，经水冷后可得C3〜C6液态轻烃；从浅冷装置可得C3〜C8液态轻烃；从深冷装置可得C2〜C8液态轻烃，其中C2收率可达85 %。
由于轻烃组分不稳定，又是易燃、易爆物质，所以为了防火、防爆和减少油品损失，必须要求较高的贮存技术地层中的石油到达井口并继而沿出油管、集油管流动时，根据其组成、压力和温度条件，形成了油气共存混合物。
为了满足油井产品计量、矿场加工、储存和长距离输送的需要，必须将它们按液体和气体分开，成为通常所说的原油和天然气，这就是油气分离组成一定的油气混合物在某一压力和温度下，只要油气充分接触，接触时间很长，就会形成一定比例和组成的液相和气相，这种现象称为平衡分离。
平衡分离是一个自发过程。
把平衡分离所得的原油和天然气分开并用不同的管线分别输送，称为机械分离。
原油和天然气的分离课程内容分配学时主要内容重点难点第
第三章原油和天然气的分离概述：本章主要讲述油气分离方式和操作条件的选择、油气两相分离器、油气水三相分离器等方面的知识。
通过本章的学习，使学员能了解分离方式的选择对油田生产的影响，掌握分离器的结构、原理和设计方法，并且也应该对特殊场合应用的分离器有一个粗略的了解，了解其应用特点。
本章的重点为多级分离与一级分离的比较、两相分离器的工艺计算（包括油滴的沉降速度计算、气体的允许流速和液体停留时间确定等）以及油气水三相分离器中液相停留时间的确定和其界面控制方法等部分的知识。
建议学员在本章的学习过程中，要与油气田实际生产工艺过程相结合，这样可以把学到的理论与生产实际联系起来，以加深对气液分离必要性的理解。
第一节分离方式和操作条件的选择概述：从油气井采出的油气混合物，总带有一定压力和不同于地表的温度。
在沿集输管网流动过程中，随压力降低溶解在液相中的气体不断析出。
如何对待这些不断析出的气体，是随析出随从管系中引出，还是积累到一定程度后从管系内引出，这就是分离方式问题。
分离方式对油气田所得气、液的数量和质量都有很大影响，需要加以研究。
本节主要介绍分离方式、分离效果的影响因素、分离级数及分离压力的选择。
其中多级分离与一级分离效果的比较、分离效果影响因素是本节重点掌握内容。
1.分离方式和操作条件的选择从油气井采出的油气混合物，总带有一定压力和不同于地表的温度。
在沿集输管网流动过程中，随压力降低溶解在液相中的气体不断析出。
如何对待这些不断析出的气体，是随析出随从管系中引出，还是积累到一定程度后从管系内引出，这就是分离方式问题。
分离方式对所得气液的数量和质量都有很大影响，需要加以研究。
油气分离的方式基本上分为三种：一次分离、多级分离和连续分离。
1、一次分离即一级分离，是油气混合物中的气液两相在一直保持接触的条件下，逐渐降低压力，最后流入常压罐，在罐中一次把气液分开。
一次分离的主要缺点是：（1）油气进入储罐时冲击力很大，影响罐的寿命；（2）大量气体从储罐中排出，对库区安全不利，环保不利。
天然气、原油基础知识
石油的主要性质
三、粘度 三
液体分子间作相对运动时与固体作相对运动时一样，会产生摩擦阻力。 液体分子间作相对运动时与固体作相对运动时一样 这种液体的内摩擦现象，通常用粘度表示 通常用粘度表示。粘度的大小直接影响管道输 送原油（天然气）时所需的动力。 。特别是石油运动速度较低，液体处于 层流状态时，管线压降与石油粘度成正比 管线压降与石油粘度成正比，若采取必要的降粘措施（如 升高温度），对集输石油是十分有利的 对集输石油是十分有利的。流体的粘度有三种表示方法： 绝对粘度（动力粘度）、运动粘度及相对粘度 运动粘度及相对粘度。在实际生产中，较多地 使用运动粘度。
天然气的组成及性质三天然气膨胀与压缩性质三天然气膨胀与压缩性质天然气在不同的温度和压力下密度是不同的从而呈现出膨胀性和压天然气在不同的温度和压力下密度是不同的从而呈现出膨胀性和压天然气膨胀性天然气膨胀性天然气分子间内聚力不大分子做不规则运动有多大容器天然气分子天然气分子间内聚力不大分子做不规则运动有多大容器天然气分子就占有多大体积所以天然气具有膨胀性
ρ=
m V
式中：m—物体的质量，kg kg； V— 物体的体积，m3； ρ— 物体的密度，kg/m3。 原油随温度的升高体积变大，密度减小。 原油随温度的升高体积变大 但温度不变压力升高 时， ，原油的密度变化却很小。
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石油的主要性质
2、相对密度 某物体的密度ρ与4℃ ℃纯水的密度之比称 为物体的相对密度，用符号 用符号d4t表示。
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石油ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ主要性质
九、易产生静电 易产生静电
摩擦产生静电。石油及液体石油产品是导电率极低的绝缘非极性物质 石油及液体石油产品是导电率极低的绝缘非极性物质。在油品的收发、传输和 装卸过程中，当油料沿管道流动与管壁摩擦和运输过程中 当油料沿管道流动与管壁摩擦和运输过程中，由于油流的喷射、冲击，都会产生静电。 而静电电压随着摩擦的加剧而增大，当静电电位高于 当静电电位高于4V时，所产生的静电火花就达到蒸气点燃能量， 足以使汽油着火、爆炸。静电电压越高，越容易放电 越容易放电。 静电的积聚程度主要同下列因素有关： 流动速度。油品在管线中的流动速度越快， ，摩擦越剧烈，产生静电电压越高。因此，油品在管 线内流速不宜超过4m/s。 油品的灌装方式。进出油管与油面距离越大 进出油管与油面距离越大，油品与空气的摩擦越剧烈，油流对油面的搅动和 冲击越厉害，产生静电电压越高。 管道的材质。非金属管道（如橡胶、塑料等管道 塑料等管道）比金属管道要容易产生静电。 周围空气和湿度。湿度越小，静电积聚程度越大 静电积聚程度越大，湿度越大，静电积聚程度越小。当空气湿度 为47%-48%时，接地设备电位达到1100V，空气湿度为 空气湿度为56%时，电位为300V；空气湿度接近72% 时，带电现象基本中止。 油品的含水量和导电性。含水率较高的油品比不含水的纯净油料产生的电压要高几倍至几十倍 含水率较高的油品比不含水的纯净油料产生的电压要高几倍至几十倍。 也就是说，油品的导电性越好，产生静电电压越高 产生静电电压越高。 为了防止静电积聚，各类储运油设备都要按规定设有导电接地装置 各类储运油设备都要按规定设有导电接地装置，按期测定，保持良好的导 电性能。
第三章 油气分离与计量.pdf
¾水平线是纯烃气液两相共存的比容范围。
17
2.完全互溶二元体系相特性
¾C 为临界点。
¾临界冷凝压力：两相区包
线的最高压力p M
¾临界冷凝温度：两相区包
线的最高温度T M
18
2.完全互溶二元体系相特性
¾等温反常凝析：在等温条件
下，由于压力降低，反常地发生液化现象。
¾等温反常气化：在等温条件
下，由于压力升高，反常地发生气化现象。
¾等压反常凝析、反常气化。
¾反常气化和凝析只有在高温、
高压下才发生。
35
48
¾卧式分离器
为获得最大气液界面面积和良好的气液分离效果，常将气
液界面控制在0.5容器直径处。
52立式分离器
上筒体为气体重力沉
下筒体为集液部分，
其大小由需要的液体
与单筒相比，双筒体
分离器可减小每个筒
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四、其它形式的分离器
¾过滤式分离器
z主要用于从气体
中除油。
z分离器分成两部
分，上游部分装
过滤管，下游部
分装捕雾器。
59
63
71
－油气水混合物入口；2－进口分流器；3－重力沉降部分；4－捕雾器；5－压力控制阀；6－气出口；7－挡油板；
8－出油口；9－出水口；10－挡水板；11－油池。
原油和天然气的分离
8
d 2w2g
8
将上式两边同乘以 gg2，并使R＝F：
F g
2 g
d
2
w2
2 g
2 g
Re2
d 3 6
l g
g
g
2 g
Re2
Ar
d3
l
g
2 g
g g
Ar Re2
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Ar与Re的关系
Le h wg w
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（二）气体允许流速和处理量
气体在分离器内的允许流速与油滴的沉降 速度有关。而油滴沉降速度又与油滴直径有 关。油滴直径越小，沉降速度越慢，要使较 小直径的油滴在重力沉降部分沉至集液部分， 以获得较低的气体带液率，就必须降低气体 在重力沉降部分的流速，即：在一定气体处 理量下，必须加大分离器的直径或增加卧式 分离器的有效沉降长度，这样，金属耗量和 制造成本就会增加。
1.卧式分离器
1-油气混合物入口；2-入口分流器；3-重力沉降部分；4-除雾器；5-压力控制阀；
6-气体出口；7-原油出口控制阀；8-原油出口；9-集液部分；10-排污口
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2
第一节 油气两相分离器
2.立式分离器
1-油气混合物入口；2-入口分流器； 3-除雾器；4-压力控制阀；
紊流区：w
1.74
gd
l g
Newton公式
g
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油滴流态的判断
d1是层流变为过渡流时的液滴直径，d2是过渡 流变为紊流时的液滴直径。
第三节 油气的溶解与分离
第三节油气的溶解与分离一、名词解释。
1.溶解油气比R( gas/oil ratio)：s2.差异分离(differential liberation)：3.接触分离(single stage liberation)：4.天然气溶解度（gas solubility）：5.平均生产油气比(average production oil/gas ratio)：K( equilibrium constant)：6.平衡常数i二．判断题。
1.对于同种原油，一次分离的溶解油气比大于多级分离。
（）2.对于同种原油，甲烷的溶解度大于丙烷的溶解度。
（）3.原始溶解油气比一定大于目前压力下的溶解油气比。
（）4.对于同种天然气，在地层油中的溶解度一定大于在地层水中的溶解度。
（）5.地层温度愈高，则地层油溶解油气比愈小。
（）6．对于同一种原油，温度压力相同时，甲烷的溶解度大于丙烷的溶解度。
（）三．选择题。
1.多级脱气过程中，各相组成将发生变化，体积组成将发生变化。
A.要，要B.要，不C.不，要D.不，不( )2.一次脱气与多级脱气相比，前者的分离气密度较，前者的脱气油密度较。
12 A.大，大 B.大，小C.小，大D.小，小 ( )3.在其它相同条件下的溶解能力而言，2CO 、2N 、4CH 三者的强弱顺序为 。
A. 2CO ＞2N ＞ 4CHB. 2N ＞4CH ＞2COC. 4CH ＞2CO ＞2ND. 2CO ＞4CH ＞2N ( )4.若在某平衡条件下，乙烷的平衡常数为2，此时在液相中的摩尔分数为20%，则其在气相中的摩尔分数为 。
A.10%B.80%C.40%D.20% ( )5.当压力低于饱和压力时，天然气在石油中的溶解度是随压力的增大而____。
A ．减小 B. 增大C. 不变D.不确定 ( )6.在相同的温度压力条件下，同一种天然气在轻质油中的溶解度 在重质油中的溶解度。
A.小于B.大于C.等于D.不确定 ( )四．问答题。
1-3储层烃类的溶解与分离
m
露点方程 泡点方程
ni ∑ xi = ∑ k = 1 i =1 i =1 i
mmLeabharlann m平衡 常数∑y
i =1
i
= ∑ ni ki＝1
i =1
m
yi ki = xi
油气体系中的气第三节 油气体系中的气-液分离与溶解
3.平衡常数 3.平衡常数
(1)定义：指体系中某组分在一定压力和温度条件 (1)定义： 定义 气液两相处于平衡时, 下 , 气液两相处于平衡时 , 该组分在气相 和液相中的分配比例。 也称之为平衡比 和液相中的分配比例 。 也称之为 平衡比 分配系数。 或分配系数。 (2)求取方法： (2)求取方法： 求取方法 拉乌尔和道尔顿定律（理想溶液） ①拉乌尔和道尔顿定律（理想溶液） ②实验测定 ③收敛压力 ④气液相平衡理论 油气体系中的气第三节 油气体系中的气-液分离与溶解
N l + N g = 1( mol )
(1)
如果油气体系中有m个组分 任一组分在气相中的 如果油气体系中有 个组分,任一组分在气相中的 个组分 摩尔分数为y 在液相中的摩尔分数为 在体系中的摩 在液相中的摩尔分数为x 摩尔分数为 i,在液相中的摩尔分数为 i,在体系中的摩 则 尔数为nimol,则： 尔数为
微分分离
定义： 定义：在微分脱 气过程中, 气过程中,随着 气体的分离, 气体的分离,不 断地将气体放掉 (使气体与液体 脱离接触) 脱离接触)。
特点：脱气是在系统组成不断变化的条件下进行的。 特点：脱气是在系统组成不断变化的条件下进行的。 油气体系中的气第三节 油气体系中的气-液分离与溶解
多级脱气
Pi = yi ⋅ PT
0
yi Pi = xi PT
2015-chp3 油气的分离第1-2节
若在较高温度t2下重复上述压缩过程，由于温度增 高，纯烃的饱和蒸气压增大，使饱和蒸气的比体 积减小；而饱和液体则由于温度升高、体积膨胀 而使其比体积略有增大。这样，饱和蒸气与饱和 液体的比体积随着温度升高而互相接近，水平线 变短。 温度提高至临界温度tc作上述压缩试验时，两相共 存区的水平线段消失，在 P-v 图上出现拐点 C ，饱 和蒸气和饱和液体的比体积相等。 高于tc下压缩纯烃气体时，仅是气体压力升高、比 体积减小。温度愈高，纯烃气体愈接近理想气体 ，在p-v图上的等温线愈趋近于双曲线。
Pc=ΣziPci，Tc=ΣziTci 式中：zi为体系中i组分的分子分数。 假临界参数与真临界参数之间有一定的区别。 ⑥ 两相区包线的最高温度和最高压力分别称 为临界冷凝温度和临界冷凝压力。临界冷凝温度、 临界冷凝压力是气液两相能平衡共存的最高温度和 最高压力。 ⑦ 存在反常区 等温降压反常冷凝和等温升压反常气化。
* 0 r
5.92714 6.09648 / Tr 1.28862ln Tr 0.16934Tr6 0.806
6 r
ln P
* 1 r
15.2518 15.6875 / Tr 13.4721ln Tr 0.43577T 0.695
0.946
由上可知，纯烃气体只有在温度低于 tc 以下才 能进行液化。使气体液化的最高温度称临界温 度，点 C 称临界点，与该点相对应的压力和比 体积称临界压力和临界比体积。 根据实验研究，在临界状态时，不但气液比体 积相同，其他性质 ( 如温度、密度、比焓等 ) 亦 相同，气液两相变为均匀的一相。在临界点， 物质的光学性质亦发生明显变化，光束通过物 质时有散射现象，物质呈乳白色并能观察到物 质发出的荧光等，据此可确定纯烃的临界点。
油气分离
卧式分离器和立式分离器的对比
立式分离器：
气体流动方向与液滴沉降方向相反； 优点：占地面积小，液面控制较容易，排污方便 缺点：气液界面小，橇装化困难。 适用于：处理含固体杂质较多的油气混合物，海 洋采油。
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五、分离器的基本组成
入口分流器 重力沉降区 集液区 捕雾器 压力、液位控制阀 安全防护及其它部件
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上节回顾
第三节 油气分离器
油气分离器的分类
油气分离器的工作原理
油气分离器的工作过程 卧式分离器和立式分离器的对比 其它形式的分离器 分离器的基本组成
对油气分离器的要求
6
一、油气分离器的分类
① 按流体流动方向和安装形式
卧式分离器 立式分离器 两相分离器、三相分离器 计量分离器、生产分离器 重力、离心、混合式 真空(<0.1MPa)、低压(<1.5MPa)、 中压(1.5~6MPa)、高压(>6MPa)
8－出油口；9－出水口；10－挡水板；11－油池
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七、油气水三相分离器
工作原理：
油气水混合物进入分离器后，入口分流器将混 合物初步分成气液两相，液相由导管引至油水 界面以下进入集液区；
在集液区内，依靠油水密度差使油水分层，底
部为分出的水层，上层为原油和含有较小水滴
的乳状油层。
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七、油气水三相分离器
1.0级
1.5级 1.5级 2.0级
四级
±5%（气） ±8%（水）
油（气）井、计量站、注 水井、配水间、供水井等
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井口计量
包括计量生产井产油量、产水量和产气量以及 注水井（或注蒸气井）的注水量（Fra bibliotek蒸气量）
模块三原油和天然气的分离
第三章原油和天然气的分离1、相平衡常数的定义是什么，它有什么作用？2、影响平衡气液相比例和组成的因素是什么？。
3、二元体系的相特性与一元体系的相特性有什么不同？4、多元体系的饱和蒸汽压与一元体系相比有什么特点？5、对两种纯组分构成的物系，进行平衡计算时是否可用手工精确计算，是否必须用状态方程？6、简述二元体系的相特性。
7、各国油田的油气分离压力一般总在4～5兆帕以下。
请简述原因。
8、为什么在远高于甲烷临界温度的油藏温度下，还能全部或部分液化？9、甲烷的临界温度为190.7K，在地面分离条件下，它能否存在于原油中？并解释原因。
10、简述等温降压反常冷凝的概念。
11、简述等温升压反常气化的概念。
12、简述等压降温反常气化的概念。
13、简述等压升温反常冷凝的概念。
14、试分析烃平衡常数的影响因素。
15、试推导泡点、露点方程。
16、什么是会聚压？会聚压的大小说明了什么？画图说明。
17、在T～P坐标系中画出C1～C2和C1～C3二元混合物的会聚压～温度曲线，并简要说明会聚压与组成的关系。
18、一次分离分出的天然气所含重组分较多级分离分出的天然气所含重组分多得多，但多级分离所得原油的密度反而较一次分离为小，试解释原因。
19、分离方式有哪几种，油田一般采用的是哪种？20、多级分离较一次分离有哪些优点？试解释其原因。
21、简述分离级数的选择原则。
22、请问在油气分离作业中怎样是“一次分离”，怎样是“多次分离”和“连续分离”？油田上多采用哪种方法？并请说明不同方法产生分离效果差异的原因。
23、请说明油气分离多采取什么方式进行，其工艺流程如何组织？为什么？24、判别油气分离效果主要是用最终液体收获量和液体密度来衡量的。
影响分离效果的因素有哪些？25、画图说明卧式油气分离器的结构组成，并简单说明其工作原理。
26、画图说明立式油气分离器的结构组成，并简单说明其工作原理。
27、画图说明卧式油气水三相分离器的结构组成，并简单说明其工作原理。
油气集输 3-1,3-2
（二）三相分离器
图2-12 卧式三相分离器 1－油气混合物入口；2—进口碰撞分离部件；3—除雾器；4－浮子；5— 液面控制机构；6—水位控制阀；7—油位控制阀；8—压力调节阀；9—不加 重浮子；10－加重浮子
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图2-11 立式三相分离器 1－加重浮子；2—不加重浮子；3—折 流板；4－油气混合物入口；5—进口碰 撞分离部件；6—除雾器；7—压力调节 阀；8—液面控制机构；9—油位控制阀； 10－水位控制阀
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应用场合及特点
• （1）两相分离器 • 卧式：在重力沉降部分，气体流动方向与液滴沉 降方向垂直。 • 分离效果好，单位处理量成本低，易于安装、检 查、保养；但占地面积大、排污难，须在分离器 低部多设几个排污孔。 • 适用于处理气油比较大，存在乳状液和泡沫的油 井产物。 • 立式：在重力沉降部分，气体流动方向与液滴沉 降方向相反。
切线式
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• （2）主分离部分
• 主分离部分是指主体容器本身。经初次分离后的气相中， 仍携带许多直径大小不等的液珠。主分离部分的作用是在 气体流速大大降低后，利用重力分离和碰撞原理，把直径 在100以上的液珠最大限度地从气体中分离出来。 • 注：对卧式分离器，由于处理量大，气体空对较小，为改 变气体的紊流状态，在主分离器内设聚结或整流元件。 • 分隔薄板式气相整流元件（图2-17）——接触面积增大。 雷诺市减小，扰动减弱，液滴沉降加速。
两相分离器工作原理
• （1）立式分离器工作原理： • 油气混合物由分离器的入口沿切线方向进入分离 器，沿器壁旋转，均匀铺开，由于通路变大，流 速降低，在离心力的作用下，靠密度差而分开， 油沿器壁向下流，气体在中心向上升，在气体上 升的过程中，靠沉降分离把直径为100微米以上 的油滴除掉。气体继续上升，到达除雾器，靠碰 撞分离再除去直径为10微米以上的油滴。在分离 器的盛液部分，由于分离器具有一定的容积，使 进入盛液部分的液体具有一定的停留时间，分离 出液体中的气泡，从而达到油气分离的要求。
油气集输 3-4、3-5
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• ④冬季生产过程中，要注意分离器的采暖、 保温等情况。特别是安全阀、压力表，液 位计等管线细、流动性差、容易冻结的部 位，更要加强其保温防冻。
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三、分离器常见故障分析
• 1．天然气管线进油（跑油） • 造成天然气管线进油的常见原因：
• 一是液位调节机构失灵 • 二是出油凡尔卡死 • 三是分离器压力过低。
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• ⑵分离级数：级次分离的级数越多，液体收获量越大，
分离效果越好。
• ⑶操作压力、温度等参数 • ⑷经济安全性等
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表2-9 一级分离与三级分离的效果比较
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2、一级分离与三级分离差别：
• 表2-9 • ①三级分离的储罐原油收率高、密度小。 • ②三级分离的储罐原油中C1含量少，蒸汽
压低，蒸发损耗少。 • ③三级分离所得天然气数量少，气体中的
• 前两种原因都会引起液体排放不及时，造 成分离器内液面上升；
• 解决的办法—及时维修或更换液位调节机 构或出油凡尔。
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• 造成分离器压力过低的原因：
• 一是天然气出口阀或放空阀开的过大，这时需要 关小阀门开度；
• 二是管线或容器泄漏失，这时要认真检查，找出 原因，及时处理，以防事故扩大；
• 三是出油凡尔关闭不严，这时需要把从储液罐到 分离器的截断阀关闭，将分离器停运后维修或更 换出油凡尔。
• 若井口压力高于3.5MPa，就应考虑采用四级分离。
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3-5 油气分离操作与管理
• 一、分离器的投产 • ⑴投产前的检查与清扫； • ⑵试压；
• 试压通常分强度试压和严密性试压两个阶段进行，强度试 压的压力通常为设计工作压力的1.5倍，达到试压压力后， 稳压1h,压降不超过0.1MPa为合格；严密性试压的压力通 常为设计工作压力，达到试压压力后，稳压24h，压降不 超过0.1MPa为合格。试压介质一般用清水。
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第三章气液分离知识点概述：本章主要讲述油气分离方式和操作条件的选择、油气两相分离器、油气水三相分离器等方面的知识。
通过本章的学习，使学员能了解分离方式的选择对油田生产的影响，掌握分离器的结构、原理和设计方法，并且也应该对特殊场合应用的分离器有一个粗略的了解，了解其应用特点。
本章的重点为多级分离与一级分离的比较、两相分离器的工艺计算（包括油滴的沉降速度计算、气体的允许流速和液体停留时间确定等）以及油气水三相分离器中液相停留时间的确定和其界面控制方法等部分的知识。
知识点1：烟的粒径小于1μm，雾的粒径1～100μm，雨的粒径100～4 000μm。
不同粒径的油滴，应有不同的有效分离方法，重力沉降：分离50μm以上的油滴；离心分离：2～1000 μm；碰撞分离：5μm以上油滴；布织物：0.5～50μm；空气过滤器：2～50μm的尘埃。
知识2：综合型卧式三相分离器的结构下图为综合型卧式三相分离器。
下表是综合型卧式三相分离器主要内部构件及其作用特点。
综合型卧式三相分离器主要特点是增加内部构件并将其有效组合，提高分离器对油气水的综合处理能力。
1－入口；2－水平分流器；3－稳流装置；4－加热器；5－防涡罩；6－污水出口；7－平行捕雾板；8－安全阀接口；9－气液隔板；10－溢流板；11－天然气出口；12－出油阀；13－挡沫板知识3：几种高效三相分离器高效型三相分离器是将机械、热、电和化学等各种油气水分离工艺技术融合应用在一个容器，通过精选和合理布设分离器内部分离元件，达到油气水高效分离的目的。
其优点是成撬组装，极大地减少现场安装的工作量和所需的安装空间，具有较大的机动性以适应油田生产情况变化的需要，使流程简化，方便操作管理，这些对海上油田显得尤为重要。
1、HNS三相分离器图2－2－12为HNS型高效三相分离器简图。
其内部结构进行了优化设计，有优良的分离元件，为油气水分离提供良好的内部环境，避免存在明显的短路流和返混现象，保证介质流动特性接近塞状流。
表2－2－10是HNS型高效三相分离器的结构特点及其说明，主要技术特点是：采用预脱气技术，增大三相分离器液体有效处理容积，提高设备处理能力。
把容易进行的气液分离与难以进行的油水分离分别对待，大量气体和油水介质的分离过程在不同的容积空间内完成，使90%的气体在入口处分离掉，经气体管线排走，而进入设备沉降室内的气体只有10%以下，提高了设备液体处理能力，而且保证了稳定的气液界面，提高了分离效果。
采用活性水水洗技术，强化乳状液破乳，加快油水分离速度，提高设备效率。
油水分离中，游离态的油和水分离容易，其难点在于少量乳状液的分离，而乳状液分离的关键是破乳，在优选并加入高效化学破乳剂的基础上，通过乳状液与活性水的剪切与摩擦作用，残余的乳状液界面膜破裂，小油珠聚结成大油滴，达到油水分离的目的。
而且使原油中的游离水、固体杂质直接进入水层，省去了普通分离器中游离水在油相中的沉降过程。
采用先进的混合液入口装置，增加油水分离速度和提高分离质量。
传统的油水分离器中，油水混合液从设备中上部直接进入油相上部，使得水滴必须通过油层才能进入下部水相。
由于原油粘度相对较大，使得水滴沉降速度非常缓慢。
HNS三相分离器将预脱气后的油水混合液直接导入水层，变“油中除水”为“水中除油”。
利用油滴在水相中上浮速度快的原理提高油水分离速度，从而达到提高油水分离速度的目的。
采用“倒虹吸”技术，变油水界面控制为液面控制，解决油水界面自控的问题，保证了设备平衡运行。
采用单台设备双向进料、中间出液技术，有效降低了设备内液体流速，提高了设备的处理能力，具有结构紧凑、分离效果好和自动化程度高等特点。
第一台HNS型高效油、气、水三个分离器于1987年底在河南油田双河联合站建成并投入试验，在高凝原油来液温度50－55度，操作压力0.3～0.5MPa，含水率达80～85%时，加入10mg／l破乳剂，停留时间为7min时，脱水率达98.67%。
当停留时间为8.5min 时，脱水率可达99.5%。
表2-2-11为HNS型高效三相分离器与国外同类设备技术指标对比情况，从表中数据可看出，单位容积负荷和停留时间优于国外同类设备，其单位容积日处理量为传统设备的6～8倍。
自1988年以来先后在我国各油田推广应用115台套，均取得较好的效果。
2、HBP三相分离器（1）工作原理含水≥95%的重质特高含水原油自油气水入口进入HBP型高效油气水三相分离器，在气液分离包内完成气液初分离，油水混合物经导液管进入一级板槽式布液器，并经沉降分离室内一级填料和二级填料共同作用，实现油水分离，分离后的含水原油进入二次脱水区的第二级板槽式布液器，经二次脱水区的整流分离填料脱水后，分离后的原油经集油槽进入油室，经油出口流出三相分离器；沉降分离室及二次脱水区分离出的含油污水进入水室，经水出口流出三相分离器；气液分离包分离出的气体及沉降分离室及二次脱水区闪蒸出的气体均进入气体除液包，除液后经气出口流出三相分离器。
（2）改造后的HBP型高效三相分离器结构及管口示意图（见图4）。
（3）工艺流程在原流程气体管线上增加一个自力式压力调节阀，实现HBP型三相分离器自动排气，并将原有水室二个浮子液面调节器中较小的一个改为油室用浮子液面调节器，实现HBP型三相分离器自动排水及排油，以消除人为因素对三相分离器运行的影响。
（4）主要技术特点：采用板槽式布液双向流油气水分离技术，加快油水分离速度，提高油水分离质量。
采用两级填料聚结、整流技术，改善油水分离条件，提高油水分离效率。
采用整流分离填料改善分散水相在油连续相中的流场条件，实现分散相与连续相的快速分离。
采用“倒虹吸”法控制油水界面，采用机械式仪表控制油、水室液位，采用自力式调节阀控制分离器压力，基本实现操作自动化。
通过对HBP型油气水三相分离器内部结构的优化，可确保孤东重质原油在50－55℃的操作温度范围内，经改造后的分离器一次脱水使原油含水由95%以上，降至55%以下，脱水率大于90%，污水含油低于500mg/L。
3、多功能联合脱水器图2－2－13为多功能联合脱水器示意图。
其主要特点是将油气分离、加热沉降、电脱水和净化油缓冲等功能四位一体，处理后的出口原油即可为商品原油储存或外输，简化了流程和设备。
知识4：GLCC设计的原则1、分离器直径，在分离器内的气体折算速度不能过大，若流型处于环状雾状流，分出气流内将夹带液滴；气体速度又不能过小，否则将降低离心分离效率，因而分离器直径应和气体处理量匹配。
2、入口管的倾斜度，入口管管径较大并有较大倾斜度，使管内气液混合物的流动呈分层流型，为强化气液分层，入口倾角一般－25°～－30°。
3、气液进入分离器的流通面积，该流通面积应保证液体有必要的切向速度，推荐液体流速范围为3～6m/s。
切向速度过大，液面将产生较长的漩涡深度导致气中带液或液中带气。
4、分离器高度，入口以上部分应有足够高度，防止贴壁向上旋转的液膜被气体带出分离器排气口，还使在流量变化或液塞进入分离器时，容器内有空间可接收较大的瞬时液体流量而不发生气体带液。
分离器入口以下部分也应有一定高度，使漩涡以下液层保持一定厚度，有足够时间从液层内分出气泡，防止液流内夹带气泡。
5、气液支管段长度，该长度对分离无重要影响，根据支管上要安装的仪表、管件等需要确定。
若气液需重新汇合向下游输送，推荐汇合点的高度低于分离器入口平面0.3～0.6m，使各种工况下分离器内的液面能维持在入口以下0.15～0.3m范围内。
知识5：GLCC的应用随着石油石化工业的发展，高效、紧凑、结构简单的GLCC必将应用越来越广泛，具有广阔的应用前景。
1、在石化工业中的应用前景炼油厂处理原油的第一个工艺环节是常压蒸馏。
处理后达标的原油通过加热炉加热到370℃左右进入常压蒸馏塔（见下图），在此温度下，原油由于汽化形成气液两相，此时如果转油线内流型控制不好，就会造成常压蒸馏塔操作不稳定或分馏效果变差。
但如果在加热炉与常压蒸馏塔之间增加一GLCC（见下图），使分离出来的汽相进入蒸馏塔的上部，分离出来的液相沿原转油线进入蒸馏塔，这样就变成了分体式转油线，避免了对塔的冲击、增大了操作稳定性、提高了常压蒸馏塔的分馏效率。
图传统转油线流程图增加GLCC后的转油线流程2、在石油工业中的应用前景GLCC在陆上及海上油气田开发和生产中的各种应用包括从部分的气液分离到完全的分离，因此其应用空间非常广阔。
目前，认为GLCC可以用于以下工艺中，当然这其中也有成功的例子。
（1）单相流量计计量用GLCC如下图所示，经GLCC分离出来的天然气由安装在气体出口的单相气体流量计计量，分离出来的液体混合物由安装在液体出口的单相液体流量计计量，然后气体管线和液体管线汇合进入下一个环节。
此种用途的GLCC液位可以用气、液出口的压差来控制。
图计量用GLCC用于此种用途的GLCC特别适合于井口计量。
GLCC的小型化使计量回路重量轻、占地小，并可以制成撬装式，具有移动灵活的特点。
（2）多相流流量计计量用GLCCGLCC大多数用于作多相计量环路（见上图，只不过此时液体出口用的流量计由单相液体流量计更换为多相流量计），这种类型的计量环路优于传统分离的单相计量和未分离多相计量。
在某种程度上，此环形结构具有自我调节能力，它可以减少甚至消除液位控制的需要。
GLCC紧凑的结构致使计量环路比传统的计量分离器重量轻，占地少，以及较少的烃储量，同时比传统分离器分离更彻底。
该GLCC计量回路与传统不分离三相计量仪器相比，在很大的流量范围内都可改善其中任何一相计量的准确性，同时具有成本低的优点。
对于无法避免液体携带气体的流动情况，液相需三相计量系统。
一般来说，液相部分多相仪表的准确性依赖于除去气体的量，大多数的多相计量仪表都有一个关于气体体积分量的上限值，以确保其计量精度。
除提高精度外，部分气体分离使应用更小且便宜的多相计量仪表成为可能。
由资料表明，对于多相计量系统来说，其成本与大小直接相关，将小巧的计量装置与GLCC联合使用所节省的费用将可达到GLCC本身成本的4倍。
（3）传统容器式分离器或液塞捕集器预分离装置对于大的卧式分离器的内部分离设备中，旋流分离已证明是非常有用的。
GLCC也可作为有用的外部预分离装置来改善现有卧式分离器的性能，在原有容器式分离器或液塞捕集器的前面串联GLCC（见下图），为原有分离装置提供初步分离的平稳来流，通过分离出部分气体，分离器液位得以提高，相应的停留时间增长，避免了容器内雾状流流型的出现，提高原有分离装置的处理能力和分离效果。
可作为现有传统容器式分离器的改造措施。
巴西的Petrobras公司已经采用GLCC预分离器在其一个油田中对现有分离器进行了改进，另一家公司正在对采用了GLCC的现有测试分离器的性能改善进行评估。