04海上油气集输-油气分离-1节-白简new汇编

4.1 油气两相分离
(2) 气体允许流速 油滴d越小，其沉降速度v越慢。要使气体带液率低，须
降低气体流速，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。
实际天然气携带油滴 d =10~270μm，其中d=100~150μm
居多，
重力沉降部分：应分离出 d>100μm 的油滴，由此确定允许流速。
两相分离
2. 影响因素
油滴沉降速度、气体允许流速和 处理量 气泡上浮速度、原油停留时间
2. 从油中分出气泡
四、设备选型
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1. 分离器长径比； 2.计算步骤
3
4.1 油气两相分离
一、类型及组成
平衡分离： 根据相平衡原理，组成一定的石油，在某一压力和温度下， 就有确定的气液相组成和数量，压力温度改变时，气液相
海上油气集输
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第四章 原油和天然气的分离
4.1 油水两相分离 4.2 油气水三相分离
4.3 海上油气水分离
4.4 原油集输系统除砂技术 4.5 海上油气的计量
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4.1 油气两相分离
1.卧式/立式分离器 一、类型及组成
2. 分离器的基本组成
1. 分离指标 二、分离性能 （1）油气流量 （2）停留时间 （3）分离压力 1. 从气中分出油滴 三、工艺参数计算
6.外形尺寸
处理量相同时，分离器所必须的外形尺寸。 7.能耗
4.1 油气两相分离
（二）、分离器研究和改进的目标
1.从气体中分出油滴：使流出分离器的气体含油量不超过规定的
气体带液率；
2.从原油中分出气泡：使原油含气量不超过规定的液体带气率。 3.从油中除水：最好在油井流体流经压降段之前将水从其中分离和
② 由求得的油滴匀速沉降速度计算Re； ③ 由Re计算CD； ④ 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； ⑤ 否则，返回步骤②直至在控制误差范围内。
4.1 油气两相分离
B.方法二，按流态分区计算油滴匀速沉降速度 ① 根据Re的大小，可把CD与Re的关系划分为层流、过渡流 和紊流三个流态区。
vd 2 d 2 g
的临界油滴粒径d2:
g
500
vd 2
500 g d2 g
1.74[
2 g
gd 2 o g
g
1 3
]0.5
d 2 43.5 g g o g
当d≤d1时为层流，d1<d≤d2为过渡流，d>d2时为紊流。
4.1 油气两相分离
三、工艺参数计算 （一）、应收集的资料
1）液体介质 原油处理量、原油密度、原油含水量、水的密度、原油发泡程度、操 作条件下原油动力粘度、操作条件下水的动力粘度、水中含H2S、 水中含 CO2、水中含氧量、是否有段塞流、原油含蜡量、原油含砂量 2）气体介质 气体处理量、标准状态下气体密度、操作条件下气体动力粘度、气体 含CO2、气体含H2S 3）设计条件 操作温度、操作压力、分离器型式、分离器功能（两相或三相）、分 离后允许原油含水量、水中含油量、缓冲时间、分离后气体带液量是否需 要检测、分离器是否设有排液泵、控制仪表类型
在一个容器中完成将油井流体分离成油气水并对液体进行计量的功能，可
以进行两相和三相分离作业。
5. 泡沫分离器
处理起泡原油
6. 高架分离器
安装在罐组或其附近的平台上，使液体依靠重力从分离器流入储罐或下游
容器中。可使分离器在尽可能低的压力下操作，以分离出最大量的液体， 并把气体和蒸气的损失减到最小程度。
4.1 油气两相分离
组成和数量也随之改变。
平衡分离是自发过程。（原理见第二章） 机械分离（物理分离）：
为满足油气井产品计量、加工、储存和输送的需要，将已
形成的气液两相分开，分别输送。
4.1 油气两相分离
（一）两相/三相分离器
1. 2. 在两相分离装置中，气体从液体中分离出来，气体和液体分别排出。 在三相分离装置中，油井液体分别分成气、油和水并分别排出。
o
2. 天然气通过分离器后的质量增加百分数
g
其他条件相同时，这两个值越大，表示分离器内气液两相越接近平衡
状态，分离器的平衡分离作用越完善。
4.1 油气两相分离
二、分离性能
1. 原油脱气程度 定义为
Go1 Go 2 o 100% Go1
Go1，Go2——分离前、后原油的质量流量；
（二）低/中/高压分离器
（1）低压分离器：操作压力范围 <1.5 MPa （2）中压分离器：操作压力范围 1.5～6 MPa （3）高压分离器：操作压力范围 > 6 Mpa （4） 真空分离器：操作压力范围 < 0.1MPa
4.1 油气两相分离
（三）按用途分的分离器
1. 试井分离器Biblioteka 用于分离和计量油井流体，进行产能试井和定期生产测试、边际井测试等
2. 生产分离器
用来按天或连续地分离一口井、一个井组或一个矿场生产的流体
3. 低温分离器
一种专门分离器，高压油井流体经由油嘴或减压阀进入该容器，使分离器 温度明显低于油井流体温度。分离器中的操作温度降低，会造成蒸气凝析， 而不以气态离开分离器。
4.1 油气两相分离
（三）按用途分的分离器
4. 计量分离器
围大约为12.184～91.44m/s。常用操作速度范围在24.384～36.576m/s。绝 大多数离心分离器为立式。
4.1 油气两相分离
一、类型及组成
（七）分离器型号
石油行业标准SY/T0515-2007，分离器的分类及代号
项目
立式
型式
卧式 球形
功能
两相分离 三相分离
代号
L
W
Q
E
S
4.1 油气两相分离
4.1 油气两相分离
1. 从气体中分离出油滴的计算 （1）油滴匀速沉降速度
vd
4 gd ( l g ) 3CD g
CD—水力阻力系数；
d—液滴直径，m； ρl—液滴的密度，kg/m3；
vd —液滴的沉降速度，m/s；
d—液滴的直径，m。
ρg—气体的密度，kg/m3；
4.1 油气两相分离
1. 从气体中分离出油滴的计算 （1）油滴匀速沉降速度
重力-浮力 = 阻力
d3
2 v ( l g ) g CD d 2 g d g 6 4 2g

d—液滴直径，m；
CD—水力阻力系数；
ρl—液滴的密度，kg/m3；
ρg—气体的密度，kg/m3；
vd —液滴的沉降速度，m/s.
4.1 油气两相分离
C. 方法三, 图解法求油滴匀速沉降速度
Re vd d g
g
CD Re
2
4 gd 3 g o g
2 3 g
vd
4 gd o g 4CD g
4.1 油气两相分离
D . 方法四，阿基米德准数法求油滴匀速沉降速度
A. 方法一：按相关式计算油滴匀速沉降速度
CD 24 30.5 0.34 Re Re
Re
vd d g
g
μg: 分离条件下气体 阻力系数CD与雷诺数的关系
的动力粘度，Pa.s
4.1 油气两相分离
A. 方法一：按相关式计算油滴匀速沉降速度
① 设CD＝0.34，计算油滴匀速沉降速度；
2. 天然气通过分离器后的质量增加百分数 定义为：
g
Gg 2 Gg 1 Gg 2
100%
Gg1，Gg2——分离前、后原油的质量流量；
4.1 油气两相分离
二、分离性能
分离器还必须具有良好的机械分离效果，流出的气体携带油
滴少，原油携带气泡少。 ko 3、气体带液率 主要取决于重力沉降区和捕雾器工作的优劣； 4. 液体带气率k g
油滴的匀速沉降速度与油滴直径、分离压力和温度有关。
4.1 油气两相分离
B. 方法二，按流态分区计算油滴匀速沉降速度 ③ 判断某直径的油滴的流态（层流-过渡流） 粒径为d1,在分离条件下
vd 1d1 g
沉降速度为vd1, 雷诺数
=2时，以该临界油滴粒
g
vd 1
2
2 g d1 g

一、类型及组成
（七）分离器型号
X /
型式
功能
结构设计顺序（阿拉伯数字） 设计压力，MPa 筒体长度或高度，m 筒体公称直径，m
例如：WS3.0X12.8-0.7/1
重力式三相3.0X12.8m -0.7Mpa/1
4.1 油气两相分离
二、分离性能
(一）、对分离器的要求
分离器应创造良好条件，使溶解于原油中的气体及气体中的重组分在 分离压力和温度下尽量析出和凝析，使油气两相接近平衡状态。 气液接触面积大； 气液在分离器里有必要的停留时间。 1. 原油脱气程度
4.1 油气两相分离
B.方法二，按流态分区计算油滴匀速沉降速度 ② 各流态区油滴匀速沉降速度计算公式 层流：
vd d 2 g o g 18 g
过渡流：
vd
0.153g
0.714
d
1.143

o
g
0.714
0.428 0.286 g g
0.5
紊流：
gd o g vd 1.74 g
除掉。以防止水在下游引起的困难，如腐蚀、水合物、油水乳化液等。 （三相）
4.1 油气两相分离
三、工艺参数计算
（一）、应收集的资料 （二）、工艺计算方法 1. 从气体中分离出油滴的计算 （1）油滴匀速沉降速度 （2）气体允许流速 2. 从原油中分离出气泡的计算 （1）气泡上浮速度 （2）原油停留时间 （三）、工艺计算步骤
主要取决于集液区的工作质量；
ko ko
3 3 俄罗斯： k 0.02m /m (液) ko 0.5m3 /Mm3 (气)， g
4.1 油气两相分离
二、分离性能
(一）、对分离器的要求
5.停留时间 达到规定的气体带液率 ko 和液体带气率 k g 时，气体和原油 在分离器内所必须的停留时间。
4.1 油气两相分离
（二）分离器工艺计算方法
1. 从气体中分离出油滴的计算 （1）油滴匀速沉降速度
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。 气体在重力沉降段内的流动是定常流。
•
作用在油滴上的合力为零，油滴匀速沉降。
4.1 油气两相分离
（四）按能量分类的分离器
1. 重力分离器
一级分离仅靠油和气或蒸气的密度差达到分离目的。
2. 撞击和聚结分离器 在容器入口利用撞击板或填料构件完成油气初级分离。 3. 离心分离器 利用离心元件使进入的流体产生旋流，其流速将流体分离成一个外部液体层
或圆筒体和一个内部气体或蒸气锥体或圆筒体。离心分离需要的速度变化范
除雾器：捕捉 d<100μm 的油滴
4.1 油气两相分离
(2) 气体允许流速
① 卧式分离器，气体流向与油滴沉降方向相互垂直，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 vg v 或 vg Lev 1 hD D
4.1 油气两相分离
（二）分离器工艺计算方法
1. 从气体中分离出油滴的计算
携带大量油滴的气体进入重力沉降部分，气体流速突然变慢，油 滴开始以某一加速度下沉。油滴受到气流的阻力也越来越大。
重力 -浮力 = 阻力，油滴匀速在气流中向下沉降。
油滴沉降至分离器集液部所需的时间应小于气流把油滴带出分离 器所需的时间。 油滴匀速沉降速度是关键： 能否把油滴从气流中分离出来，能否 达到规定的气体含液率。
Ar
d 3 o g g g
2 g
g Re vd d g
油滴d和油 气物性
阿基米德准 数
按表格计算 Re
按Re定义 求沉降速度
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4.1 油气两相分离
(2) 气体允许流速
气体流动 油气混 合入口 出 口
油滴直径
油滴沉降 速度 气体允许 流速
油滴沉降 允许流速与油滴的沉降速度有关，油滴的沉降速度又与油滴直径有关。
d12 g o g 18 g
2 g
1 3

径来判断其他油滴的流
态： ：
d1 3.3 g g o g
当d≤d1时为层流，d1<d≤d2为过渡流，d>d2时为紊流。
4.1 油气两相分离
B.方法二，按流态分区计算油滴匀速沉降速度 ④ 判断某直径的油滴的流态（过渡流-紊流） 过渡流变为紊流时