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。

第二节分离方式和操作条件的选择

在自喷油田中，从油井生产出来的油气混合物带有一定的压力和高于大气的温度。在沿集输管网流动的过程中，随着压力的降低，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中引出，这就是分离方式的问题。分离方式对所得原油和天然气的数量和质量都有很大的影响，需要加以研究。

一、分离方式

分离方式基本上可分为下列三种，即：一次分离、连续分离和多级分离。

所谓一次分离是指油气混合物的气液两相一直保持接触的条件下逐渐降低压力，最后流入常压储罐，在罐中一下子把气液分开。由于这种分离方式有大量气体从储罐中排出，同时油气进入油罐时冲击力很大，实际生产中并不采用。

连续分离是指随着油气混合物在管路中压力的降低，不断地将逸出的平衡气排出，直至压力降为常压，平衡气亦最终排除干净，剩下的液相进入储罐。连续分离亦称为微分分离或微分汽化，它在实际生产中亦很难实现。

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，把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、降压到另一较低压力时，把该段降压过程中从原油中析出的气体再排出，如此反复，直至系统的压力降为常压，产品进入储罐为止。每排一次气，作为一级；排几次气，叫做几级分离。由于储罐的压力总是低于其进油管线的压力，在储罐中总有平衡气排出，因而通常把储罐作为多级分离的最后一级来对待，而其他各级则通过油气分离器来排出平衡气。所以，一个油气分离器和一个油罐是是二级分离，二个油气分离器和油罐串连是三级分离，以此类推。图2-1为典型的三级分离流程。

二、分离效果的衡量因素

判别油气分离效果的好坏是件复杂的工作。过去，许多油田所产的伴生天然气大多作为矿区自用燃料，多余部分放空烧掉，不对外销售，因而希望在矿场油库的储罐中得到尽可能多的销售原油，并据此衡量分离效果。近20多年来，人们对天然气的综合利用愈来愈重视，并从天然气中生产贵重的化工原料和受欢迎的

民用燃料，因而在衡量分离效果时，应针对石油组成和油田具体情况综合考虑下列因素，以获得最佳经济效益。

1、所产原油的数量和价值；

2、所产天然气和其它产品的数量和价值；

3、分离级数、分离压力、分离温度对分离设备数量、质量和能耗的影响；

4、使天然气、液化气、轻质油达到国家规定的质量要求（如：露点、组成、蒸气压等）所需加工设备（压缩机、制冷设备、净化设备等）的费用和能耗等。

此外，还需考虑国民经济发展对各种油田产品数量和质量的要求。

三、分离级数和分离压力的选择

从理论上分析，分离级数愈多，在储罐中原油收率愈高，但过多地增加分离级数，储罐原油收率的增加愈来愈少，而分离设备的投资和经营费用却大幅度上升，使企业经济效益下降。国内外长期实践证明：对于一般油田，采用三级或四级分离，经济效益最好；对于气油比低的低压油田（依靠地层剩余压力进行油气分离时，压力低于0.7兆帕）则采用采用二级分离，经济效果较佳。

在选择分离压力时，要考虑石油组成和油井井口压力。各油田的井压和石油组成变化范围很大，无法提出适合各种具体情况的各级最优压力计算式，最好拟定多种分离方案，经相平衡计算后，选其优者。一般来说，采用三级分离时，一级分离压力的范围为0.7～3.5兆帕，二级分离压力范围为0.07～0.55兆帕。若井口压力高于3.5兆帕时就应该考虑四级分离了。

克别尔（Campbell）在分析了大量油气分离数据后，提出了一个确定多级分离作业各级间压力比的经验公式。若分离级数为n，各级操作压力为P1、P2、……Pn、（绝对压力）时，各级间压力比R为

若末级为0.1兆帕（绝对）时，则

上述公式是确定各级分离压力比的简捷方法，但实际生产中最后一级分离器和储罐之间的压力比一般要比其它各级间的压力比小得多。

在油气分离作业中，还常在油罐前安装蒸馏罐，其控制压力一般为0.2兆帕（绝对），与油罐的压差很小，目的是避免大量气体进入油罐并增加原油收率。蒸馏罐和储罐形式上是二级分离，但在计算级数时一般不算蒸馏罐这一级。

第三节油气水分离器

把在管路内自发形成并交错存在的气液两相分离为单一相态的原油和天然气的过程通常在油气分离器中进行，它是油气田用得最多、最重要的设备之一。

一、分离器的类型和分离器质量的检验标准

（一）分离器的类型

油田上使用的分离器，按其外形主要有两种形式，即卧式分离器和立式分离器；按分离器的功能可分为油气两相分离器、油气水三相分离器、计量分离器和生产分离器等；按其工作压力可分为真空（＜0.1兆帕）、低压（＜1.5兆帕）、中压（1.5-6兆帕）和高压（＞6兆帕）分离器等；按实现油气分离主要利用的能量又可分为重力式、离心式和混合式等。

1、卧式分离器。

流体由入口分流器（图2-2）进入分离器。经过入口分流器，油、气的流向和流速突然改变，使油气得以初步分离。经初步分离的原油在重力作用下流入分离器的集液部分。集液部分需要有一定的体积，使原油流出分离器前在集液部分有足够的停留时间，以便被原油携带的气泡上升至液面并进入气相。集液部分也提供缓冲容积，均衡进出分离器原油流量的波动。集液部分的原油最后经由液面控制器的出油阀流出分离器。为得到最大的气液界面面积，通常使卧式分离器充满二分之一的液体。

来自入口分离器的气体水平地通过液面上方的重力沉降部分，被气流携带的油滴在此部分靠重力降至气-液界面。未沉降至液面的、粒径更小的油滴随气体流经除雾器，在除雾器内聚结、合并成大油滴，在重力作用下流入集液部分。脱除油滴的气体经压力控制阀流入集气管线。

2、立式分离器。

图2-3为立式分离器示意图。油气混合物由侧面进入分离器，经入口分流器使油气得到初步分离。原油向下流入分离器的集液部分，析出所携带的气泡后经出油阀流入管线。

经入口分流后的气体向上流向气体出口，气体中所携带的油滴在重力作用下沉降至集液部分。油滴的运动方向与气流方向相反。气体流经除雾器时近一步脱除所携带的油滴后流出分离器。

3、其他形式的分离器

（1）卧式双筒分离器。这种分离器的气室和液室是分开的（图2-4）。油气混和物经设在上筒的入口分流器进入分离器后，分出的原油通过连通管进入下筒。气体流经重力沉降部分和除雾器脱除液滴后流出分离器。原油中所夹带的气泡在下筒内析出并经连通管上升至上筒。由于聚积的原油和气流隔开，避免了气体