油气集输知识读本(教材)

油气集输知识读本主编：孙广顺苏欲波张代红前言随着油田开发的不断深入，油水井井况日益复杂，石油开采难度越来越大，油田生产经营管理的重要性也日趋突出，越来越多的人迫切需要了解石油开采技术，为此我们编写了这套石油开采知识系列丛书。《油气集输知识读本》以普及知识为目的，以油气收集、处理、输送为主线，系统地介绍了油气集输工艺的原理、方法、设施、流程，详细介绍了油气处理各个过程的工艺原理、方法、设施和管理石油，以及油气输送技术知识。可供非专业人员初步了解油气集输工艺技术使用，也可用作转岗培训以及岗前培训教材。本读本共分六章，第一章油气集输工艺，第六章油气输送，由苏欲波编写；第二章油气分离，第三章原油脱水，第四章原油稳定，第五章天然气脱水，由张代红、李红英编写。最后全书由王金汤、王树山、张洪歧等同志通稿。全书由中国石油天然气集团公司的邓敦夏、程天阁等专家、老师的审定。另外在本书的编写过程中参考了一些相关专家的科研报告及著作在此表示衷心感谢。由于水平的限制，书中难免有错误和疏漏，恳请广大读者提出宝贵意见。编者2007-06-19目录第一章油气集输工艺第一节油气集输系统的工作内容第二节油气集输流程第三节气田集气系统第二章油气分离第一节油气分离概述第二节油气分离器类型第三节油气分离器的结构第四节油气分离器的功能及工作原理第五节油、气、水三相分离器第六节分离器的保养知识第三章原油脱水第一节原油脱水工艺的发展概况第二节原油含水的影响第三节乳状液第四节原油脱水的基本方法第四章原油稳定第一节原油稳定目的和要求第二节原油稳定的原理第五章天然气脱水第一节天然气脱水的方法第二节固体吸附法第六章油气输送第一节油气混输第二节原油输送第三节天然气输送油气集输主要是指油、气田生产过程中原油及天然气的收集、加工和输送。对于石油企业来说，油藏工程是寻找原料，油田开发和采油工程是提供原料，油气集输则是把分散的原料集中，处理使之成为油田产品的过程。这过程从油井井口开始，将油井生产出来的原油、伴生天然气和其他产品，在集输站（油气处理站）进行集中、输送和必要的处理、初加工，将合格的原油和天然气通过长距离输油管线进行外输。第一章油气集输工艺油（气）田开发包括油藏工程、钻采工程及油（气）田地面工程。油藏工程研究待开发油田的油藏类型、预测储量和产能、确定油田的生产规模和开发方式；钻采工程研究钻井、完井工艺及油田开采工艺；地面工程包括油气集输和油气矿场加工（以下简称油气集输）、油田采出水处理、供排水、注水（注气、注汽注聚）、供电、通讯、道路、消防等与油田生产密切相关的各个系统。在建设投资中，地面工程约占油田开发总投资的30％～40％，占气田投资的60％～70％。油气集输研究的对象是油、气田生产过程中油田内部原油及天然气的收集、油气加工处理和输送问题。第一节油气集输系统的工作内容油气集输系统的功能是：将分散在油田各处的油井产物加以收集，分离成原油、伴生天然气和采出水；进行必要的净化、加工处理使之成为油田商品（原油、天然气、液化石油气和天然汽油）以及这些商品的储存和外输。同时油气集输系统还为油藏工程提供分析油藏动态的基础信息。如：各井油气水产量、气油比、气液比、井的油压和回压、井流温度等参数及随生产延续各种参数的变化情况等，使油藏工作者能加深对油藏的认识，适时调整油田开发设计和各油田的生产制度。因而油气集输系统不但将油井生产的原料集中、加工成油田产品，而且还为不断加深对油藏的认识、适时调整油藏开发设计方案、正确经济地开发油藏提供科学依据。一、油气生产工艺系统综述图1－1表示油气生产工艺系统的全部内容及其产品。油井生产的产物，经集中初步分离为油、气、水三种流体。含油污水在经处理后，由注水井回注地层，以保持地层的能量。原油在经脱盐降低盐含量后，进行稳定或拔顶（从塔器顶部抽出轻质油蒸气），稳定后的原油作为油田产品送往炼厂。图1－1油气生产工艺系统含H2S、CO2、H2O的酸性湿天然气进行初步脱水，以控制对设备和管道的腐蚀。然后脱除H2S和CO2，使酸性天然气变为“甜”天然气。从脱出的H2S内回收硫磺，为制酸工业提供原料。CO2或回注地层、或出售、或放空。“甜”天然气需进一步脱水，并和原油稳定单元来的拔顶气汇合，在烃液回收单元将气体内较重的烃液变成液体，这项工作称天然气凝液回收，或称轻烃回收。天然气凝液加工成液化石油气（C3、C4烷烃）和稳定轻烃5C（也称天然汽油或轻质石脑油）。液化石油气作为油田产品外销，或供石油化工厂做原料。稳定轻烃外销。在凝液回收单元的不凝气中，主要为C1和部分C2，经管道送往用户，或部分气体供给液化天然气（LNG）厂。液化后的天然气，可供石油化工厂做原料，或再汽化为用户提供调峰天然气。由于油田所处的自然和社会环境不同，油藏类型、规模、原油与天然气组分和物理性质不同，因而各油田并非必须具备上述油气生产的全部工艺环节。例如，除各别特例外，我国所产原油盐含量较少，在矿场内一般不进行脱盐，脱盐工作放在炼厂。又如我国天然气脱酸气和脱水常集中在一个厂区内，不必进行天然气两次脱水。只有在海洋开采石油时，为减少平台面积，平台上只设脱水单元，防止海底油气输送管道腐蚀，油气加工单元设在陆上，才需两次脱水。图1－1全面而直观地表示了油田所产油气水的流向、各种加工处理环节和产品。二、油气集输系统主要工作内容尽管因各油田的具体情况不同，构成了不同的符合各油田情况和特色的油气集输系统，但各油田的油气集输系统也存在一定的共性：接收油井流出的原料，生产出油田产品。除各别特殊油田外均有与图1－1类同的主要工作内容，我国石油工作者将油气集输归纳为图1－2所示的方框流程。按图1－2，油气集输的主要工作内容包括有11大项。1．油井计量测出每口油井内原油、天然气、采出水的产量，作为分析油藏开发动态的依据。2．集油将计量后的油井产物（油、气、水）或油水混合物集中，通过管线输送至有关站场进行处理。3．集气将油田内部一级油气分离器分出的天然气通过管线输送至气体处理厂进行净化和加工。4．油气水分离将井流分离成原油、天然气、采出水。必要时，还需分离出井流中所含的固体杂质。图1－2油气集输系统的工作内容气净化气轻烃产品商品天然气含油污水那用户用户用户用户商品原油含水原油含水原油油气水分离脱水稳定储存计量净化凝液回收储存计量计量污水处理分井计量井5．原油处理（脱水）含水原油经破乳、沉降、分离，脱除游离水、乳化水和悬浮固体杂质，使商品原油含水率小于规定的质量标准。6．原油稳定脱除原油内易挥发组分，使原油饱和蒸汽压等于或低于商品原油规定的标准。稳定过程中产生的呈气态的易挥发组分送气体处理厂回收凝液。7．原油储存将符合商品原油标准的原油储存在矿场原油库中，以调节原油生产和销售间的不平衡。8．天然气净化天然气净化包括脱出天然气中的饱和水和酸性气体（H2S、CO2、）。通过脱水，使气体在管线输送时不析出液态水，以满足商品天然气对水露点的要求；或用冷凝法回收凝液时不析出液态水。商品天然气对酸性气体的含量也有严格规定，当原料气内酸性气含量超过规定值时，需要脱除硫化氢、二氧化碳等酸性气体。9．天然气凝液回收油田伴生气中含有较多的、容易液化的丙烷和比丙烷重的烃类，回收天然气中重组分凝析液，可满足商品天然气对烃露点的要求。加工天然气凝液可获得各种轻烃产品（液化石油气、天然汽油），以提高油田的经济效益。10．凝液储存将轻烃产品储存在压力储罐中，以调节生产和销售间的不平衡。11．采出水处理将分离后的油田采出水进行除油、除机械杂质、除氧、杀菌等处理，使处理后的水质符合回注油层或国家外排水质标准。油田开发和建设是分阶段实施的。油田开发面积和油井的数量会不断增加，因而油气集输系统也必须分期建设。同时已投产油区的生产又是动态的，随开采时间的延续，油井产物中的水含率、携沙量会逐渐增高。采油量、气油比逐年下降，原来的自喷井变为间歇自喷或改为抽油井，油井的采油层系也可能发生调整，有的生产井可能转为注水井等，这就要求油气集输系统做出相应的调整以适应油田生产的动态变化。第二节油气集输流程收集油井产出的油、气、水混合物，按一定顺序通过管道，连续地进入各种设备和装置进行处理，获得符合质量标准的油气产品，并将这些产品输送到指定地点的全过程，称为工艺流程。油气集输流程是油气在油田内部流向的总说明，图1－1图1－2即为简单的油气集输方框流程。集输流程通常由油气收集、加工处理、输送和储存等环节组成。油田集中处理站的主要功能是将各井所产原油进行脱水、稳定、生产出商品原油的场地。从油井到集中处理站的流程称集油流程，从集中处理站到矿场油库的流程称输油流程。各油田的输油流程没有本质上的区别，因而讨论的重点是集油流程。某些西方国家所属油田，集中处理站上游部分归采油公司所有，下游部分归管道公司所有，管道公司的管道深入油田内部从各集中处理站获取商品原油，将其集中至输油干线首站输送至用户。这种深入油田内部从各集中处理站收油的管道，国外称为集油干管线。一、集油流程集油是收集、计量油井产物的过程。国内外的集油流程大体分为三类。一类是产量特高的油井，每口井有单独的分离、计量设备，有时还有单独的油气处理设备，这种流程的经济性一般较差；第二类为计量站集油流程，每口油井有单独的出油管线（管线一般为50mm~100mm）把油井产物送往（分井）计量站，在计量站内轮流计量每口油井的油气产量。此后与其他油井产物汇合后输往集中处理站，这种流程的使用最为广泛，见图1－3所示；第三类为多井串联集油流程，若干口井共用一根出油管线，将井流送往集中处理站进行气液分离，原油脱水和稳定，由设在各井场上的计量分离器对油井产量进行连续计量，或用移动式计量装置对各井进行周期性计量，见图1－4所示。我国油田采用的集油流程多为第二类，少数为第三类流程。图1－3计量站集油系统图1－4多井串联集油系统（一）集油流程的分类及命名根据各油田的具体情况，在应用计量站集油流程和多井串联集油流程时，我国石油界常按流程中最具特色的部分命名集油流程。1．按集油加热方式命名集油流程油井至计量站出油管线的加热方式有：不加热、在井场加热后井流进入出油管线、热伴随（热水、蒸汽）、掺输（掺热水、掺热油、掺蒸汽）等，相应将集油流程命名为不加热集油流程、井场加热集油流程、热水伴随集油流程、蒸汽伴随集油流程、掺热水集油流程、掺热油集油流程、产蒸汽集油流程等。2．按集油管网形态命名集油流程集油管网形态分别有树枝状集油流程、辐射状集油流程、环状集油流程和多井串联集油流程等。3．按通往油井的管线数量命名集油流程按通往每口油井的管线数量，分别有单管集油流程、双管集油流程和三管集油流程等。4．按集油系统的布站级数命名集油流程在油井井口到集中处理站之间有不同级数的站场，流程内只有集中处理站的称一级布站集油流程，有计量站和集中处理站的称二级布站集油流程，三级布站集油流程有计量站、接转站和集中处理站。近年来，随油田自动化水平的不断提高，出现了“一级半布站”集油流程，也称选井点集油流程。所谓“一级半布站”集油流程是在集中处理站之外，布置若干选井点，选井点仅设分井计量用的选井阀组，不设计量分离器和计量仪表。选井点有两条管线通往集中处理站，一条为油井计量用的管线，与设在集中处理站的计量分离器相连；另一条为其他不计量油井井流的集油管线。5．按流程的密闭性命名集油流程有开式集油流程和密闭集油流程之分。在集中处理站进行原油稳定工艺前，原油通过常压储罐（立式固定顶油罐），这种流程称为开式集油流程。因为常压储罐不能避免原油的工作损耗（大呼吸）、呼吸损耗（小呼吸）和闪蒸损耗，原油中大量易挥发组分将逸入大气。开式流程不仅污染环境还影响油田产品的数量和质量。故集油流程应采用密闭集油流程。事实上，各油田的具体流程常是上述几种流程的组合。（二）各集油流程的特点及适用条件以下简要介绍我国油田的典型集油流程。1．不加热集油流程如图1－5所示，油井以单独的出油管线与计量站相连，各井产物在计量站轮流计量，计量分离器将井流分成气液两相并分别计量气、液流量后，再次混合与其他油井产物汇合流至集中处理站。这种流程适