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第四章气井井场工艺.ppt

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1,第四章 气井井场工艺,第一节 采气流程 第二节 天然气的计量 第三节 气液(固)分离 第四节 天然气脱水工艺 第五节 天然气脱硫工艺,2,采气流程:气井采出的含有液(固)体杂质的高压天然气变为适合矿场输送的合格天然气的各种设备组合。,单井常温采气流程多井常温采气流程低温回收凝析油采气流程低温回收石油液化气采气流程,根据处理天然气的不同方式,可分为:,第一节 采气流程,3,一、单井常温采气流程,第一节 采气流程,井口→针阀→保温套→针阀→分离器,气体→分离器顶部→节流装置计量→集气支线,液(固)体→分离器下部→计量罐→油罐和水池,4,① 用在气田边远气井,不需要建集气站,可节约成本;,② 用在产水量大的气水同产井,可以进行气水分离,减少输气阻力;,③ 用在低压气井,由于井口压力低,集气干线的压力波动对产气影响很大,单井采气可以避免这种影响,保持产气稳定。,一、单井常温采气流程,第一节 采气流程,应用范围:,5,二、多井常温采气流程,第一节 采气流程,多井常温采气流程是把几口单井的采气流程集中在气田适当部位进行集中采气和管理。,⒈ 工艺流程,工艺流程一般包括:加热、分离、计量等几部分。其中加热的目的是防止在节流降压中气体温度过低形成水化物。,若气体压力降低,节流后不会形成水化物,集气站的流程可简化为:节流、分离、计量,然后通过汇管输出。,6,二、多井常温采气流程,第一节 采气流程,图4-2 多井常温集气流程图,7,二、多井常温采气流程,第一节 采气流程,⒉ 适用范围,多井常温采气流程的优点:便于对气井进行集中调节和管理,实现水、电、蒸汽的一机多用。,凡是气井压力相近,气体性质相同,不需要用单井采气流程的地方,都可以用多井采气流程。,8,三、低温回收凝析油采气流程,第一节 采气流程,利用高压气节流致冷,大幅度降低温度回收凝析油。,⒈ 工艺流程,9,⒉ 适用范围,① 天然气中有较高的凝析油含量,一般要求在20g/m3以上。,三、低温回收凝析油采气流程,第一节 采气流程,② 气井有足够高的剩余压力(井口压力与输气压力之差),一般在8MPa以上;,③ 有相当的气量,一般在70×104m3/d以上。,3.优点:不需要外来能源节流制冷,投资少,设备简单,操作方便,经济高效。单井和多井集气站都可使用。,10,⒈ 工艺流程,四、低温回收石油液化气采气流程,第一节 采气流程,11,四、低温回收石油液化气采气流程,第一节 采气流程,⒉ 适用范围,① 天然气含丙烷、丁烷组分高,一般应在3%以上;,② 气井剩余压力在10兆帕以上,以造成低温;,③ 气井产量不受限制,只要丙烷、丁烷含量高,剩余压力大。,12,第二节 天然气的计量,天然气流量:在单位时间内流过管路横断面的天然气数量(体积)。,天然气流量的测量仪表包括:孔板差压流量计、临界流速流量计、垫圈流量计、涡轮流量计、靶式流量计、质量流量计等。,13,一、孔板压差流量计的组成,第二节 天然气的计量,孔板差压流量计由节流装置、导压管和差压计三大部分组成。,14,一、孔板压差流量计的组成,第二节 天然气的计量,⑴ 节流装置,使管道中的流体产生压差的一套装置。完整的节流装置由标准孔板、带有取压孔的孔板夹持器和上下游测量管所组成。,15,一、孔板压差流量计的组成,第二节 天然气的计量,⑵ 导压管,一般采用φ18×3的无缝钢管,其作用是将标准孔板所产生的压差信号传送给压差计。,用于测量差压信息,把此差压转换成流量指示并记录下来。,⑶ 差压计,16,二、流量计算公式,第二节 天然气的计量,气体流经孔板时流量的基本公式为:,令,则,17,一、分离设备及类型,第三节 气液(固)分离,按作用原理分:重力分离器、旋流分离器、混合式分离器,根据分离需要分类:气液两相分离、油气水三相分离,根据外形分类:立式和卧式分离器,18,⒈ 重力分离器,利用液(固)体和气体之间的密度差分离气体中的液(固)体。,第三节 气液(固)分离,为提高重力分离器的效率,进口管线多以切线进入,利用离心力对液体作初步分离。安装除雾器,利用碰撞原理分离微小的雾状液滴。,19,为了使液滴沉降,设计分离器时必须使分离器中的气流速度低于液滴沉降速度,一般要求:,第三节 气液(固)分离,液滴沉降速度与液体的密度、液滴直径、分离器工作压力等因素有关。可以用公式计算或查图表求得。,20,第三节 气液(固)分离,不同压力下水滴直径与沉降速度的关系,21,第三节 气液(固)分离,(1)立式分离器,①分离段:混合物由切向进口进分离器后旋转,在离心力作用下密度大的液(固)体被抛向器壁顺流而下,液(固)体得到初步分离。,②沉降段:沉降段直径比进口管径大得多,使得气流在沉降段流速急剧降低,有利于较小液(固)滴在其重力作用下沉降。,22,③除雾段:用来捕集未能沉降分离出来的雾状液滴,捕集器有翼状和丝网。,④储存段:存储液(固)体,由排液管排出。排污管的作用是定期排放污物(泥砂、锈浊物等)。,第三节 气液(固)分离,(1)立式分离器,23,第三节 气液(固)分离,(1)立式分离器 另一种结构:入口段。,24,翼状捕集器是带微粒收集带平行金属盘构成的迷宫组成。,丝网捕集器,丝网捕集器是用直径的金属丝或尼龙丝、聚乙烯编制成线网,再不规则地叠成网垫制成。,第三节 气液(固)分离,翼状捕集器,25,第三节 气液(固)分离,影响重力分离器效率的主要因素是分离器的直径。在气量一定、工作压力一定时,直径大,气流速度低,对分离细小液滴有利,但直径过大,钢材消耗量大,加工不易。,合理的分离器直径计算公式:,ν为分离器内气流允许速度。,26,第三节 气液(固)分离,(2)卧式重力分离器,气液混合物→碰到导向板而改变流向,在惯性力的作用下大直径液滴被分离下来,夹带小液滴的气流继续向下运动。由于分离器直径比进口直径大得多,气流速度下降,在重力作用下较小直径液滴被分离下来。气流通过整流板,紊乱的气流被变成直流,更小的液滴与整流板壁接触,聚集成大液滴而沉降。最后,雾状液滴在捕集器中被捕集下来。,27,第三节 气液(固)分离,卧式分离器与立式分离器的区别:,卧式分离器是用径向进口并安有伞形板,伞形板的作用是防止气液直接撞击储存段的液面,引起已沉降的液体重新被气流携带。气流撞击伞形板后,气流速度降低,方向改变,在惯性力的作用下液滴被分离,粘附在伞形板上顺流而下。,在分离器直径和工作压力相同情况下,卧式重力分离器处理气量比立式高。但卧式重力分离器占地面积大,清扫困难。多用于处理量大的集气站和用以脱流装置前的气体进行分离。中小型集气站仍以立式为主。,28,第三节 气液(固)分离,(3)三相重力分离器,三相重力分离器中的油水也是利用密度差进行分离的。在分离器中安有一个堰板,水面上的浮油高度超过堰板顶部时,翻过堰板进入集油室中,集油室中安有浮球,并用连杆通过控制机构作排油调节阀的开关。当油面升到规定高度时,阀开启排油;液面降低到规定高度时,阀自动关闭。水也是用浮球控制阀的开启或关闭进行排放的。,29,2.旋流分离器,第三节 气液(固)分离,利用离心力原理分离气液(固)体。气液(固)混合物由切线方向进入分离器后,沿分离器筒体旋转,产生离心力。离心力与液(固)体颗粒的密度成正比。液(固)体颗粒的密度比气体大得多,于是液(固)体颗粒就被抛到外圈(靠近器壁),较轻的气体则在内圈。被抛在外圈的液(固)体颗粒继续旋转,并向下沉淀,最后到达锥形管聚集后从下部出口放出,内圈的气体则从上部出口放出。,30,旋流分离器中液(固)体颗粒的沉降速度与颗粒的直径、密度、旋转半径、角速度以及气体的密度有关。在颗粒直径和密度、气体密度、流动状态相同的条件下,旋流分离器中颗粒的沉降速度比重力分离器大。同样直径时,旋流分离器处理的气量比重力分离器多。,旋流分离器的直径取决于处理气量的多少、气体经过分离器时的压力损失和水力阻力系数。计算公式:,ξ为水力阻力系数,一般取180;,ΔΡ/ρ为气体通过分离器时的压头损失,一般设计时取0.55~1.8。,第三节 气液(固)分离,31,旋流分离器结构一:,第三节 气液(固)分离,1-气体进口; 2-气体出口; 3-内管; 4-螺旋叶片; 5-筒体; 6-锥形管; 7-支持板; 8-排液口; 9-加强板,螺旋叶片是焊在内管上的薄钢板,对气体起着导向和加速旋转的作用,32,旋流分离器结构二:,第三节 气液(固)分离,1—气体进口; 2—气体出口; 3—内管; 4—螺旋叶片; 5—筒体; 6—锥形管; 7—支持板; 8—手孔; 9—排液口; 10—裙座; 11积液筒,33,3.混合式分离器,第三节 气液(固)分离,混合式分离器是利用多种分离原理进行气液(固)体分离的,结构比较复杂,类型也很多,如螺道分离器、串连离心式分离器、多管旋风式分离器等。,⑴ 螺道分离器,螺道分离器是利用天然气在狭窄的螺道中作高速旋转运动,形成强烈的离心力,使气流中的液滴聚合成较大的液滴沿器壁流下。,34,第三节 气液(固)分离,(1)螺道分离器,凝聚段由多道螺道组成,它的作用是使气流沿螺道高速旋转,产生强大的离心力,把小液滴甩到器壁上凝聚成大液滴顺器壁流到储液段。,扩大段由紧接凝聚段之后螺距逐渐加大的螺道组成,由于螺距加大,气流速度降低,避免使已聚合的液滴再分散。,捕集器用金属或尼龙丝网制成,起捕集雾状液滴作用。储液段内设破旋涡板,防止储存的液体产生漩涡而重新被气流夹带。,储液段,35,第三节 气液(固)分离,(2)串连离心式分离器,利用重力、惯性力、离心力分离气液(固)体。,气液从顶部进入后向下流动,液滴在本身重力作用下初次沉降。气液到达环形空间底部时,气流改变方向拐向上流,液滴在惯性力作用下二次分离。气流进入螺道部分高速旋转,液滴在离心力作用下第三次分离。,36,第三节 气液(固)分离,(3)多管旋流式分离器,由多个旋风子(小旋流分离器)并列置于一个外壳内,组成多管旋风分离器。进入壳内的气体分股进入旋风子进行分离。多管旋风分离器适宜分离固体杂质,并可按实际需要增加旋风子的数量。,37,二、分离器的附属设备—自动放水器,第三节 气液(固)分离,利用连通管原理和浮力原理实现自动进水和放水的。由于导压管把分离器的气体压力和放水器连通在一起,使二者成为一个压力相等的连通容器。因此当分离器内的液面高于放水器的进水口时,水依靠其本身的高差自动流入放水器。,38,1. 结构,第三节 气液(固)分离,1-连通导压管(与分离器的气相部分相连,使水靠自重流到放水器) 2-阀嘴(控制一次排水量) 3-阀尖; 4-扶正器(对阀尖起扶正和保持对中作用); 5-吸水管(引导水排出放水器) 6-浮筒(随着水量的多少沉浮,推动阀尖上下运动,打开或关闭阀) 7-外壳(承受压力和储存水) 8-下流阀,自动放水器,39,2.工作原理,第三节 气液(固)分离,来水进入外壳和浮筒环形空间,达到一定高度时,由于水的浮力大于浮筒的重量,浮筒上行,并带动阀尖紧紧接触阀嘴,放水器处于关闭状态。水不断地流入,水面继续升高,待液面高于浮筒上缘时便流入浮筒内,当浮筒内的水量与浮筒自身重量之和超过水对浮筒的浮力时,浮筒下沉,阀尖离开阀嘴,浮筒里的水在气压作用下从吸水管和阀嘴流出。直到浮筒依靠环形空间的浮力再次上浮,放水器关闭为止。如此反复运行,不断地把水排出。,40,3.水量计算公式,第三节 气液(固)分离,41,三、分离器的选择依据,第三节 气液(固)分离,⒈ 处理气量和工作压力,所选择的分离器规格要符合气井的产量和集输压力的要求。直径过大浪费钢材,直径过小则分离效率低。根据计算结果选择相应直径的分离器时,要选择稍大一点的分离器。,42,三、分离器的选择依据,第三节 气液(固)分离,⒉ 气井产水量和产水状态,由于旋风式分离器直径小,储液量小,当气井产水量较大(50m3/d以上),或出水量呈股状时,应选择重力式分离器,或第一级用重力式分离器,第二级用旋风式分离器。,当水量较少、水呈雾状或者固体杂质较多时,应选择旋风式分离器或螺道式等混合式分离器。,43,三、分离器的选择依据,第三节 气液(固)分离,⒊ 气体性质和分离温度,当气体含硫量较高时,应选择抗硫分离器当分离温度较低时,应选择低温分离器,44,第四节 天然气脱水工艺,天然气脱水:从天然气中脱出水汽以降低露点的工艺。,露点降:在同一压力下,被水汽饱和的天然气露点温度与经过脱水装置后同一气流的露点温度之差。 露点降是脱水装置能力的主要指标。,天然气脱水方法:液体吸收法、固体吸附法(干燥法)和冷却法。,45,第四节 天然气脱水工艺,一、液体吸收法,常用的液体吸收剂(干燥剂):乙二醇(EG)二甘醇(DEG)三甘醇(TEG)四甘醇(T4EG),46,当要求脱水后气体露点降到-20~-40℃时,通常选用三甘醇脱水。实践证明,使用乙二醇和二甘醇时损失较大,而三甘醇以它较大的露点降、技术上的可靠性和经济上的合理性在天然气脱水中使用最普遍。,第四节 天然气脱水工艺,一、液体吸收法,三甘醇的应用范围:露点降为22~78℃,气体压力为0.172~17.2MPa,气体温度为4~71℃,含硫或不含硫天然气的脱水。,47,第四节 天然气脱水工艺,一、液体吸收法,经分离器预分离油水后的天然气→吸收塔被三甘醇贫液将水吸收脱除→排出。 再生的三甘醇贫液→泵送到吸收塔顶部的塔板上。 含水的三甘醇贫液从吸收塔底部排出→经过过滤器→缓冲—换热器→再生塔。,48,第四节 天然气脱水工艺,二、 固体吸附法(干燥法),如果需要将天然气的露点降至-73℃以下,含水量小于1ppm时,则采用固体吸附法脱水。,常用的干燥剂有硅胶、活性氧化铝、活性炭、沸石分子筛等。,49,脱水用的干燥剂应满足以下要求:,⑴ 对水有较高的吸附能力; ⑵ 有较高的选择性。固体干燥剂无论在表面上或孔隙中都有吸附重烃和甘醇的趋向,这些物质在再生过程中是很难除掉的; ⑶ 能再生和多次使用; ⑷ 有足够的强度; ⑸ 化学性质稳定; ⑹ 货源充足,价格便宜。,第四节 天然气脱水工艺,50,第四节 天然气脱水工艺,(1)固体吸附工艺装置中至少有两个吸附床层,脱水过程是循环进行的。在一给定的床层上,一定时间内让它进行吸附;而在另一给定的床层上进行加热解吸(即用加热的方法使被吸附的水分脱除)。然后切换流程,使原吸附床层切换为加热再生;原加热床层切换为吸附。,(2)流程中必须有热源,用于加热床层进行再生。还必须有热气流过床层,用以除去被解吸出来的水汽。,51,第四节 天然气脱水工艺,三、冷却法,将天然气冷却,降温到稍高于水化物生成温度,可使一部分水冷凝出来,并经分离器后排走。常用冷却措施:循环制冷、节流膨胀制冷、膨胀机制冷等。冷却法对于天然气中水分的粗分离是很实用的脱水方法。,52,第四节 天然气脱水工艺,外加制冷循环法,⑴ 循环制冷,这种方法所需冷量有独立设置的制冷循环产生的冷量提供。冷冻介质可以是氨,也可是乙烷和丙烷等,具体选择取决于被冷凝分离的天然气压力、组分和分离要求等。,53,①高压气→站阀(调压)→分离器(脱除油、水及杂质)→计量→防冻剂混合室(高压喷注乙二醇)→预冷热换器→针形阀节流膨胀。,③分离后的干气→预冷换热器与来气换冷,然后再与另一股干气汇合,经换热器升温后进入外输干线。,第四节 天然气脱水工艺,⑵ 节流膨胀制冷,②由于冷却效应,气流温度急剧降低至-20℃左右,水汽及重烃凝结成水和凝析油)→低温分离器冷凝分离。,54,第四节 天然气脱水工艺,⑶ 膨胀机制冷,1、9—压缩机;2—冷却器;3—脱水装置;4—制动压缩机;5—部分冷凝器;6、7—分离器;8—膨胀机;10—液烃增压泵;11、12—换热器;13—脱乙烷塔;14—稳定塔,55,③底部的凝液→泵加压并经升温→脱乙烷塔。,①原料气→加压、冷却→分子筛脱水干燥→膨胀机带动压缩机增压→部分冷凝器(达到-55~-60℃)→低温分离器。分离出的气体→膨胀机制冷→外输。,第四节 天然气脱水工艺,⑶ 膨胀机制冷,②分离出的液相低温冷凝液→节流闪蒸后与来气换热→复热凝液分离器。,④脱乙烷塔中脱出的甲烷、乙烷→膨胀机制冷,⑤塔底液体与来气压缩冷却后得到的部分液烃送入稳定塔进一步精馏。,56,第五节 天然气脱硫工艺,含硫气田采气面临的三个棘手问题:H2S的剧毒性、腐蚀性和元素硫的沉积。,含硫天然气必须经过酸气净化才能投入市场。,含硫天然气的酸气(H2S和CO2等)净化包括脱硫、硫磺回收及尾气处理三部分。,57,一、脱硫,第五节 天然气脱硫工艺,脱硫方法:分为干法和湿法两大类。,若天然气中酸气含量较少,日处理量不大,可采用分子筛等吸附剂脱除酸气和水分,即干法处理。,湿法脱硫按溶液的吸收和再生性质,又可分为化学吸收法、物理吸收法和直接氧化法。,58,⒈ 化学吸收法,第五节 天然气脱硫工艺,化学吸收法是以弱碱性溶液为吸收剂与天然气中酸性组分反应来吸收H2S和CO2。而当压力、温度和吸收剂浓度变化时,酸性气体又会从吸收剂中分出。目前主要采用吸收剂为一乙醇胺和二乙醇胺。,59,第五节 天然气脱硫工艺,⑵富液→经贫-富液换热器(与贫夜焕热)→汽提塔(释放酸气组分)。,⑶汽提塔底部的贫液→换热器→(冷却后)吸收塔。,⑷出塔的冷凝水作为回流液返回气提塔,分离出的酸气则进入硫磺回收工段。,⑴原料气→吸收塔底→与醇胺水溶液相接触→酸性气体被溶剂吸收后→分离器(脱去游离水)→干线。,醇胺法脱硫工艺流程及原理,60,⒉ 物理吸收法,第五节 天然气脱硫工艺,物理吸收法全部采用有机化合物作为吸收溶剂,吸收酸气的过程为物理吸收过程,溶液的酸气负荷正比于气相中酸气的分压,当富液压力降低时,即放出吸收的酸气组分。,物理吸收法的有机溶剂主要包括:多乙二醇醚、N—甲基吡咯烷酮(NMP)、碳酸丙烯酯、磷酸三丁酯(TBP)和环丁砜。,61,物理吸收法中最重要的是砜胺法,砜胺溶液是由环丁砜、醇胺和水组成的,砜胺法兼有物理吸收和化学吸收两种作用特点,弥补了物理吸收法净化度差的缺点,适用于净化含有机硫和轻质油的高含硫天然气。,适用条件:由于物理溶剂对重烃有较大溶解度,因而物理吸收法常用于酸气分压超过3.5,重烃含量低的天然气净化。,第五节 天然气脱硫工艺,62,第五节 天然气脱硫工艺,⒊ 直接氧化法,国内曾用铁碱法进行天然气单井脱硫,其脱硫剂为硫酸铁和碳酸钠溶液,适合于低含硫天然气的净化。,铁碱法是利用悬浮于碱性溶液中的氧化铁与H2S之间的反应,将H2S转化为元素硫的方法。,63,第五节 天然气脱硫工艺,铁碱法的典型工艺流程,碱性溶液由泵打至吸收塔顶部,在塔内与自塔底送入的原料气逆流接触,而脱除其中的H2S 。含H2S的溶液流至再生塔(即氧化槽),在此与空气接触生成元素硫。元素硫呈泡沫状积累于液面上,然后清洗而流入浆液槽,再用泵送至过滤器,除去残余液体。再生好的溶液用泵从再生塔打回吸收塔。从而完成溶液循环。,64,二、硫磺回收,第五节 天然气脱硫工艺,来自脱硫装置的酸性气体主要包括H2S、CO2和及少量的CH4等烃类。主要包括部分燃烧法和分流法。,⒈ 部分燃烧法(单流法),酸气中H2S含量在50%以上时,应选择部分燃烧法。,(1)在部分燃烧法中,所有的酸气全部进入燃烧炉,同时严格按配风比送入空气,使酸气中全部烃类完全燃烧,而只有1/3H2S氧化生成SO2,剩下的2/3H2S与SO2生成元素硫。,65,(2)从燃烧炉出来的高温气体,主要由H2S、SO2、S(蒸汽)、COS、CS2等组成,经废热锅炉回收能量后,进入一级冷凝器再次回收热量,并分离液硫。,采用部分燃烧法硫磺回收率可达90~95%。,(5)二级转化器出来的气流,进入三级冷凝器回收热量并分离液硫。,(4)一级转化器出来的气流,经二级冷凝器回收热量并分离硫后,用酸气再热炉升温到二级转化器所要求的温度后,进入二级转换器。,(3)一级冷凝器出来的气流与废热锅炉部分高温气混合掺热,使其达到一级转化器所要求的温度,进入一级转换器。,第五节 天然气脱硫工艺,66,第五节 天然气脱硫工艺,⒉ 分流法,酸气中H2S含量低于50%时,应选择分流法。,1/3的酸气首先进入燃烧炉。在燃烧炉中,仅生成SO2而不生成元素硫。从燃烧炉出来的含有SO2的高温气体,经废热锅炉回收热量后,与其余的2/3的酸气混合,使其达到一级转化器所要求的温度,进入一级转化器。以后的流程与部分燃烧法相同。,分流法的硫磺回收率较低,可达85~92%。,67,三、尾气处理,第五节 天然气脱硫工艺,,斯科特装置用加氢还原和二异丙醇胺脱硫的方法处理尾气。,(1)硫磺回收装置来的尾气→在线燃烧炉→还原反应器→尾气中的SO2、S(蒸汽)、COS和CS2均被还原成H2S→废热锅炉→冷却塔→气体进入吸收塔。,(2)H2S被二异丙醇胺水溶液吸收,以后的流程同脱硫工艺。再生脱出的酸气送回硫磺回收装置,吸收塔顶的尾气燃烧后排空。,END,
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