油气水关系（共7篇）
油气水关系 篇1
1 地层水垂向分布特征
石南地层水资料主要分布在白垩系、侏罗系八道湾组、三工河组、西山窑组及头屯河组地层。地层水矿化度无论从纵向上还是横向上变化较大, 其中矿化度最小值为7.51g/L, 最大值为38.19g/L。石南地区侏罗系地层地层水矿化度随着埋藏深度的增加及层位的改变没有明显的变化, 水型在纵向上具有多相性的特征:从白垩系到侏罗系头屯河组为Ca Cl2型, 西三窑组地层水为Na HCO3型和Ca Cl2型, 两种水型交替出现, 在不同的井区地层水矿化度和水型不一样。而八道湾组和三工河组地层水矿化度略低于上覆地层且水型也转变为Na HCO3型水。从总体上看从白垩系到侏罗系头屯河组地层为正向的水化学剖面, 而从侏罗系头屯河组到八道湾组地层地层水局部区域出现矿化度“上大下小”的反向水化学剖面, 且水型也由头屯河组→西山窑组→三工河组→八道湾组的Ca Cl2型→Na HCO3型和Ca Cl2→Na HCO3型→Na HCO3型, 由此可看出Na HCO3型处于地层的深部, 而通常油田水的深部区域应为高矿化度Ca Cl2型, 产生这种水型变化的原因是该区地层在侏罗系受构造运动的影响较大。
2 地层水平面分布特征
2.1 侏罗系八道湾组
石南地区侏罗系八道湾组水型为Na HCO3型, 地层水矿化度为7~8g/L, 平面上矿化度没有明显的变化, 阴离子含量顺序主要为Cl->HCO3->S O42->C O32-, 具有较高含量的HCO3-、SO42-根离子。
2.2 侏罗系三工河组
石南地区侏罗系三工河组地层水为Na HCO3型, 矿化度在石南4井区南面及石
2 0 1井为8 g/L左右, 为矿化度的低值区, 而矿化度在石南15井为20g/L左右, 为高值区, 夏盐3、盐001井矿化度也为20g/L左右, 由矿化度分布情况可看出该层系地层水矿化度具有北高南低的特点, 说明该区侏罗系三工河组沉积期石南4井区为一古隆起, 而石南4井区以北为一古沉积凹陷。且该层系主要阴离子含量顺序在石南7井区为Cl->SO42->HC O3->C O32-, 具有较高含量的HCO3-、SO42-根离子。且硫酸根含量多数大于1000mg/L, 脱硫系数较高, 说明地层中脱硫作用较弱, 地层处于氧化环境, 硫酸根未被还原。
2.3 侏罗系西山窑组
石南地区西山窑组地层水在石南7井区为Ca Cl2型, 在石南4井、石南10井区出现Ca Cl2、Na HCO3型, 两种水型交替出现;且该层系矿化度值普遍较高, 其值均在20g/L左右, 地层水矿化度明显高于下覆地层, 整体上为一反向水化学剖面, 矿化度在平面上没有明显的变化。该层系硫酸根含量明显低于下覆地层, 由原来的1000mg/L~2 00 0 mg/L减少为几十mg/L, 由矿化度、水型、硫酸根离子的含量可以看出:侏罗系西山窑组与三工河组地层相比, 具有较好的封闭性, 地层水的离子交换作用较强, 地层处于还原环境, 有利于油气的保存。
2.4 侏罗系头屯河组
石南地区头屯河组地层水水型为Ca Cl2型, 石105井矿化度高达38g/L, 为该区矿化度最高层段, 石南8井和石102井矿化度也高达30g/L, 而石南4井区矿化度多数为2 0 g/L左右, 该区地层水在石南4井区基001~基005井矿化度明显低于下覆地层, 为一正向水化学剖面。而在石南7井区石102井、石南8井矿化度高于下覆地层, 为一反向水化学剖面。且该层系硫酸根为几十mg/L, 石南4井区地层与下覆地层矿化度连续性较好, 同时在石南7井区由于构造运动的影响使地层具有反向水化学特征。说明该层系构造活动强烈, 地层水的离子交换作用较强, 地层处于还原环境, 其中在石南4井区有利于油气的保存。
2.5 白垩系
石南地区白垩系地层水水型为Ca Cl2型地层水矿化度在石南24井矿化度达30g/L而石南21井、石南22井矿化度为22g/L, 石南6井矿化度为18g/L, 总体上为北高南低的特点。石南24井SO42-根离子极低, 且石南21、石南22、石南24井钠氯系数、碳酸岩平衡系数均较低, 其各项离子含量与三个泉凸起地层水有相似的特征, 但矿化度明显高于三个泉凸起白垩系地层水矿化度, 说明这几口井白垩系地层离子交换作用强, 地层水变质程度加深, 地层的封闭性变好。
3 地层水变化的原因
由石南地区侏罗系地层水的变化特征表明该区在侏罗系为内陆湖泊相沉积特征, 在石南4井区、石南7井区矿化度“自上而下”成波浪状变化, 反映了早侏罗世沉积过程中地层有若干次小范围升降运动, 沉积层出露地表, 且经历了数次水文地质旋回, 地层水遭受古地面水的冲刷淡化, 有淡水水源补充到地层, 与地层水发生混合作用, 造成水型的多变性, 在剖面上形成水化学异常。三工河组曾经遭受古地表水的淋滤, 导致了水化学剖面上有波浪状起伏。这也是陆相沉积地层水普遍存在的现象。这种“水化学不整合面”往往和地层的“地质不整合面”一致, 也和各不同陆相沉积成因的砂层组之间的分界面一致, 说明陆相沉积水化学剖面比海相沉积要复杂得多。
4 高矿化度Na HCO3型水成因与油气关系
西山窑组出现高矿化度Na HCO3型水, 王仲侯和张淑君 (1998) 认为高矿化度Na HCO3型水与深层潜伏的深断裂有关, 是由于深层高浓度CO2进入地层水中, 造成地层水中HCO3-+C O32-浓度大于C l-+SO42-浓度, 使地层水“活化”, 并把它作为寻找隐伏连通大断裂的一种依据。侏罗系西山窑组出现高矿化度的Na2SO4型水或混合成因的Na2SO4型水和Mg Cl2型水。一方面, 可能与岩层中存在长石矿物有关, 或与溶有大量CO2的地表水的淋滤有关;另一方面与油气的运移有关。
5 结语
(1) 侏罗系地层水化学特征表明该区为陆相湖泊沉积体系特征。
(2) 侏罗系八道湾组和三工河组地层水矿化度低是构造运动频繁所致, 地层封闭性差, 不利于油气的保存;西山窑组封闭性较好, 有利于油气的保存。
(3) 侏罗系三工河组、头屯河组、白垩系呼图壁河组地层水具有北高南低的特点, 北部地层的封闭性较好, 为油气有利聚集区。
参考文献
[1]王仲侯, 张淑君.克拉玛依油田高矿化度重碳酸钠型水的发现与特征[J].石油实验地质, 1998, 20 (1) :39～43.
油田油气水计量检定节能措施分析 篇2
1 节能降耗与计量检定工作的关系
在企业中, 计量检定工作是贯穿科研、设计、生产以及经营等全过程的一项重要的基础工作。目前, 计量检定工作在企业发展中作用日益凸显, 特别是在企业节能降耗方面的作用尤为显著。计量检定工作是节能降耗和油田管理的眼睛, 计量检定工作是一切经济活动的基础, 没有计量检定工作, 能源审计的能量平衡表就无法进行编制, 同时能源网络图也无法进行绘制, 从而造成能量平衡测试工作也无法进行, 更不能找到节能降耗的关键部位, 最终造成节能降耗工作无法顺利开展[1]。因此, 新时期在推动节能技术的同时, 首先应将计量检定、校准技术放在首要位置, 从而最大限度地发挥计量检定工作在节能降耗中的作用, 实现企业节能降耗的目的。
2 油田油气水计量检定节能对策分析
油田油气水计量检定主要是以油、气、水为主要介质进行检定的实验单位。油田油气水计量检定节能工作的准确性以及可靠性直接关系到整个油田企业节能降耗工作的开展。因此, 针对某油田油气水计量检定节能措施进行了分析。
2.1 做好油气水计量检定节能基础工作
领导是关键, 制度是保证, 人员是基础。在油田油气水计量检定节能工作开展中, 首先油田企业相关领导首先应意识到油田油气水计量检定工作与节能降耗的关系, 提高对计量检定工作的重视程度, 只有油田企业相关领导认识到油气水计量检定节能工作的重要性, 才能有效保证油气水计量检定节能工作的有效开展。另外, 在油气水计量检定节能工作开展中, 还应该进一步提高油气水计量检定工作人员的重视程度, 提高计量检定工作人员的综合素质和综合技能, 加强对计量检定工作人员的培训, 提高员工节能意识, 从而为油田培养出既熟悉计量检定工作, 又有高度的节能意识的人员, 进而保证油气水计量检定节能工作顺利的开展[2]。同时, 为了促进整个油田实现节能降耗, 油气水计量检定机构应结合管理部门, 开展多种节能降耗宣传工作, 举办相关的节能降耗知识的培训, 从而促使企业每一位人员都认识到节能降耗工作是每一个人, 每一个部门的事情, 只有企业员工充分认识到节能工作的重要性, 才能实现企业健康发展。
2.2 使用最佳的计量检定器具
计量检定器具的准确度、可靠性以及技术水平直接影响着能源计量数据的准确性。因此, 油田油气水计量检定工作开展中, 选择最佳的计量检定器具是保证数据准确性的前提。所以, 按照计量学的相关标准, 对计量仪器仪表进行检定、校准;同时标准的计量仪器仪表的准确度等级应为被检定、校准计量仪器仪表准确度等级的1/10~1/3。例如, 在油田油库外输流量计量中主要实施金属刮板流量计。此种流量计以体积小、重量轻以及准确度高等优点被广泛应用在油田检定中, 通过由专业在线检定人员对此系统进行检定, 其检定周期一般为1年。对于A、B、C、D、E、F、G各个原油计量站现场检定情况分析 (表1) 得知, 上一检定周期时的仪表系数和本检定周期调整前仪表系统以及重复性误差。
通过对表1中流量计检定结果进行分析得知, 在此油田中A站流量计在本周期调整前仪表系数为0.996 0, 其误差为0.39%, 明显超出该流量计允许误差 (±0.2%) ;而B、C、D、E站等为负误差, 但是超出范围均没有超过流量计允许误差;而F站和G站2个流量计在线检定的数据均严重超出允许误差范围, 其中F站流量计本周期调整前系数为1.015 1;而G站流量计本周期调整前系数为1.014 8。由结果表明, 超出的3个站均为中转站, 而未超出的站点为联合站, 说明应用在联合站的流量计在线检定情况较为稳定, 均能够正常使用;同时流量计在线检定的准确度和可靠性也非常高, 说明此流量计在联合站应用效果较为显著。
在油田油气水计量检定工作开展中, 应根据计量检定相关标准、相关规范以及技术标准选择最佳的计量检定器具;同时还能够对能源计量器具的选型、采购以及安装和调试、检定等一系列的工作进行统一的管理和监督, 本着互换性强、技术先进以及经济合理的原则选择最佳的计量检定器具, 有效减少由于计量检定器具自身存在的系统误差;同时采用经确定较高的计量检定器具对提高计量检定数据的准确性也具有重要的作用。
2.3 实施数字化节能管理策略
油田油气水计量检定工作开展中, 想要实现节能降耗, 首先应改进节能降耗工作方式, 实施标杆管理, 节能管理策略也应从传统的粗放型管理策略转变为精细化的管理模式;同时还应该将原来的单凭计量检定机构工作人员的责任心以及工作态度转变成为由数字化量化、有相关指标进行衡量的系统标准的工作, 从而在油田逐步构建成为系统的全方位的数字化油气水计量检定工作项目和工作标准[3]。在油田油气水计量检定节能工作开展中, 由于数据能够直观地反应出计量检定的效果以及节能降耗情况, 所以应将油气水节能降耗指标均采用数字进行量化, 通过数字直观反应出节能降耗的情况。比如, 在油田油气水计量检定工作中, 在对企业的用电情况、用水情况等相关指标进行考核, 实施数字化的节能管理策略, 可以有效对每天、每月以及每年的数据进行分析, 从而能够有效地反映出油田企业员工的节能状态;同时还能够有效反应出能耗较大的时间段以及相关设置, 进而能够有针对性地开展节能降耗工作, 改进相关设备、降低能耗[4]。
2.4 完善计量检定制定体系
在油田节能降耗工作开展中, 只有建立完善的计量检定制度体系, 才能保证计量检定工作有章可循, 才能进一步实现油田节能降耗。其中, 在计量检定制度体系构建中, 首先应根据国家计量法律法规以及油田自身情况, 制定完善的油田计量管理策略和计量器具管理办法。然后, 应根据油田计量工作情况, 重点构建计量器具质量监督抽查相关制度, 同时由油田油气水计量检定机构对油田企业内正在使用的以及新购置的油气水计量检定相关器具进行监督检查, 若有不符合相关标准的, 应暂停使用, 以保证计量器具检测的准确性和可靠性。其次, 应构建计量检定、计量检测管理制度, 同时还应该明确规定计量检定机构和能源监测部门必须经过油田组织的计量认可评审标准以及计量审核标准的审核, 才能进一步开展计量检定工作[5]。最后, 为了更好地促使油田企业节能降耗工作的开展, 还应该构建完善的能源节能以及资源综合运用等相关的制度。同时, 为了方便统计分析, 保证计量检定数据的准确性和可靠性, 还应该积极构建符合油田企业发展的规范化的数据审核制度, 严格把握统计数据初审、录入以及复审三个环节, 以保证油气水计量检定源头统计数据的准确性和可靠性。只有这样才能充分运用统计数据进一步有针对性地开展企业节能降耗工作, 最终将节能挖掘落实到实处。
3 总结
综上所述, 油气水计量检定工作是实现油田企业节能降耗的基础, 是节能工作的眼睛, 同时也是提高企业能源管理水平的重要策略。因此, 在油田油气水计量检定工作开展中, 只有不断提高油气水计量检定工作水平, 才能实现油田节能降耗、增收节支, 才能实现企业的可持续发展, 为构建节约型社会作出贡献。
摘要：在油田企业中, 节能离不开计量检定技术, 油气水计量检定技术水平的高低以及测量手段的合理性关系到油田节能效果的准确评定。针对某油田具体情况提出了做好油气水计量检定节能基础工作、使用最佳的计量检定器具、实施数字化节能管理策略以及完善计量检定制定体系等节能措施, 以提高油气水计量检定工作质量, 达到节能降耗的目的。
关键词：油田,油气水,计量检定,节能措施
参考文献
[1]薛天龙, 黄广轶, 刘岩.发挥计量职能作用, 促进节能降耗工作有效开展[J].科技创新与应用, 2014 (8) :293.
[2]薛允民, 周彦秋.能源计量工作在节能降耗中的作用与地位的分析与探讨[J].工业计量, 2014 (2) :62-66.
[3]赵春燕.如何做好油田油气水计量检定节能管理工作[J].石油石化节能, 2014 (1) :44-45.
[4]李广富.油气水多相流计量检定装置设计[J].中国科技信息, 2014 (2) :140-141.
油气水关系 篇3
在各种不同形式的分离器当中,卧式三相分离器中液滴的沉降与气体的运动方向相互垂直,从而导致气体中的液滴易于分离,同时分离器内较大的气液界面面积使得液体中的气泡能够更好地析出,因此该形式的分离器更易于油气的分离,加之卧式三相分离器分离性能往往高于立式三相分离器且造价较低,因而在实际生产中得到广泛应用。然而卧式三相分离器也存在占地面积较大、采出液含固体杂质较多时设计复杂等不足。
对于重力式三相分离器的研究很早就引起了国内外众多学者和研究机构的关注。早在20世纪初便有学者根据实践经验提出了“浅池理论”,为高效分离技术的发展奠定了理论基础。后来,人们逐渐认识到,建立在对分离器内多相流的流动机理和规律清楚认识之上的分离器计算才更为准确。因此,重力式分离器内多相流动流场的研究日益受到重视。美国学者Power等[1]通过大量实验研究得出了分离器的水处理量公式,并认为对于150μm以上的油滴,当油水界面高度达到分离器内径的0.769倍时,分离器的水处理量达到最大。Arnold等[2]发现如果入口的流体是紊流的状态或者是非稳定流,将会增大油水混合物中水滴之间聚并的概率,使得油层中的水滴更易于沉降。Watazl等[2]实验测得了粒径为360μm水滴的运动轨迹,研究发现液滴的运动在层流状态下是规则的,随着雷诺数的增大,液滴运动轨迹逐渐变得紊乱且不确定。李巍等[3]研究了卧式油水分离器的工作原理及分离器内油水重力分离的原理,研究表明,针对不同的油水混合物的流动情况,可以通过增加不同形式的分离内部构件来达到缩短分离时间,提高分离效率的效果,并提出了一种简便,易于工程中使用的计算方法来确定油水分离器的内部构件。鞠薇等[4]通过数值模拟研究发现,聚结构件的角度越大板间距越小越有利于液滴的聚集凝结。何生兵等[5]采用Fluent结合UDF的方法,数值模拟了振动和非振动工况下分离器内的油气水三相分离过程,发现振动对分离器内三相的分离效果有较大影响,设计过程中需要考虑。刘士海等[6]对三相分离器内液相晃动对分离器结构设计的影响进行了研究,提出了提高液相晃荡固有频率的方法来避开共振频带。贺会群等[7]采用数值模拟的方法研究了旋流分离器内油水混合物的流动状况,并预测了旋流分离器的性能。
综上所述,国内外在重力式油气水三相分离器的设计和研究方面已经进行了大量工作,但是针对海洋石油平台重力式油气水三相分离器设计的研究还需要进一步深入。
一般来说,影响重力式三相分离的主要因素有液滴的直径、介质的密度差、表面和界面张力、粘度、温度、压力、停留时间、气体流速、泡沫、乳化液等,除此之外,分离效率还与流动状态和流体的波动等特性有关。因此,在设计中,为了达到较好的状态,还需要在分离器内布置稳流部件。
三相分离器的设计包括:气体中分离油滴计算,油、水分离计算,原油中析出的气泡计算,分离器尺寸的确定等。其中尺寸设计包括尺寸的设定、管口尺寸的计算、停留时间的选取(决定了堰板位置及高度)、液位的控制、气液分离等诸多内容,而设备尺寸的确定主要与停留时间有关系,停留时间又和油品有关系,工程上设计的停留时间主要依据是脱水实验报告的结果。
气体中油滴的计算和油水分离计算均有相关约束条件。一般来说,分离器的设计需要综合考虑上述条件。基于此,本文将重点针对卧式重力分离器进行分析,本文重点介绍分离器设备尺寸的确定和聚结板的选取。希望对工程设计提供建设性参考。
1 三相分离器设计原理
分离器设计时一般要求液滴直径大于100μm的部分直接从气体中分离,小于100μm的液滴一般利用碰撞作用完成分离,这一部分主要采用丝网除雾器完成。
下面将从气体中液滴的沉降、液滴的大小和停留时间来说明分离器设计计算过程中的计算方法和应该注意的问题。
1.1 液滴沉降
由于液滴在沉降过程中产生聚并等现象,导致液滴在各个具体条件下的分离效果尚不能准确计算,一般为了简化计算,会通常引入如下假设:
(1)假设液滴是球形;
(2)液滴之间没有相互作用力;
(3)液滴的沉降速度为液滴所受负浮力与阻力相等时的匀速运动。
在计算过程中,通常认为颗粒在分离器中的运动速度为常数,同时液滴既不粉碎成细沫,也不集聚成大块状的液团。
以气体中液滴的沉降为例,液滴在气流中一般受到三个作用力,分别是自身重力Fg、气体对液滴的浮力Fb(气体中液滴所受重力与浮力之差称负浮力FB),以及液滴下落过程中气体对其的阻力FD
式中CD———阻力系数;
dl———液滴直径/m;
ρg,ρl———分别为气体和液滴的密度/kg·m-3;
vt———液滴沉降速度/m·s-1。
当液滴所受到的阻力、浮力和自身重力相平衡时,液滴作匀速运动,此时的速度为其沉降速度vt,其大小可由受力平衡获得
其中阻力系数由于流态的不同而有不同的表达式,在实际设计中需要考虑完整的曳力系数曲线的范围。
1.2 液滴的大小
三相油-气-水分离器中气体分离段采用除雾元件脱除气体中的雾沫。在重力沉降区可以对气体进行预处理,为捕雾器内气体的高纯度净化做准备。首先需要预先选定要在重力沉降区去除液滴的大小。经验发现,若要在重力沉降区域能够去除140μm液滴,则捕雾器就不会被掩没。一般来说100μm的颗粒可以在气体分离段被有效脱除。
(1)水中油滴尺寸
油的粘度是水的5~20倍,因此油滴沉降速度比水滴沉降速度大很多,导致油滴从水相中分离比水滴从油相中分离更容易些。试验发现经过三相分离器处理后的水相中油的含量从数百mg/L到2 000 mg/L不等,因此考察水相中的油滴尺寸并不是一个有效的考察标准。计算时,如果水相的停留时间明显小于油相的停留时间,那么为了去除污水中的油,应该采用沉降方程对水相进行核查。
(2)油中水滴尺寸
要预测能够脱离出油相的液滴尺寸十分困难。如果没有可用的实验室或附近油田的数据,一般认为大于500μm的水滴可以从油层中脱除。
1.3 停留时间
假定在流动停止的情况下,一个液体微团保留在容器内的平均时间即为停留时间。因此停留时间等于分离器内存储的液体体积除以液体的流速。为保证液体和气体在分离器压力下能达到平衡,则需要某一特定种类的液体存储。
此外,还需要一定的油层厚度来维持游离水有时间聚结成足够大的下沉液滴。实验测得停留时间一般从3~30 min不等。停留时间通常会随原油相对密度和粘度的增加而增加。同样对于水相来讲,水层厚度应该保证水中大多数的油滴有足够的时间聚并,且上浮到达油水界面,进而产生油相和水相得充分分离。具体停留时间在有脱水报告的情况下按照脱水实验报告确定,在没有脱水实验报告时,可以参考API 12J《油气分离规范》[8]中的规定,按照不同温度下油的重度来确定。
2 三相分离器设计要点
2.1 筒体尺寸设计
美国石油学会给出的卧式分离器设计通常采用的最小筒体长度与直径的比值为2.0。筒体长度一般为1 524 mm、2 286 mm或3 048 mm。筒体长度(即两个封头焊接接头之间的长度)的增量建议为762 mm。
国内卧式分离器设计一般采用中国石油天然气行业标准《分离器规范(SY/T 0515—2007)》[8],但是与美国石油协会不同的是,在设计过程中分离器通常采用的最小筒体长度与直径的比值是3.0,筒体长度的增量也增加为800 mm。对于公称直径DN600以下分离器直径的增量值建议为100 mm,DN600以上分离器直径的增量值建议为200 mm[9]。
2.2 油水分离
一般来说,重力式三相分离器内,气液分离能够满足设计要求,但实际的油水分离效果往往与设计要求有差距。因此,对于初步设计所得的分离器,还需要安装聚结构件促进油水两相的分离。目前工程上广泛采用的是波纹板油水分离技术。
波纹板聚结油水分离技术指的是重力分离和聚结分离结合与一体的一项新型油水分离的技术。重力法除油的基本原理指的是利用水和油的密度差异,油滴在设备内上浮,水相则由于重力作用在设备内下沉。
在流量一定及分离器内径尺寸一定的条件下,油水分离所需要的时间越长,所需分离器的长度就越大。因此,要确定分离器长度,需要计算油水分离所需要的时间。而油水的分离时间又取决于油滴的上浮速度,因此首先需计算出油滴的上浮速度。在层流条件下,可以应用斯托克斯公式来计算油滴的浮升速度
式中vo———油滴上浮的速度/m·s-1;
do———上浮油滴的直径/m;
ρw———水的密度/kg·m-3;
ρo———油的密度/kg·m-3;
oμw———水的动力粘度/Pa·s。
对一定粒径的油滴,其效率为
式中A———油滴的浮升面积/m2;
Q———分离器的处理量/m3。
可见油滴的分离效率只与油相及水相的物性、油滴粒径、处理量和油滴浮升面积有关,而与浮升高度无关。
因此,为了提高油滴的脱除效率,可以通过提升油滴的浮升面积方法,即通过多层板结构增大浮升面提高油滴脱除效率。此外,由于板组当量直径的减小,可使流体在较大流量下保持层流状态,有利于油滴的浮升。
假设油滴的脱除效率为100%,当采用n层板结构时,可脱除的最小油滴直径为
式中do,min———可以脱除油滴的最小直径;
n———板组层数;
W———多层板的宽度/m;
L———多层板的长度/m。
由式(6)可见,相同处理量时,多层板结构中板的层数越多板间距就越小,可以脱除的油滴粒径就会变得越小。在相同脱除效率的情况下,板层越多处理量越大,分离时间越短。
由式(5)可知,油滴粒径越大则可被脱除效率就越高。为了提高油滴的脱除效率,往往希望通过采用技术手段能使水中的油滴合并聚结为大油滴,进而得以分离。
实际设计过程中还需要根据油水浓度的比例确定属于“油包水”还是“水包油”进而精确地确定出油水两相间的曳力关系式。
2.3 聚结板的选择
近年来迅速发展的波纹板聚结油水分离技术正是基于上述理论,通过采用多层波纹板组,缩短油滴浮升高度,以提高油滴的分离效率。同时,油水混物在板组内流动过程中,由于过流断面不断发生变化以及波纹状流道,导致流体的速度大小和方向不断发生改变,从而增大了油滴碰撞聚结的几率。这样,较小的油滴在聚结板组间运动的过程中不断聚结变大,并通过润湿、吸附、聚结等相互作用,在波纹板的上、下表面形成油膜。由于不断变化着的油相速度大小和方向,使得油膜沿着板面移动,达到其临界值时发生脱落。此外,因为水相的密度比油相大,水相会在重力作用下沉降,到达下层波纹板的上表面,从而更快地实现了油和水的分离。
随着聚结板倾角的增大,油滴上浮及水的下沉速度加快,聚结分离速度提高;但加快的油滴流动速度使油滴在板间的停留时间变短,不利于油滴在板上的聚结[10]。在实际工程应用中,聚结构件具有减小流体速度的作用,板间距越小,这种阻碍作用越强;板间距对聚并分离的效果实际上并不像传统所认为的那样,即板间距越小聚并分离效果越好。当板间距小到一定范围后,继续减小板间距对分离效果的提升将变得微乎其微甚至效果变差。目前广泛使用的波纹板宽度为200 mm或300 mm,倾斜角度为30°或45°,相比较而言,45°时这种作用较小。
3 结论
本文主要以海洋石油平台上卧式三相分离器为研究对象,介绍了其工作原理及分离器内气液分离和油水分离的原理,并结合油水分离的难点,给出了设计和计算油水分离设备时的要点。分析结果表明,针对不同的油水混合物的流动情况,需要综合考虑液滴沉降、液滴的大小和停留时间对多相流动的影响。此外,油水分离是难点,需要通过增加内件来提升分离效率。同时,文中着重分析了油水分离器内部构件(聚结板)对油水分离工艺的影响以及聚结板的工作原理,并给出了聚结板的选择依据,为今后对卧式油水分离器的内件工艺设计及分离器内件的工程选取提供了理论依据。
参考文献
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油气水关系 篇4
一、试压首末端选择
试压的首端应具有充足的洁净水源, 以附近有湖泊、溪流、沟渠为宜。上水点应尽量靠近水源点, 减少临时上水管的连接, 同时应便于大型试压设备进场。
末端宜选取管段两端的低点位置, 应充分结合当地排水设施, 避免对植被、水土农田造成损毁。
试压首末端应尽量避开人口稠密区、公路、铁路等。
二、试压分段
试压分段应根据管道的设计断面图和平面图, 以不同的管道壁厚 (地区等级) 为关键节点, 结合设计气流方向, 列出每种壁厚管段的起止位置、长度、各段内的最大和最小管底高程, 并计算出各段的高差。
根据管材屈服强度、试压时允许的管道环向应力, 算出各种壁厚管道的最大允许高差。针对高落差地形的特殊性, 为了减少试压分段, 宜采用管道低点处的环向应力不大于管材最低屈服强度的0.95倍为控制要求。
计算公式如下:
式中:
[σ]—试压时允许的管道环向应力 (管材最低屈服强度的0.9倍或0.95倍) MPa;
P—允许的最大试压压力/MPa;
D—管道外径/mm;
t—管道壁厚/mm。
由公式 (1) 可算出最大允许试压压力P:
另根据液体压强公式
式中:
ρ—水的密度, 1000 kg/m3;
g—单位质量的物体所受的重力, 取值9.8N/kg;
h—最大允许的高差, m。
由公式 (2) 可算出最大允许高差h:
高落差地形下, 为确保试压的安全性, 当一个试压段的高差超过了其最大允许高差, 须将该试压分段再次拆分, 直到各试压段的高差满足要求。同一试压分段内宜只包含一个地区等级, 最多有两个相邻级别的地区等级。
分别计算各地区等级管道的最大允许压力值P, 以及各试压段内各地区等级的管段内试压时将达到的最大压力值P0。以各段的P值大于对应的P0值为安全与合理的判断依据。
三、避免弥合水击效应的技术手段
由于高落差地形下的管道高低起伏大, 若排水过程中的管道内仍存在大量气体, 那么在地形的高点容易聚集气体而形成气柱。气柱会在扫水清管器的推动下不断被压缩, 压力同时在不断增加, 直至在管道末端附近破灭, 进而产生弥合水击效应, 管道被远超其能承受极限的瞬间高压而击破损毁。
高落差地形下, 形成弥合水击效应的必要条件是:
一是排水过程中的管道内存在气体, 气体产生的常见原因是:
(1) 管道注水时气体排空不完全;
(2) 管道起伏过大, 流体压力变化明显, 在低压段液体对空气的溶解率降低, 释放出空气;
(3) 排水时, 若管道出现负压或压力降到饱和蒸气压之下, 也会出现气泡导致水注分离, 并进行空气腔等;
二是排水口较小。排水口直径影响水的流动状态, 进而影响气柱的压缩状态及其压力, 较小的排水口, 排水时末端试压头产生的背压较大, 气体的压缩量及其压力随之增大;
三是试压段末端之前存在地形的高点。
为避免出现弥合水击效应, 必要的技术手段是:
首先应保证管道内注满水, 管道内空气被排干净。在试压头组焊前放入清管器, 作为隔离球。起动注水泵, 将水注入到隔离球后面。注入的水推动隔离球不断前行, 以防形成气穴, 直到完成试压管段的注水。
应对隔离球的行走速度加以控制, 最大速度应限制为3km/h, 保持隔离球有0.1~0.3MPa的背压, 防止下坡段注水过快, 确保在注水时隔离球后面的水流不会中断。
隔离球前的空气应通过末端的排气阀放掉。待隔离球到达末端后, 应立即关闭排水阀。应至少每小时监测注水量, 以便计算隔离球的行进位置。
排水口截面积至少为被试压管径的1/5。
排水口位置应尽量远离高落差点。
排水时应建立并动态监控排水背压。应防止扫水清管器下坡段速度过大。除去水柱高差产生的压差后, 背压应控制在0.3~0.5MPa为宜。
应在扫水清管器达到最后一处高点前调小排水阀流量, 以提高阀前压力。
结语
管道高落差水试压技术的不断完善, 能更有效的避免出现施工安全隐患, 更有利于我国油气管道建设健康、快速的发展。
参考文献
[1]迟鹏, 任厚毅, 张雪梅, 李德中, 赵志鹏, 李铭, 袁文熙.可试压传压筒的研制与应用[J].石油矿场机械, 2007 (01) .
[2]王金孝.浅谈炼油厂厂区工艺及热力管网试压施工[J].黑龙江科技信息, 2010 (20) .
油气水关系 篇5
关键词：欢30井区,热河台,大凌河,圈闭评价
1 构造及断裂特征
1.1 断裂特征
1.1.1 断层发育特征
欢30井区断层发育分为两种类型:一是早期 (中-新生代) 继承性发育的西掉正断层。二是始新世至渐新世时期发育的南掉正断层, 该期断层全区发育。这些断层东西向展布, 将本区切割成由北至南节节下掉的断阶带。该期断裂展布主要为北东向、近东西向、北西向及其它零星分布于较大断层之间的小断层。其中北东向及近东西向断层决定着本区的沉积及构造演化[1]。
1.1.2 断层组合模式
本区主要有四种类型的断层组合形式。
铲式断层:随着深度的增加, 断层面倾角变缓, 沿沉积层内滑脱, 呈上陡下缓。断层向深层消失于沙三段或更老的地层中, 这种断层井区广泛发育。
Y字形断层:由早期的西掉断层和较晚期的南掉断层组合而成, 剖面形态呈Y字型。
入字型断层:也是由两条不同时期发育的断层组成入字型, 分布在井区北部, 是十分重要的断层组合类型。
1.2 构造特征
1.2.1 区域构造特征
从该区的构造演化分析来看, 早期NE向西倾正断层继承性发育, 形成了该区构造单元的雏形。沙三段后期发育的一系列近东西向、北东向展布的南倾正断层使斜坡带呈断阶状展布, 断阶带将次一级的构造带切割形成了一系列断鼻、断块构造。
1.2.2 局部构造特征
由多组走向断层交驻形成的断块, 地层界面常呈平直状或弯曲度很小, 靠断层做封堵条件构成圈闭, 这种构造圈闭分布广, 是主要圈闭类型。欢30井区主要存在的断块为3个, 自南往北分别为锦2-4-14块、欢30块、欢2-25-9块。
2 沉积及储层特征
2.1 沉积特征
沙四段早期, 辽河盆地进入初始张裂阶段, 断裂活动发育, 辫状河流携带大量的泥砂进入湖底形成扇三角洲砂体, 物源来自北部。沙四段后期, 由于持续的水进致水体加深, 形成了扇三角洲前缘亚相沉积, 砂体厚度80-100m[2]。
沙三段大凌河油层为湖底扇中扇亚相沉积, 物源来自东北方向, 进一步划分为辫状河道、河道间和中扇前缘微相。扇辫状水道砂体迭加连片, 水道前端砂体沉积厚度相对较薄, 砂体厚度200-400m
2.2 储层岩性特征
欢30井区大凌河和热河台油层储层岩性由细砂岩、粉砂岩、含砾不等粒砂岩和砂砾岩组成。大凌河油层和热河台油层储集岩成分以流纹岩为主, 岩石矿物成分主要为长石、石英, 填充物以泥质杂基为主, 胶结物含量较低。岩石结构成熟度较低, 碎屑颗粒较粗, 以不等粒和中细砾为主, 磨圆度为次棱状, 分选差, 胶结类型以孔隙式为主。.
3 油气分布规律及控制因素
3.1 油气分布及油气藏类型
大凌河油层的储层在本区分为三套:大Ⅱ、大Ⅲ1、大Ⅲ2油层。目前已发现的油层主要分布在大Ⅱ油层, 而大Ⅲ1油层、大Ⅲ2油层零星分布。总体上该套油层的分布范围较小, 在井区内比较零散。从大凌河油层的灌满情况分析可能受到沙二时期开启, 断层破坏向上运移到兴隆台油层中去。该套油层主要受构造和岩性双重因素控制, 属岩性构造油藏。
3.2 油气控制因素分析
欢30井区具有十分优越的油气成藏条件, 井区南部存在清水洼陷、鸳鸯沟洼陷, 油源供给充足, 井区由于处于势能低势区, 成为油气运移的主要指向。同时本区发育多套理想的储盖组合以及空间上不同时期的断裂活动为油气在井区不同层位的运、聚成藏提供了有利条件。综合分析认为, 本区具有十分优越的油气成藏条件, 优势如下:
(1) 本区不仅南邻生油洼陷, 而且沙三深陷期的湖相泥岩全区分布, 使本区具有充足的油源。
(2) 长期继承性发育的主干断裂一直延续到沙三段湖相泥岩中, 成为了油气运移的良好通道。发育期为沙三~东营时期, 沙二时期开启。
(3) 多期、多次发育的扇三角洲和湖底扇砂体为油气的聚集提供了良好的场所。尤其广泛发育的扇三角洲的前缘水下分支流河道、砂坝砂体十分发育, 分布范围广、储集性能好、成为油气聚集的最有利场所。
4 有利圈闭评价
4.1 有利圈闭评价
根据构造、沉积、断裂特征及油气分布规律、储集性能、埋藏深度、成岩作用强度、圈闭类型、圈闭可靠程度等综合分析, 确定有利油气圈闭7个, 均为断块圈闭。
(1) 大Ⅲ2油层。欢2-27-05井、欢30井、锦2-4-311钻遇大Ⅲ2油层, 并见到了良好的油气显示, 试油获得了工业油流。该套油层勘探程度较低, 未上报探明石油地质储量, 勘探潜力较大。通过精细三维地震资料解释和综合地质研究, 在大Ⅲ2油层新发现和落实有利圈闭2个, 圈闭面积1.9km2, 预测圈闭可探明石油地质储量105×104t。
(2) 大Ⅲ1油层。该块油源充足, 构造落实, 储层发育, 圈闭面积大, 老井试油投产获得了工业油流, 预计可探明天然气地质储量8.4×108m3, 综合评价为Ⅰ类圈闭。
(3) 大Ⅱ油层。该块是由两条近东西向断层和一条北东向断层所夹持的断块, 构造落实, 在欢30井附近存在一个构造高点。圈闭面积0.2km2, 高点埋深2650m, 圈闭幅度30m。沉积类型为湖底扇扇中亚相, 储层发育, 欢30井砂体厚度大, 达93.4m。该井电测解释为气层36m/5层, 试油后为油层, 投产后累产油43000t。开发效果好。欢30块大Ⅱ油层未上报探明石油地质储量, 为一孤立的出油井点, 在该区为一局部高点。
4.2 井位部署及实施情况
通过对该井区构造、沉积、储层分布、油藏类型的认识以及圈闭评价的综合研究, 针对油气空间分布特点, 结合各层构造圈闭评价以及勘探开发现状, 对大凌河油层、热河台油层在3个区块共7个有利圈闭进行井位部署, 提出建议井位3口。
2011年以来在欢30块及欢2-25-9块实施2口滚动井欢2-27-6、欢30-气1井。欢30-气1井投产大Ⅲ油层3022.8-3092.2m, 34.5m/7层, 初期3mm油嘴自喷, 日产油16.3t, 含水2%;欢2-27-6井投产热河台油层2250.0-2252.0m, 2m/1层, 初期日产油10.4t, 含水1%;这两口滚动探井的实施取得了较好效果, 为欢30井区的开发井部署和圈闭探井部署提供了依据。
5 结论
(1) 本区断层十分发育, 断裂发育的多期性及活动的不均衡性对本区圈闭的形成起着至关重要的作用, 特别是近东西向和北东向断层。
(2) 本区油气藏类型丰富, 既有受断层和构造形态控制的断块、断鼻型油气藏, 也有受断层-构造背景-岩性侧向变化控制的复合型油气藏。
(3) 滚动勘探研究要以区域构造研究为基础, 同时结合沉积相的研究, 分析成藏条件对油气运移和聚集的影响。
参考文献
[1]廖兴明, 张占文.辽河盆地构造演化与油气[M].北京:石油工业出版社, 1996:56-58
油气水关系 篇6
1 当前的分离技术及存在问题
油气、油水分离的设备依据不同的分离原理主要可以分为重力分离与离心分离两大类。典型的设备包括重力式气液分离器、气-液离心式分离器(管柱式、螺旋式、旋流板式、轴流式)、液-液水力旋流分离器、三相重力式分离器、重力式油水分离器以及对油水乳状液进行深度分离的电脱水器等等,各分离设备在分离工艺应用过程中发挥了一定的作用。
同时,随着油田的开采程度加大、采出液性质的复杂化、开采工艺的多样化以及对效益、生态环保的严格要求,上述分离设备也表现出一定的局限性,旋流分离器压降较大,分离性能受来流工况的影响较大,分离过程难以实现有效的自动控制;重力式分离设备占地面积大,混合物停留时间长,对油水乳状液的分离能力有限,尤其对于海洋石油开采,其对平台占地面积以及分离效率的严格要求更是制约了常规重力式分离器的发展;油田开采后期高含水、高含化学药剂,油水的分布形态更加复杂,超出了常规电脱水器的使用条件,处理后油、水质量超标,处理能力明显下降。
因此,为了适应目前陆地及海洋油田开发生产的安全、高效、稳定及管理要求,研究设计高效率、低能耗、结构紧凑、适应能力强的分离设备,是亟待进行的一个重要问题。
2 目前国内外分离器的研发方法
虽然经过多年的发展,国内外油水两相分离器的种类、型号不断增多,分离效率也在不断改善,但仍存在一些问题。
(1)分离效率低。随着石油的不断开采,多数油田的含水率大幅提升,通过地下原位转化所输出的釆出液含水率较高,因此致使原有分离器的分离效率降低。
(2)普适性低。现有的分离器基本上都是根据某一油田的具体情况设计,若应用于其他油田,或该油田釆出液组分发生变化,如含水率大幅增加,则会导致气分离效果明显变差。
(3)含内部填料的分离器发展速度很快,但其仍然具有一定的适用范围,过多的内部填料增加了油气水的处理负荷,增大了系统的压降,增加了系统的控制难度。特别对于致密填料。对流体介质中的固体颗粒较为敏感,极易造成填料的堵塞而使其失去规整流场、强化分离、雾滴捕集的能力,造成整体设备无法持续运行,以致生产效率低下。
解决上述问题的一种有效方法就是对分离器内多相流进行流场分析,从而分离器进行结构优化研究。近年来,对分离器内部构件的改造,在不具备实验条件时,很多学者都热衷于采用流体力学软件进行数值模拟。
Fluent软件流场计算的过程实际上是在流体计算区域使用有限体积法将其离散成众多的微小体积,再在每个小体积上分别对离散后的控制方程租进行求解。模拟分离器内部各相流体的体积分布合速度分布规律。
吉林大学曾于2012年进行了三相分离器的流场研究,虽然得出三相分离器的分离效果及速度压力分布规律,但为了简化模型,只考虑了入口分离装置,忽略了整流聚结部件;西安石油大学于2013年对三相分离器内部加聚结板时的流场进行了数值模拟,验证了聚结装置对分离效果的影响,但是没有考虑到内部构件适应工况变化的调节特性。中国石油大学(华东)自2010年对多相除砂器进行了结构优化及分离特性研究,但是研究结果仍然存在局限性。此外,西南石油大学也曾针对海洋平台的旋流式分离设备进行了优化研究。
3 对分离器研发技术的展望
(1)开发高效低阻具有普遍实用性的气液分离技术和多种分离技术的组合应用,是今后气液分离技术的研究重点。
(2)研发高效、稳定的油-气、油-水分离设备是分离器的一个重要发展方向。通过对油气、油水高效分离设备的整合,进行复合多级油气水三相分离器的研究,进一步优化、简化工艺流程,节约建设及管理成本。
(3)通过对分离的内部构件进行设计研究,稳定分离器流场、促进乳状液破乳以及强化液滴聚结,减少油水停留时间、增大处理量,满足油田生产对分离设备的紧凑性、高效性和适应性要求也是一个重要的研究方向。
参考文献
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油气水关系 篇7
关键词：简单分离法,油气水,三相流量计
目前,我国原油产量及质量均较差,劣质、重质化现象普遍存在,不仅给设备运行带来较大安全隐患,甚至酿成较大安全事故。原油属于三相物质,即油、气、水,是多相流的范畴。其中,“油”为油井中的主要产出液,“气”指轻烃、天然气等气体,“水”则是矿化水的简称。上述三相流成分复杂,且具有多种流型,因此很难对其开展流量检测。开发多相流量计,对提高实际工作效率具有重要推动作用。
1 三相流量计分类
根据油气水分离状况,可将测量三相流的手段分为四种,一是完全分离方式,二是分流分相方法,三是简单分离法,四是非分离方法。简单分离法是指采用气液分离设备(小型)对油气水三相流实施简单处理,得到两路物质,一路以气相为主,另外一路则以液相为主,采用组合型测量仪表对其进行测算,可得出三相流量,准确计量后流体会重新混合,并流回管道。
2 以简单分离法为基础的油气水三相流量设计
有效利用简单分离方法,对三相流量进行测量,其主要测量难点为如何正确确定含油量,特别是针对含水期油田作业,通常液相含油量仅在5%～20%,含水量可达到80%～95%[1]。在这种情况下,必须保证含油量测量的准确性,但是要想在油量较少的情况下实现高精度测量,往往需要较高的分离技术作为支撑。针对上述现状,提出以简单分离法为基础,对三相流测量进行科学设计。简单分离法下的三相流量计结构原理见图1。
1入口;2气液分离装置:3温度传感装置(气路);4压力感装置(气路); 5内锥流量计(气路);6质量流量计;7温度传感装置(液路); 8压力感装置(液路);9内锥流量计(液路);10出口; 1 1数据采集、处理装置；12单元显示内容
从图1可以看出,原油经入口流进后,气液分离装置对其进行有效分离,后气体将依次通过温度传感装置(气路)、压力感装置(气路)、内锥流量计(气路)。通常情况在,内锥流量计(气路)需要进行水平安装,进而保证差压测量值的正确性。利用差压变送器(高频率)对差压实施测量,若气路内部包含少量液体,高频率差信号能够对其进行快速识别,并明确液体含量与信号波动范围之间的关系。分离后,液体流经质量流量计、温度传感装置(液路)、压力感装置(液路)及内锥流量计(液路)[2]。液路测量体系设计的主要目的在于测量液体密度,为充分保证流量计的测量准确性,要对质量流量计的管径进行科学选择,通常选择50mm管径比较适宜。这样不仅能够保证密度测量精确度,还能使内锥流量计(液路)在正常范围内进行工作。气路、液路充分汇合,通过出口流出。
3 流量计实验结果分析
液相含油率≤20%时,则要对所有可能对含油量测量产生影响的因素进行综合考量,如气路的总体流量情况、压力波动范围、液路流量状况、温度变化等。在相关理论指导下,采用多传感器进行数据融合,并以此求解含油量,进一步缩小实际数据与理论值之间的差距。
(1)试验测试结果分析按照上述方法对油气水三相流量计进行设计,并在相关装置下开展试验,结果显示:含油量测量值与实验结果非常接近,且相对误差维持在5.0%之内[3]。考虑出现这种现象的主要原因在于在含油率较低的条件下,即使较小的误差也会造成相对误差偏大。对于液相测量来说,总流量误差与含油率呈正相关,说明水相与混合物黏度、油相与混合物黏度之间存在一定差异。
(2)现场测试结果对比实验室相关测试试验后,在大港油田实施现场测试,结果显示,测试数据的误差要高于试验结果,考虑原因可能是井口液相对部分气体产生一定溶解作用,液相在气液分离装置出口位置流出后,节流作用也会产生较大压力,进而降低流速,造成气相被析出。如此,质量流量计所测密度值会比正常情况减少,表示测量所得含油量高于理论水平。同时,气相析出也会增加流速,使差压式流量计数值高于理论值。提示未来相关研究要对现场气体析出情况加以重视,并采取必要措施进行控制,进一步提高测量准确性。
4 结语
原油属于炼油厂主要原料,在炼油时,要对油气水进行分离,油气水三相流不仅成分复杂,同时具备多种流型,为此要对其开展流量检测。因此,对三相流量计设计进行分析,开发多相流量计,对提高实际工作效率具有重要推动作。
参考文献
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