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西安石油大学石油工程概论6.油气集输与储运系统

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油气集输 集输工艺 集输管道 管道安装
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60 1 第一节 油气集输系统 第二节 原油处理工艺 第三节 海上油气集输 油气集输与储运系统( 3学时) 第四节 长距离输油管道 第五节 天然气集输与外运 第六节 油气储存系统 第七节 油气管道的腐蚀与防护60 2 “ 西气东输 ” 工程 —— 西部大开发 的标志性工程。 “ 西气东输 ” 工程是中国 迄今为止 建设的距离最长、管径最大、压力最高、输气量最大、技术含量最高的输气管道工程。 “ 西气东输 ” 工程以 塔里木气田 为主气源, 陕北长庆气田 为第二气源,以 长江三角洲 为主市场,以 干线管道和重要支线及储气库 为主体,连接沿线用户,形成我国 横贯西东 的天然气系统。 西气东输管道 西起新疆 塔里木盆地 轮南油气田 ,途经 10个省、自治区、直辖市 (新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏、浙江、上海),最终到达中国 东部上海 市郊区的白鹤镇。“ 西气东输 ” 工程简介60 360 4 “ 西气东输 ” 工程由 上游气源勘探开发,中游管道工程建设,下游市场开发 三部分组成。 西气东输 下游市场用户 主要为城市燃气用户、化工和工业用户。 西气东输管道全长 4000公里 ,管道干线直径 1016毫米 ,设计压力为10兆帕 ,设计年输气量 120亿 立方米, 管道工程 投资 400多 亿元,上、中、下游投资额约 1400多亿 元。 “ 西气东输 ” 工程于 2002年 7月 4日 开工, 2003年 10月 1日实现靖边至上海东段投产; 2004年 1月 1日正式向上海商业供气; 2004年 10月 1日西气东输工程全线建成投产; 2004年 12月 30日 全线投入商业运营。“ 西气东输 ” 工程简介 (继 )60 5矿场油气集输在各油(气)田上收集各井产出的原油(或天然气)及其伴生物,经分离、计量后汇集输送至处理站。矿场油气处理油气水的分离和净化,包括轻烃回收、原油稳定、含油污水处理、气体脱水、气体脱 体脱硫。油气的长距离运输给在管道中流动着的油(气)提供能量,使油(气)输送到管道终点。各转运枢纽的储存和装卸:原油库、成品油库、半成品库终点分配油库(或配气站)的营销炼油厂和石化厂的油气储运油气集输和储运: 就是油和气的收集、储存与运输。60 6§ 油气集输工艺系统一 、 油气集输系统的主要内容二 、 油气集输工艺流程60 7一、油气集输系统的主要内容 矿场油气集输就是在各油(气)田上 收集 各油井产出的 原油(或天然气)及其伴生物 ,经分离、计量后汇集输送至 处理站 。在处理站将 油气水分离和净化 ,成为达到规定 质量标准 的原油和天然气(油、气田的合格商品),再集中 外运 。 在油田,从井口采油树出口到原油和天然气外输之间所有的油气生产过程均属油气集输范畴。 矿场油气集输是油气田地面建设的最主要内容。60 8油气集输工作过程示意图60 9油气水单井计量各井油气水汇集送至处理站油气水分离含水原油脱水原油稳定轻烃组分 原油储存:储罐 输油天然气脱水天然气轻烃回收回收 化石油化)液烃储存: 压力罐液化石油气 又称液化气( 然气液和 液化天然气( 10点 )60 10 油田的 生产特点 是油气产量随开发时间呈上升、平稳、下降的几个阶段,原油含水率则逐年升高。 反映到地面集输系统中不仅是 数量 (油、气、水产量)的变化,也会发生 品质 (如原油物性)的变化。 要考虑在一定时期内以地面生产设施 少量的变动 去适应油田开发不同阶段的要求。 油田油气集输工程的适用期一般为 5~ 10年,按油田开发区规定的逐年产油量、产气量、油气比、含水率的变化,按10年中最大处理量 确定生产规模。1二 、 油气 集输工艺流程油气集输工艺流程是油 、 气等物质在集输管网中的 流向和输送 过程 。 需要根据各油田的地质特点 、 采油工艺 、 原油和天然气物性 、 自然条件 、 建设条件等制定 。量站、接转站、集中处理站(联合站)的“ 三级布站 ”;计量站(或计量接转站)、联合站的“ 二级布站 ”;在各计量站只设计量阀组,数座计量阀组(包含几十口井或一个油区)共用一套计量装置的“一级半”流程;60 1260 气集输系统的性能可以通过其 能耗、处理质量、损耗 等方面加以衡量。目前我国主要的油气集输系统技术指标与相关的国内外水平对比见表 6- 1。上述指标体现了对集输系统的基本要求:( 1)对油、气、水等油井产物的处理要 完善、彻底 ,能获得 最大量 的油、气产品,并使各种产品达到规定的质量标准;( 2)集输过程中的 能耗和损失最低 , 能量利用率高 。60 1)勘探和开发资料 (5类 )①地质储量和可采储量;②储油层的压力、温度、孔隙度、渗透率、饱和压力③开采方法、增产措施、平均日产量和开采寿命;④油、气及采出水的组分和物理性质;⑤开发不同阶段油气水产量预测。60 1)勘探和开发资料( 2)环境资料 ( 6类)①油田面积及地理情况;②地震强度、气象条件;③水文资料(地面水、地下水、水质);④建设条件(交通运输、供电、通讯、人文等);⑤环保要求;⑥附近的海岸、港口资料。( 3)油气的外运资料①油气的销售对象及外运方式;②炼厂对原料的要求。60 ( 1)可靠性。工艺技术和设备可靠,生产操作、维修、管理安全方便等;( 2)适应性。适应产量、油气比、含水率、压力、温度、油气井产品物性的变化及分阶段开发时的扩建改建余地;( 3)先进性。采取符合标准和实用的各种先进技术,组装化程度高,能量充分利用,油气损耗少等;( 4)经济性。投资少、工程量小、运行费用低等。60 17§ 原油处理工艺一、油气分离二 、 原油脱水三 、 原油稳定60 18一、油气分离 从井口采油树出来的井液主要是 水和烃类混合物 。 在油藏的 高温、高压 条件下, 天然气溶解在原油中 ,在井液从地下沿井筒向上流动和沿集输管道流动过程中,随着 压力的降低 ,溶解在液相中的气体不断析出,形成了 气液混合物 。 为了满足产品 计量、处理、储存、运输和使用 的需要必须将它们分开,这就是油气分离。分离方式对所得原油和天然气的 数量和品质 都有很大的影响,为了提高分离效果,通常采用 多级分离 。60 19 多级分离是指 气液两相 在保持接触 的条件下,压力降到某一数值时,停止降压,把析出的气体排出;液相部分继续降压,重复上述过程,如此反复直至系统压力降为常压。 每排一次气,作为一级;排几次气叫做几级分离。 下图为三级分离流程示意图:两个分离器和一个储罐串联。60 油气分离 器是一种能够将油气进行分离的容器。 油气分离 器类型:式分离器,液两相分离器,:离心式分离器,过滤式分离器60 21卧式三相分离器60 22立式三相分离器60 23 水分在原油中存在的形式:游离水和油水乳状液 危害①输送和处理大量的水使设备不堪重负,增加了 能量的消耗②矿物盐造成了 设备结垢和腐蚀 。③原油中夹带的泥砂会 堵塞管道和储罐 ,还能使 设备磨损 。因此原油必须在矿场经过 脱水、净化加工 才能成为符合外输要求的合格产品。 脱水处理的方法有:加热、化学破乳、电聚集、重力沉降。 为了提高脱水效果,油田上经常是这些方法的联合使用。二 . 原油脱水60 将含水原油 加热 到一定的温度,并加入少量的 表面活性剂 (称破乳剂),使油水分离。含水原油经破乳后,在沉降罐中依靠 油水密度差 使油水分离。 此过程在油田常被称作一段脱水。在电脱水器中原油乳状液受到 高压直流或交流电场 的作用,使水从原油中沉降分离出来。 电脱水是对低含水原油彻底脱水的最好方法。各方法的主要作用原理如下:60 25 目前,油田上多采用 “ 二段脱水 ” (热化学脱水及电化学脱水)达到脱水合格。 一段脱水含水 率应降到 30%左右,二段脱水含水率 应低于 。60 26三、组分 (脱出,降低其 蒸汽压 ,减少蒸发损耗,不稳定原油变成稳定原油的过程,称为原油稳定。闪蒸法闪蒸法是在一定温度下降低系统压力,利用在同样温度下各种组分汽化率不同的特性,使大量的 到将其从原油中分离出来的目的。 分馏法分馏法是使气液两相经过多次平衡分离,将易挥发的轻组分尽可能转移到气相,而重组分保留在原油中 。60 27§ 海上油气集输一、海上油气集输的特点海上油气田的生产设施的布置和集输系统设计具有的特点:① 集输系统要有较高的 适应性 :所在海域的海洋条件② 设备便于维护:海上油气田一般远离岸上基地,还要加强防腐措施③ 在平台的甲板上,空间有限,应布置紧凑④ 海上深水油气田的开发设计、施工、维修的技术要求更高⑤ “ 高速开采、高速回收 ” 的原则,要求:油气处理工艺流程和集输系统要具有较长的 连续运行 周期。⑥ 海上油气田的生产、生活条件远比陆地 苛刻 ,其 施工和生产费用 也高于陆上油气田。60 28§ 海上油气集输二、3种) 全陆式集输模式油气分离、处理、储存全在陆上进行;用于近海油气田。 半海半陆式集输模式由海上平台、海底管线和陆上终端构成。海上计量、分离、脱水(或陆上脱水)。 全海式集输模式油气的生产、集输、处理、储存外运均是在海上进行。它能用于各种海上油田,尤其是深海和远海油气田。60 29§ 海上油气集输2.海上平台 海上油气田的生产作业多在平台上进行,按功能划分 为:井口、生产、生活、储存、注水等区。3.污水处理 平台产出的含油污水不像陆上油田那样回注油层 ,产出水经过处理达到环保标准后外排入海。 海上油田注水通常都是注 入经处理后的海水。60 30二 、 海底输送管道 在海上油田,井口平台至生产平台以及生产平台至单点系泊的油气集输管道是 必不可少 的。 在近海油田或高产油田,也常用油气管道将油田产物输送到陆上终端。 优点: 可以连续输送,几乎不受环境条件的影响,不会因海上储油设备容量限制或油轮接运不及时而迫使油田减产或停产。 缺点: 管线处于海底,多数又需要埋在海底土中一定深度,检查、维修困难; 世界各海域累计铺设了约 100000千米的海底管线。海底管线的铺设水深接近 1500米,最大管径 42英寸。60 31§ 长距离输油管道一 、 原油的外运方式二 、 输油管道的分类三 、 长距离输油管道的组成四 、 长距离输油管道输送特点五 、 长输油管道的运行与控制六 、 成田油的管道顺序输送60 32一、原油的外运方式 铁路、公路油槽车、油轮或长距离输油管道运输,根据运量、运距及地理条件的不同而选择经济的运输方式。 油田外输原油的 终点 是炼油厂的原油库或其它转运枢纽。二、输油管道的分类 按照长度和经营方式分为两大类:一类是 企业内部的输油管道 ,不是独立的经营系统;另一类是 长距离输油管道 , 也称 干线输油管道 ,例如将油田的合格原油输送至炼油厂、码头或铁路转运站的管道,是独立经营的系统。 按照所输送油品的种类分为:原油管道和成品油管道 长距离输油管道长度可达数千千米,目前原油管道最大直径达1220毫米 。 西气东输管道 全长 4000公里,管道干线直径 1016毫米 。60 33三 、 长距离输油管道的组成长距离输油管道由 输油站与线路 两大部分组成。60 34四 . 长距离输油管道输送特点优点 运输量大 ; 运费低,能耗少 输油管道一般埋在地下,安全可靠,油品损耗率低; 建设投资小,占地面积少缺点主要适用于大量、单向、定点运输,不如车、船运输灵活多样。对一定直径的管道,5 对于输原油管道,每一种管径都有一个输送成本单价最低的经济输量。输量愈大,采用的管径愈大,每吨千米的输送成本单价也低。 对于已有管线,即管径、管长、设备一定,若达不到其经济输量,则随着输量减少,其输送成本单价增大,管输的经济性迅速下降。 由于铁路槽车单方向空载及卸油的油气损耗,大宗原油已较少采用铁路运输。6三 . 除管内壁上的石蜡、管道在最经济的状态下运行。是防止管道输送流体的泄漏损失。60 37四 为了提高管输的 经济效益 ,在同一管道内,按 一定顺序连续地 输送几种油品 ,这种输送方式称为顺序输送。 在发达国家,管道顺序输送是成品油的主要运输方式。 我国的管道顺序输送技术相对较落后,成品油主要靠 铁路、公路运输 。60 38§ 天然气集输与外运一 、 天然气矿场集输二 、 天然气输送方式三、长距离输气管道60 39图 6- 8 天然气生产与运输示意图60 40一 井产物 与油井一样,气井产物除天然气外一般还含有液体 (液烃和气田水 )和固体杂质 (岩屑、砂、酸化处理后的残存物等 ) 天然气的主要成分是可燃的烃类气体,含有少量的二氧化碳、硫化氢等其它气体。2.气田集输系统的范围和内容 范围:从井口到天然气外输之间所有的生产过程 内容:收集天然气,经降压、分离、净化,合格后再输往外输管道首站60 41一 田集输流程 气田集输流程是天然气流向和处理的工艺过程 考虑因素:气田的储气构造、地形条件、自然条件、气井压力温度、天然气组成以及含油含水情况等① 集气系统:高压、中压和低压集气管线② 气田站场工艺流程:单井集气流程和多井集气流程60 4260 43一 然气净化① 天然气脱硫 脱除气体类型: 硫化氢、二氧化碳、 有机硫化合物的酸性气体 ,也称 天然气净化 。② 脱水方法 从天然气中脱出水分,常规的是溶剂吸收和固体干燥剂吸附两种方法。③ 天然气凝液回收 天然气凝液( 收工艺主要有:吸附法,油吸收法,冷凝分离法在以上几种方法中,冷凝分离法因其对原料气适应性强、投资低、效率高、操作方便等突出优点被广泛采用,其他方法应用较少。60 44一 合物的形成及防止 一定温度压力条件下,天然气中某些 气体组分 (甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、二氧化碳、硫化氢等) 能与 液态水 形成 白色结晶状物质 ,其外形象致密的雪或松散的冰,这就是所谓的水合物。 形成特点:与水结冰完全不同。即使 温度高达 29℃ ,只要天然气的压力足够高,仍然可以与水形成水合物。 危害天然气中一旦形成 晶状固体物质 -水合物,很容易形成堵塞,影响天然气的收集和输送。 解决方法预防为主,破坏水合物形成的条件,如干燥脱水、添加水合物抑制剂 (甲醇、乙二醇、二甘醇和三甘醇等)、 加热、降压等。60 道输气输气干线沿线往往有多条分输管道,与各用气的城市管网相连,在城市附近往往设有调节输量用的地下储气库,形成巨大的输配气系统。②液化天然气运输( 通过低温冷却而成的液态产物,其体积为原气态体积的 1/600。为在常压下保持液态,必须将其冷却至 以下。 液态时,可以用液化天然气运输船运输。运达接收的港口后,卸入接收站的低温储罐中储存,然后通过加热再气化后,以气态形式用管道输送至用户。二 . 天然气输送方式60 462.天然气输送的经济性分析 天然气是一种可替代的燃料,到达用户的价格必须有竞争力。3.天然气集输系统的特点 整个天然气系统 (从气井到各类场站及储气库 )是一个密闭的流体动力系统,一处的流量变化 或压力波动都会影响到其他地方。二 . 天然气输送方式60 471. 组成 主要包括:输气管段、首站、压气站(也叫压缩机站)、中间气体接收站、中间气体分输站、末站、清管站、干线截断阀室等。2. 发展概况 在公元 221~ 263年的蜀汉时期,四川、重庆地区就已开始采用楠竹管道输送天然气 1886年,美国建成了世界上第一条工业规模的长距离输气管线。 2004年我国建成 “ 西气东输 ” 输气干线,是我国最长的输气干线。3.天然气的管输气质要求 保证管道、设备和仪表不被腐蚀 ,不形成天然气水合物。 安装在线气相色谱仪进行监测。控制天然气的露点 ,不产生液态物质三 、 长距离输气管道60 48§ 油气储存系统一 、 原油和成品油的储存二 、 天然气的储存60 49一 . 原油和成品油的储存 油库是储存、输转和供应原油及其产品的专业性仓库。 油库功能:在安全的条件下,接收、储存和发送油品,并在这些作业中保持油品的质量和数量。 油库分类:原油库,成品油库,轻烃油库 储油方式:地上金属罐储油,地下岩穴、岩洞储油,水下储油 最常用的储油设备是 地上金属油罐 ,在条件适宜的地方用地下盐穴、岩洞储油或建造水下油罐。60 1)立式圆柱形罐金属油罐绝大部分采用立式圆柱形。根据罐顶结构可要为 4种: 拱顶罐:最大 1万 存各种油品 浮顶罐:最大 10万 储存原油 内浮顶罐:储存汽油 网架顶罐:最大 3万 1浮顶油罐结构示意图60 52( 2)卧式圆筒罐 容量小,单罐容积为 2~ 400立方米,常用容积为 20~ 50立方米; 卧罐的承压能力范围大,可为 卧罐可用于储有各种油料和化工产品。( 3)球罐 当直径和壁厚相同时,其承压能力约为圆筒形罐的两倍,适于制造中压容器。 对焊工的技术要求高,制造成本高。 球罐主要用于储存液化石油气、丙烷、丙烯、丁烯及其他低沸点石油化工原料和产品。在炼油厂、石油化工厂、城市燃气供应部门都有广泛应用。60 5360 54高压球型储气罐60 55( l)地下盐穴 盐岩承压能力强,几乎无渗透,对石油的化学性质稳定,在盐岩中构筑地下油库,是理想的储油方法。 利用盐溶解于水的特性,在地面向盐层内打井,用水在盐岩中溶出盐穴。盐穴作为储油容器,盐水作为化工原料。( 2)地下岩洞 在有稳定地下水的地区开挖岩洞,洞的四周被地下水包围,在洞内储油时,地下水的压力大于油品的静压力,将油封在洞内不能外流。 地下储油温度变化小,蒸发损耗很小,储油量大,油品性质稳定。但建设周期长,受地质条件约束,选址困难。洞储油60 56 海上油田的开发,需要在海上建设储油设施:海底油罐 海上的条件比较恶劣,建造油罐要适应抗水压、抗风浪的要求。 倒盘形储罐 是一个比较好的方案(下图):罐的底部是开口的,油品收发作业采用油水置换原理。7二、天然气的储存1.长输管道末段储气 一条输气管道的末段是指从该管道的最后一个压气站到干线终点的管段。 输气管道末段在一定程度上类似于储气罐。末段储气能力随末段长度而变化。2.天然气储罐 储存气态天然气的天然气储罐(又称气柜),通常为地上钢罐。 一般来说,高压储气罐比低压气罐经济,而干线管道末段储气又比高压储气罐经济。60 583.地下储气库优点: ( 1)与地上储气设施相比,地下储气库具有容量大、适应性强。 ( 2)经济性好、安全度高、占地面积少、环境影响小等一系列。供气系统调峰、提供应急气源、天然气战略储备、按地质构造划分: 枯竭油气田型、含水层型 、盐穴型及废弃矿井型60 59( 1) 液化储存 液化天然气储存温度在 以下 , 压力不超过 液化后体积只有气态的 1/ 600左右 。 天然气的远距离 跨洋运输 通常也是以液态形式完成 。 当需要供气时 , 用 蒸发器 ( 气化器 ) 可以将液化天然气重新转化为气态 。 液化天然气储罐分为地上金属储罐 、 地上金属 /混凝土储罐 、 地下储罐三类 。0( 2) 溶解储存 溶解在丙烷 、 丁烷或其混合物 ( 即通常所说的液化石油气 ) 中 。 天然气溶解储存所 消耗的能量 比液化储存 低得多 。( 3) 固态储存 固态储存是指将天然气在一定的温度 、 压力与水分条件下转化为固态水合物 , 然后再储存在钢制储罐中 。 在常压下 , 形成天然气水合物的温度约为 , 远高于 天然气的液化温度 。 天然气形成水合物后 , 体积约为原来的 1/ 160。 天然气固态储存的优点是很明显的 , 但 技术工艺 较复杂 , 还没有获得广泛应用 。续)60 61一 、 长输管道腐蚀的类型 油气管道干线的腐蚀就其部位来分 , 有内壁腐蚀和外壁腐蚀两种 。 内壁腐蚀介质:有害成分 ( 如硫化物 ) , 析出的水 , 施工中残留的水 外壁腐蚀介质:管线所处环境 ( 空间和时间 )二 、 埋地管线的外防腐方法 防止电化学腐蚀 。 气管道的腐蚀与防护
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