第二章、油氣性質和理論基礎工程標準狀態：壓力101325Pa，溫度20°C，是我國天然氣計量的法定狀態；標準狀態：壓力101325Pa，溫度0C；英美法等西方國家，以1atm、60oF(15C)為標準狀態；三種狀態之間的轉換關系：1m3(20C)=0.932m3(0C)=0.985m3(15C)膠質是原油內含硫、氮、氧的多環芳香烴化合物，相對分子質量約為1000?2000，為紅褐色至暗褐色的半固體狀粘稠物質，能溶于正構烷烴(如正戊烷)內。粒徑小于10nm。瀝青質為原油內大分子質量(2000?100000)的多環芳香烴化合物，不能溶于低分子烷烴(如正戊烷)但能溶于芳香烴(如苯)內。瀝青質的粒徑為10?35nm，含有氧、硫化合物，有機、無機及金屬鹽類，是無定形固體物質。膠質和瀝青質對油水乳狀液的穩定、原油表面發泡等性質起重要作用。收縮系數：單位體積油藏原油在地面脫氣后的體積數。化學分類法是以原油的化學組成為基礎的分類方法，常用的有特性因數分類法和關鍵餾分分類法兩種。(我國原油分類)通常把常態下礦場油庫儲罐中的原油稱為脫氣原油，把把高于大氣壓、溶有天然氣的原油稱為溶氣原油。天然氣在原油內的溶解度主要取決于壓力、還有溫度、油氣組成等。原油相對密度大于0.966時用Lasater相關式，否則用Standing相關式。單位體積脫氣原油溶入天然氣后具有的體積數稱原油體積系數。只要有氣體溶入原油，原油體積系數總是大于1的。原油內溶入天然氣后，密度稱為視密度，或表觀密度。與脫氣原油相比，溶氣原油的視密度較小。傾點：在規定試驗儀器和試驗條件下，試管內油品在5s內能流動的最低溫度。凝點：油品在傾斜45角試管內停留1min不流動的最高溫度。傾點和凝點是衡量油品流動性的條件性指標。由于規定的試驗條件和儀器不同，同一原油的傾點比凝點高約2.5?3C。干氣：在氣藏和地面壓力溫度條件不產生液烴；濕氣：在氣藏條件下沒有液相，但在地面條件下氣體內出現液烴；凝析氣：隨氣藏開采壓力下降，氣藏內出現液態烴；伴生氣：包括油藏的氣頂氣和溶解氣。H2S>1%和/或CO2>2%的天然氣稱為酸天然氣，否則稱甜天然氣。按照1個大氣壓，15C狀態下天然氣內可回收液體體積多少，把天然氣分為貧氣<0.3344L/m3、富氣0.3344L/m3~0.6688L/m3和極富氣>0.6688L/m3。用冷凝法從天然氣內得到的液態烴稱為天然氣凝析油NGL；用分餾法可由天然氣凝析油生產附加值較高的c3、C4或C3、C4的液態混合物，稱液化石油氣LPG，簡稱液化氣，是工業和民用燃料，也可作為石油化工廠原料；C5+稱為天然汽油或穩定輕炷，可用做煉廠重整工藝原料。焦耳一湯姆遜效應：如果實際流體進行絕熱節流后其溫度可能降低，可能不變，也可能升高。由于絕熱節流引起的流體的溫度變化叫做絕熱節流的溫度效應，也叫焦耳一湯姆遜效應。熱值:標準狀態下單位體積燃料完全燃燒，燃燒產物又冷卻至標準狀態所放出的熱量稱熱值。含氫燃料燃燒時將產生水，若燃燒后水為冷凝液，稱高位熱值或總熱值。若水為蒸氣稱低位熱值或靜熱值。燃燒極限：天然氣和油品蒸氣在空氣中易燃易爆的濃度上下限。偏心因子①：用來度量真實流體與簡單流體(假定分子為球形、無極性)性質偏差的校正因子。氣體混合物的偏心因子為各組分偏心因子的摩爾分數的加和。在一定溫度、壓力條件下，組成一定的物系，當氣液兩相接觸時，相間將發生物質交換，直至各相的性質（如溫度、壓力和氣液相組成等）不再變化為止。達到這種狀態時，稱該物系處于氣液相平衡狀態。二元物系的相特性不同于一元物系，具體體現在：一元物系氣液兩相平衡時，溫度和壓力有對應的關系，確定任一參數，另一參數就是定值，可由蒸氣壓曲線求得。二元物系處于氣液平衡時，固定任一參數，另一參數可在一定范圍內變化。在這個范圍內的任一點，氣液兩相保持平衡，只不過氣液兩相的比例或汽化率不同。因而，二元物系的蒸氣壓不僅和物系溫度有關，還與汽化率有關。對于一元物系，溫度超過臨界溫度時，氣體不能被液化；壓力高于臨界壓力時，物系內不可能有平衡的氣液兩相。但對二元物系，當物系溫度高于臨界溫度或壓力高于臨界壓力時，只要物系的狀態處于包線范圍內，物系內就存在平衡的氣液兩相。反常汽化和反常冷凝是二元和多元物系相特性不同于一元物系的另一特點。對二元和多元物系p-t曲線：在等溫條件下，由于壓力降低，反常地發生液化的現象稱為等溫反常冷凝。如上述過程反向進行，等溫升壓，物系內的混合物氣體開始出現正常的冷凝，進一步升高壓力，液相反而減少，直至全部變成飽和蒸氣，這稱為等溫反常汽化。理想溶液的定義為：①構成溶液的各組分分子體積相同，分子間吸引力也相同；②分子間不發生化學反應，既不締合，也不解離。具有以下特性：各組分混合時體積具有可加和性，即溶液體積為各組分混合前體積之和；各組分混合時沒有熱效應；溶液的總蒸氣壓與其組成（以摩爾分數表示）成線性關系。平衡常數K可作為組分揮發性強弱的衡量標準。氣液相平衡時，K大于l的組分為物系內揮發性強的輕組分，它傾向于濃集在氣相中；K小于l的組分，為揮發性弱的重組分，它具有在液相中濃集的傾向。使原料（液）按揮發度不同實施一定程度分離，稱為蒸餾。蒸餾的方式：閃蒸、簡單蒸餾和精餾。原料（液）以某種方式被加熱和/或減壓至部分汽化，進入容器中在一定的壓力、溫度條件下，氣液兩相迅即分離，得到氣液相產物，這一過程稱為閃蒸。如果在汽化過程中，氣液兩相有足夠的接觸時間和接觸面積，氣液相產物在分離時刻達到了平衡狀態，則這種汽化方式稱為平衡汽化。平衡汽化的特點：氣液兩相處于相同壓力和溫度下，并呈平衡狀態。所有組分同時存在于氣液兩相內，每個組分也處于平衡狀態，分離較為粗糙。想要達到氣液平衡，要求氣液相有無限長的接觸時間和無限大的接觸面積。簡單蒸餾：原料混合液置于蒸餾釜中，在一定壓力下加熱溶液使其沸騰，隨時引出所產生的蒸氣，經冷凝得到餾出液。不斷加熱蒸餾釜內的液體，同時不斷引出所產生的蒸氣，直至蒸到所需要的程度（汽化率、溫度）為止。這種蒸餾稱為簡單蒸餾，是一種間歇蒸餾過程。漸次汽化（微分汽化）：若每次產生的微量蒸氣在其形成的瞬間都與釜內殘存液體達到相平衡，并立即從釜內引出，每次形成的微量蒸氣不與以前生成的、或隨后生成的微量蒸氣相混合。完整的精餾塔由精餾段、提餾段和進料段（或進料板）三部分構成。精餾是將由揮發度不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中同時多次地進行部分氣化和部分冷凝，使其分離成幾乎純組分的過程。根據精餾塔的結構和回流方式的不同，分餾法又可分為提餡穩定法(此法用于穩定原油質量要求高、對拔出氣體純度沒有要求的原油穩定)、精餡穩定法和全塔分餡穩定法等三種。第三章、礦場集輸管路從油氣井到礦場原油庫、長距離輸油管和輸氣管首站、礦場地域內的所有輸送工藝流體(原油和天然氣)的管路統稱為礦場集輸管路。出油管：與油井井口相連，只輸送一口油井產物的管路；集油管：輸送多口油井產物的管路；采氣管：與氣井井口相連，只輸送一口油井產物的管路；集氣管：輸送多口油井產物的管路；簡單管：從起點至終點，管路具有相同直徑、沿線無分支的管路稱為簡單管。復雜管：除簡單管外，其余均為復雜管。變徑管、副管都屬于復雜管。原油管路的摩阻損失包括兩部分：沿程摩阻損失hl和局部摩阻損失hz。礦場管路與輸油干管不同，管件的局部摩阻常占較大份額。在管路起點處，管段內油溫較高，原油粘度低，水力坡降小；而靠近管路終點的管段內，原油溫度低，粘度較高，水力坡降較大。輸氣管的管壁粗糙度，對于新管，原蘇聯管壁絕對當量粗糙度e=0.03mm，中國e=0.05mm，美國e=0.02mm。g) (b)圖4-3p工桿p：的變化(a)斥力的變化曲線;(b)壓力平方的變化曲線結論：即靠近起點處單位長度上的壓力降落較慢，距起點愈遠，壓力降落愈快。原因：管路內氣體壓力下降，氣體體積增大，流速增大，摩阻損失也增加。高壓輸氣節省能量，經濟性好。氣管與油管曲線的主要區別：由于Pg遠小于p］，與同徑的輸油管相比，氣管的質量流量僅有油管的g址，而油和氣的比熱相差不大，輸氣管的a值大，沿線溫降比輸油管快得多，溫降曲線較陡。由于焦耳一湯姆遜效應，輸氣管的溫度可能低于周圍介質溫度。水平管流型：根據管內氣液比由小到大，將兩相流的流型劃分為氣泡流、氣團流、分層流、波浪流、段塞流和環狀流、彌散流等數種。多相流動的特點：流型變化多；存在相間能量消耗；存在相間傳質；流動不穩定；非牛頓流體和水合物。第四章、氣液分離平衡分離：根據相平衡原理，組成一定的石油在某一壓力和溫度下，就有確定的氣液相組成和數量，壓力溫度改變時，氣液相組成和數量也隨之而變，這就稱為平衡分離，為自發過程。機械分離：為滿足油氣井產品計量、礦場加工、儲存和管道輸送的需要，將已形成的氣液兩相分開，用不同的管線輸送，稱之為機械分離。分離器的基本組成：入口分流器；重力沉降區；集液區；捕霧器；壓力、液位控制；安全防護部件。滌氣器：是一種處理高氣液比的分離器，用于分離氣流內夾帶的油滴。滌氣器使用的場合：＞在生產分離器氣體出口管線下游，回收氣流中因溫度、壓力變化而產生的凝液；＞在壓縮機上游捕集氣流內液滴，提高壓縮機效率和壽命；＞氣體冷卻器下游從氣流中分離產生的凝液；＞天然氣脫水、脫酸氣的設備上游，分離氣流中的游離液體和固體雜質，以免影響脫水、脫酸氣的效率并損壞設備；＞廢氣排放管或火炬上游應安裝滌氣器（也稱分液罐），否則可能產生火雨。對分離器的要求：分離器應創造良好條件，使溶解于原油中的氣體及氣體中的重組分在分離壓力和溫度下盡量析出和凝析，使油氣兩相接近平衡狀態。分離器的工藝計算從氣體中分出油滴的計算：油滴沉降法從原油中分出氣泡的計算：停留時間法影響原油含氣率多少的因素：原油粘度；原油在分離器中停留的時間；分離壓力；分離器入口元件的壓降有些原油所含氣泡上升至油氣界面后并不立即破裂，在氣泡消失前有一段壽命，使許多氣泡聚集在油面上形成泡沫層，泡沫層的體積甚至可占分離器容積的一半，具有這種性質的原油稱發泡原油。對油氣分離器的危害：①液位難以控制；②減少了重力沉降和集液區的有效體積，使油氣分離工況惡化；③氣體中帶油量和原油中帶氣量增多。原油發泡原因是由于原油內存在許多天然表面活性劑，如膠質、瀝青質、蠟、微小固體雜質等，這些天然表面活性劑濃集于原油表層內，降低了原油的表面能，因而氣泡不易破裂、形成較穩定的泡沫層。我國油氣集輸規范中規定，一般原油的停留時間為1?3min，起泡原油的停留時間為5?20min。液體再攜帶：是氣液分離的逆過程，即得到分離的液體再次被氣體卷起成油霧，隨氣體流出分離器。入口分流器形式：窄縫式、碰撞式、旋流式、穩流式等。功能：減小液體動量，有效地進行氣液初步分離；盡量使分出的氣液在各自的流道內分布均勻；防止分出液體的破碎和液體的再攜帶。一次分離是指油氣混合物的氣液兩相在保持接觸的條件下逐漸降低壓力，最后進入常壓儲罐，在儲罐內進行氣液分離。實際生產中并不采用。連續分離是指隨油氣混合物在管路中壓力的降低，不斷地將析出的平衡氣排出，直到壓力降為常壓，最后進入儲罐。又稱為微分分離或微分汽化。在實際生產中難以實現。多級分離是指油氣兩相保持接觸的條件下，壓力降到某一數值時，將降壓過程中析出的氣體排出，脫除部分氣體的原油繼續沿管路流動，壓力降到另一較低數值時，把該段降壓過程中析出的氣體排出，如此反復直至壓力降為常壓，產品進入儲罐為止。分離方式分離效果的衡量標準儲罐中原油的收率；儲罐中原油的密度；儲罐中原油的組成是否合理；天然氣的組成是否合理；天然氣的輸送壓力是否較高；多級分離效果分析（為什么多級分離優于一次分離？）在一定的溫度和壓力下，本來應處于液態的組分，在多元體系中所以能進入氣相的原因是在多元體系中，運動速度較高的輕組分分子，在分子運動過程中，與速度低的重組分分子相撞擊，前者的一部分能量傳遞給后者，使其進入氣相。這種現象稱為攜帶效應。平衡體系壓力較高時，分子的間距小、分子間的吸引力大，分子需具備較大的能量才能進入氣相。能量低的重組分分子進入氣相困難，重組分在氣相中的濃度較低，而在液相中的濃度較高如果在較高壓力下把已經分離出的氣體排出，減少了體系中具有較高能量的輕組分分子，則在壓力進一步降低時就減少了重組分分子被輕組分分子撞擊、攜帶的機率。所以，氣體排出越及時，以后攜帶蒸發的機會就越少。結論：連續分離所得的液體量最多，一次平衡分離所得的液量最少，多級分離居中。在多級分離中，級數越多，液體的收率就越大，液體的密度也越小。實踐證明：一般情況下，采用三級或四級分離，經濟效益最好；對于氣油比較低的低壓油田，采用二級分離，經濟效益較高。分離級數的選擇原則：氣油比：氣油比高應增多分離級數；井口壓力：井口壓力高應增多分離級數；原油的相對密度：隨著相對密度的降低，應適當增加分離級數。造成天然氣管線進油的常見原因，一、是液位調節機構失靈；二、是出油閥卡死；三、是分離器壓力過低（壓力過低的原因，一是天然氣出口閥或放空閥開的過大；二是管線或容器泄漏；三是出油閥關閉不嚴）。引起出油管線竄氣的原因：一是分離器內液面過低（液面過低的原因：一是出液閥開度過大，二是來液量不足，三是液面調節機構關閉不嚴）；二是分離器工作壓力過高（工作壓力過高的原因，一是出氣閥門開度過小，二是天然氣管線堵塞，三是出液閥卡死，四是來液量太大）。第五章、原油處理對原油進行脫水、脫鹽、脫除泥砂等機械雜質，使之成為合格商品原油的工藝過程稱原油處理。原油的脫水過程實質上也是脫鹽、脫機械雜質的過程。根據水分在原油中存在的形式不同，原油中的含水可分為游離水和乳化水兩種。兩種或兩種以上不互相溶或微量互溶的液體，其中一種以極小的液滴分散于另一種液體中，這種分散物系稱為乳狀液。W/O型乳狀液的內相水滴粒徑一般在0.2?50um范圍內，也稱粗乳狀液；水滴粒徑范圍為0.01?0.2um，稱細乳狀液。油包水乳狀液還可細分為致密乳狀液和疏松乳狀液。原油中含水并含有足夠數量的天然乳化劑是生成原油乳狀液的內因，油水混合物在從井底到地面、從井口到計量站、集中處理站的流動過程中，以及在油氣分離等前期處理過程中的不斷降壓、攪動等作用是形成乳狀液的外因。形成穩定乳狀液的條件是：多相系統中必須存在兩種以上互不相溶或微量相溶的液體；系統中要有乳化劑存在，使一種液體的微小液滴能穩定地存在于另一種液體中；要有劇烈的攪動，使一種液體破碎成微小的液滴分散于另一種液體中。防止石油生產中穩定乳狀液生成的方法：（1）盡量減少對油水混合物的剪切和攪拌；(2)盡早脫水。內相顆粒界面上帶有極性相同的電荷是乳狀液穩定的重要原因：乳狀液內相顆粒界面上力場的不平衡；處于內相顆粒界面上的分子電離；由于內相顆粒的布朗運動，因摩擦而帶電；常用的原油脫水方法有：化學破乳劑；重力沉降脫水；加熱脫水；機