西安石油大学石油工程概论6.油气集输与储运系统.ppt

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1、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,Chapter 6 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

2、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,60,3,60,4,“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

3、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CO2、气体脱硫。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。,60,6,6.1 油气集输工艺系统,一、

4、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C1C4脱出 原油储存：储罐 输油,天然气脱水 天然气轻烃回收

5、 回收C2C5（液化石油化）液烃储存：压力罐 液化石油气又称液化气（LPG，Liquefied Petroleum Gas）天然气液和液化天然气（LNG，Liquefied Natural Gas）输气,1.油气集输工作的主要内容(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510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

6、，按10年中最大处理量确定生产规模。,2.油气集输工程规模,60,11,二、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。1.集输工艺流程分类计量站、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；,60,12,60,13,2.油气集输系统的指标,油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

7、关的国内外水平对比见表61。,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。,60,14,3.油气集输系统的选择,（1）勘探和开发资料(5类)地质储量和可采储量；储油层的压力、温度、孔隙度、渗透率、饱和压力开采方法、增产措施、平均日产量和开采寿命；油、气及采出水的组分和物理性质；开发不同阶段油气水产量预测。,60,15,3.油气集输系统的选择,（1）勘探和开发资料（2）环境资料（6类）油田面积及地理情况；地震强度、气象条件；水文资料（地面水、地下水、水

8、质）；建设条件（交通运输、供电、通讯、人文等）；环保要求；附近的海岸、港口资料。（3）油气的外运资料油气的销售对象及外运方式；炼厂对原料的要求。,60,16,4.油气集输系统优劣的评价标准,可根据以下几个方面来评价一个油气集输系统的优劣：（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。,60,17,6.2 原油处理工艺,一、油气分离 二、原油

9、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。,1.分离方式,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

10、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。,60,20,2.油气分离器,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：1.按形状分：卧式分离器，立式分离器 2.按功能分：气液两相分离器，油气水三相分离器 3.按分离方式分：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 输送和处理大量的水使设备不堪重负，增加了能量的消耗 矿物盐造成了设备结垢和腐蚀。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

11、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,60,24,1.热化学脱水 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。2.重力沉降脱水 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。3.电脱水 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

12、含水率应降到30左右，二段脱水含水率应低于0.5。,60,26,三、原油稳定,1.原油稳定的作用 将不稳定原油中的轻组分(C1C4烃类)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。2.原油稳定工艺 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C1C4轻烃蒸发，达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。,60,27,6.3 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：集输系统要有较

13、高的适应性：所在海域的海洋条件 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 在平台的甲板上，空间有限，应布置紧凑 海上深水油气田的开发设计、施工、维修的技术要求更高“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。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。,60,28,6.3 海上油气集输,二、海上油气生产和集输系统,1.海上油气集输生产和集输系统的模式（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

14、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。,60,29,6.3 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

15、，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。,60,31,6.4 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

16、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

17、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，有一经济合理的输送量范围,1.优缺点,60,35,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。,2.长输管道的经济性,60,36,三.长输油管道的运行与控制,1.输油管道工况的调节 维持管道的稳定和高效经济运行2.输油管道的水击及控制 流速突变产生的水击现象

18、会导致管道超压3.清管 清除遗留在管内的机械杂质，清除管内壁上的石蜡、油砂等凝聚物4.输油管道的监控与数据采集系统 安装优化运行控制软件，使管道在最经济的状态下运行。5.管道的泄漏检测技术 一是防止泄漏对人及环境造成危害和污染；二是防止管道输送流体的泄漏损失。,60,37,四.不同油品的管道顺序输送,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。,60,38,6.5 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

19、,60,39,图68 天然气生产与运输示意图,60,40,一.天然气矿场集输,1气井产物 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.天然气矿场集输,3气田集输流程 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 集气系统：高压、中

20、压和低压集气管线 气田站场工艺流程：单井集气流程和多井集气流程,60,42,60,43,一.天然气矿场集输,4天然气净化 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。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。天然气凝液回收 天然气凝液（NGL）回收工艺主要有：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.天然气矿场集输,5水合物的形成及防止 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

21、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。,60,45,1.天然气的输送方法管道输气 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。液化天然气运输（LNG）通过低温冷却而成的液

22、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-162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,60,46,2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,60,47,1.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

23、、清管站、干线截断阀室等。2.发展概况 在公元221263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,60,48,6.6 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

24、，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。,60,50,1.地上金属罐储油,（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m3，储存各种油品 浮顶罐：最大10万m3,储存原油 内浮顶罐：储存汽油 网架顶罐：最大3万m3,60,51,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2400立方米，常用容积为2050立方米；卧罐的承压能力范围大，可为0.014.0

25、兆帕；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。,60,53,60,54,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

26、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。,2.地下盐穴、岩洞储油,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。,3.水下储油,60,57,二、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

27、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。,60,58,3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。1.地下储气库的作用 供气系统调峰、提供应急气源、天然气战略储备、天然气贸易和价格套利2.地下储气库的分类 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-161以下，压力不超过0.03兆帕，液化后体积只有气态的1600左右。天然气的远距离跨洋运输

28、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。,4.天然气的其他储存方式,60,60,（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-15，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1160。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。,4.天然气的其他储存方式（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 1.管线外防腐层 2.埋地管线的阴极保护 消除管线金属结构上的腐蚀电流，防止电化学腐蚀。3.杂散电流腐蚀的防护,6.7 油气管道的腐蚀与防护,