23-油氣系統(tǒng)的溶解與分離49張課件

第三節(jié)油氣系統(tǒng)的溶解與分離教學目的：掌握天然氣從原油中的分離、天然氣向原油中的溶解、氣----液平衡計算。教學重點和難點：天然氣從原油中的分離。教法說明：課堂講授第三節(jié)油氣系統(tǒng)的溶解與分離教學目的：掌握天然氣從原油中的1一天然氣從原油中的分離1閃蒸分離或一次脫氣

A定義:在油氣分離過程中分離出的氣體與油始終保持接觸且系統(tǒng)的組成保持不變的脫氣方式.

B脫氣過程:CP—V關系圖:P>PbP>PbP≈PbP<PbP<<Pb一天然氣從原油中的分離1閃蒸分離或一次脫氣P>Pb2

D現(xiàn)場接觸脫氣示意圖:

E接觸脫氣的特點:a．分離出的氣量較多，溶解油氣比高。b．分離出的氣體較重，即氣中重質(zhì)組分含量

較多（含輕質(zhì)油較多）。c．脫氣過程中系統(tǒng)的組成保持不變。D現(xiàn)場接觸脫氣示意圖:32多級分離

A定義:在油氣分離過程中將每一級脫出的氣體排除后,液體再進入下一級進行油氣分離的脫氣方式.

B脫氣過程:C多級脫氣的特點:a．系統(tǒng)的組成不斷變化b．脫出的氣量較單級脫氣少，所以測得的油氣比也小。c．分出的氣量較輕，即氣體中重質(zhì)組分（輕油）含量少。d．脫氣原油比重小，量較多，質(zhì)量亦好。2多級分離C多級脫氣的特點:4礦場多級脫氣流程圖

礦場多級脫氣流程圖53.微分分離（微分脫氣）

A定義:在微分分離過程中，隨著氣體的分出，不斷地將氣體放掉，即脫氣是在系統(tǒng)組成不斷變化的條件下進行的。但脫氣的級數(shù)遠大于多級脫氣的級數(shù)。B脫氣過程C微分脫氣的特點系統(tǒng)組成不斷改變，但脫氣的級數(shù)遠大于多級脫氣的脫氣級數(shù)，每一級分出的氣量極小。3.微分分離（微分脫氣）A定義:在微分分離過程中，隨63油田開發(fā)和生產(chǎn)過程中的脫氣過程

A地層中:油層中的脫氣介于接觸脫氣和微分分離之間,因為氣從油中脫出后存在流速差異形成微分分離,而氣體在孔隙中又始終與原油接觸形成接觸脫氣.

B井筒中:當井筒中氣相與液相的流速相差不大時油井中的脫氣過程與接觸脫氣近,而當當氣體在井筒中的氣體超越原油出現(xiàn)’’滑脫”現(xiàn)象時,井筒中的脫氣方式又介于接觸脫氣和微分分離之間.

C地面儲運過程中:地面儲運過程中的脫氣過程為較理想的分離過程.

3油田開發(fā)和生產(chǎn)過程中的脫氣過程7二天然氣向原油中的溶解1亨利定律

單組分氣體在液體中的溶解服從亨利定律，即溫度一定時,溶解度和壓力成正比，或成直線關系，即：亨利定律是一個直線定律，α是一個常數(shù)，這對于不易互溶的氣—液系統(tǒng)是適用的。二天然氣向原油中的溶解1亨利定律亨利定律是一個直線定律，8

Rs=αP式中:Rs---溶解度.α---溶解系數(shù)溶解度：表示壓力為P時,單位體積的地面原油所溶解的天然氣量(標準狀況下的體積)。單位為(標)米3/米3.

溶解系數(shù):表示一定溫度下，每增加一個大氣壓時，單位體積液體中溶解的氣量。

單位:(標)米3/(米3MPa)Rs=αP92.天然氣在原油中的溶解度對于多組分結(jié)構相近的烴類氣體，α不是一個常數(shù)。也就是說氣體溶解度并不符合亨利定律。

天然氣在原油中的溶解曲線2.天然氣在原油中的溶解度對于多組分結(jié)構相近的烴類氣體，α103影響溶解度的因素A壓力B溫度:

C組成:D密度

3影響溶解度的因素114溶解與分離的關系

A接觸脫氣時的溶解曲線和分離曲線相重合.而多級脫氣時的溶解曲線和分離曲線不重合.B輕組分的溶解曲線和分離曲線較接近.而重組分的溶解曲線和分離曲線高壓時相差較小,低壓時相差較大.

4溶解與分離的關系12三相態(tài)方程及其應用1相態(tài)方程表征溫度、壓力、油氣組成與溶解度的關系表達式。

2研究相態(tài)方程的目的A預測開發(fā)過程中地層壓力和溫度變化時油藏流體的相態(tài)變化特征;B預測地層流體流到地面后的氣、液數(shù)量,為油氣處理、集輸工藝流程設計提供有效依據(jù);

C相圖計算.三相態(tài)方程及其應用1相態(tài)方程133相態(tài)方程的推導B拉烏爾定律:氣液兩相平衡時，各組分在氣相中的分壓等于同溫度下該組分單獨存在時的蒸氣壓力乘以在液相中的摩爾濃度

C道爾頓分壓定律:各組分的分壓等于其摩爾分數(shù)與體系總壓力的乘積，即：

3相態(tài)方程的推導14當系統(tǒng)中氣相和液相在一定溫度下達到平衡時

所以

為平衡常數(shù)或平衡比。

當系統(tǒng)中氣相和液相在一定溫度下達到平衡時所以為15設:Ng----氣相物質(zhì)的摩爾數(shù)NL----液相物質(zhì)的摩爾數(shù)yi----第i組分在氣相中的摩爾分數(shù)xi----第i組分在液相中的摩爾分數(shù)ni——系統(tǒng)中第i組分的摩爾分數(shù)根據(jù)烴類系統(tǒng)的物質(zhì)平衡關系有：設:16

當氣液達到平衡時,i組分在氣相中的分壓和在液相中的分壓應該相等,于是有:當氣液達到平衡時,i組分在氣相中的分壓和在液相中的分17理想溶液相態(tài)方程理想溶液相態(tài)方程18同理有:當N=1時有:理想溶液相態(tài)方程同理有:當N=1時有:理想溶液19E理想溶液相態(tài)方程的求解步驟(試湊法)

設定一NL(0~1之間)根據(jù)給定溫度查各組分的飽和蒸汽壓由相態(tài)方程計算Yi(或Xi)計算ΣYi=1計算Xi計算液相數(shù)量N*NL計算氣相數(shù)量N*Ng設系統(tǒng)的總摩爾數(shù)為NYesNoE理想溶液相態(tài)方程的求解步驟(試湊法)設定一NL(0~1之20F理想溶液泡點壓力、露點壓力計算

在泡點:Ng=0NL=1（1mole） P=Pb

由相態(tài)方程有:

泡點方程在露點:Ng=1NL=0（1mole） P=Pd由相態(tài)方程有:露點方程F理想溶液泡點壓力、露點壓力計算在泡點:Ng=0214實際溶液相態(tài)方程A

理想溶液相態(tài)方程式的局限性:（1）道爾頓分壓定律的假設前提為氣體應具有由理想氣體組成的理想溶液的性質(zhì)。（2）拉烏爾定律是以液體具有理想溶液性質(zhì)的假設前提的。但是，只有當液體混合各組分的化學物理性質(zhì)十分相似時，該混合物的性質(zhì)才接近理想溶液，而油氣系統(tǒng)并非如此。（3）從實際觀點出發(fā)，在臨界溫度以下，純化合物已不存在蒸汽壓。高于該溫度，蒸汽壓無法確定，因此，這一方程式的應用僅限于溫度不超過混合物揮發(fā)性最強組分的臨界溫度這一范圍之內(nèi)。例如，含有甲烷的混合物，凡溫度高于-82.5℃（甲烷的臨界溫度）的場合，就不能用前面介紹的相態(tài)方程進行計算。4實際溶液相態(tài)方程22B

實際溶液相態(tài)方程式:在理想溶液中,氣液平衡時有:在實際溶液中,因飽和蒸汽壓無法確定,所以引入一個新的物理量----平衡常數(shù)KB實際溶液相態(tài)方程式:在實際溶液中,因飽和蒸汽壓無23平衡常數(shù)---指系統(tǒng)中某一組分（如i組分）在一定的壓力和溫度的條件下，氣液兩相處于平衡時，該組分在氣相中和液相中的分配比例。在數(shù)值上，平衡常數(shù)等于該組分在氣相和液相中摩爾分數(shù)的比值。將Ki=Yi/Xi即Yi=Ki*Xi代入(取N=1mole)化簡得:平衡常數(shù)---指系統(tǒng)中某一組分（如i組分）在將Ki=Yi/X24實際溶液相態(tài)方程式.問題是Ki如何求取呢?要運用該方程就必須首先確定Ki實際溶液相態(tài)方程式.要運用該方程就必須首先確定Ki25平衡常數(shù)Ki的求取---圖版法:

單組分:收斂點收斂壓力4.2MPa5.6MPa7.0MPa21.0MPa28.5MPa35.0MPa70.0MPa平衡常數(shù)Ki的求取---圖版法:收收斂壓力26平衡常數(shù)的特性:a．在低壓情況下，每條曲線的斜率幾乎都等于-1。b．每一條曲線與K=1.0相交處的壓力等于該曲線所代表的組分在給定溫度下的蒸汽壓。c．除了甲烷之外，每一曲線隨壓力增加平衡常數(shù)減小，壓力增到某一值時，平衡常數(shù)有最小值，然后又隨壓力增大而增大。d．在較高壓力時，每一條曲線都有收斂于平衡常數(shù)等于1.0的趨勢。平衡常數(shù)收斂于1時的壓力稱之為收斂壓力。e．如果給定溫度就是混合物的臨界溫度，每一條曲線確實可以收斂為1.0，且收斂壓力即為該混合物的臨界壓力。f．如果給定的溫度是不包括臨界溫度的任何一個溫度，那么，當壓力變化到某壓力時（泡點壓力或露點壓力），系統(tǒng)則會出線單相（氣相或液相），單相區(qū)其平衡常數(shù)的定義不成立了，這時，如果人為地按這些曲線的變化趨勢外推到平衡常數(shù)為1.0的某一匯聚點，這時這個點所對應的壓力值是虛擬的收斂壓力值，稱之為視收斂壓力。平衡常數(shù)的特性:27組成對平衡常數(shù)的影響:當P<0.7MPa時,兩組曲線幾乎重合

當P<7MPa時，兩組曲線Ki相差不大

當P>7MPa時，兩組曲線Ki相差較大

組成不同表現(xiàn)為收斂壓力不同組成對平衡常數(shù)的影響:當P<0.7MPa當P<7MPa時，當285相態(tài)方程的應用A泡點壓力和露點壓力的計算(試算法)

泡點方程:在泡點Ng→0 NL→1(N=1)

露點方程:在露點Ng→1 NL→0(N=1)5相態(tài)方程的應用露點方程:在露點Ng→1 N29泡點壓力和露點壓力計算步驟

設定一Pb根據(jù)溫度和壓力查Ki計算Σniki=1輸出PbYesNo設定一Pd根據(jù)溫度和壓力查Ki計算Σni/ki=1輸出PdNoYes泡點壓力和露點壓力計算步驟設定一Pb根據(jù)溫度和壓力查Ki計算30B級次脫氣計算(舉例說明)

級次脫氣條件平衡常數(shù)B級次脫氣計算(舉例說明)級次脫平衡31單級脫氣計算

單級脫氣計算32多級脫氣計算

多級脫氣計算33注意此欄數(shù)據(jù)變化第二級脫氣計算結(jié)果注意此欄第二級脫氣計算結(jié)果34注意此欄數(shù)據(jù)變化第三級脫氣計算結(jié)果注意此欄第三級脫氣計算結(jié)果35單級脫氣和多級脫氣比較

1mole1moleNg=0.6027Ng1=0.418NL1=0.582Ng2=0.156NL2=0.844Ng3=0.0514NL3=0.9486NL=0.466Ng=0.534液位控制三級分離液位控制壓力控制一級氣二級氣壓力控制井流一級分離器二級分離器分離器儲罐儲罐氣體井流二級分離儲罐氣體儲罐一級分離壓力控制分離器氣體NL=0.3973單級脫氣和多級脫氣比較1mole1moleNg=0.602736C相圖的計算一個相圖應該包括四個部分：

①泡點線②露點線③臨界點④兩相區(qū)內(nèi)等液量線

相圖的計算分為四種情況：

①T=Tc→C、D兩點②T＞Tc→A、B兩點③T＜Tc→E、F兩點④等液量線的確定

C相圖的計算37A、溫度等于臨界溫度時，相圖的計算：a．根據(jù)系統(tǒng)的組成，計算混合物的臨界溫度，這樣便可以得到臨界等溫線，如圖C—D線。b．根據(jù)系統(tǒng)組成，計算臨界壓力，那么臨界狀態(tài)點C即可確定。c．令計算的臨界壓力等于該系統(tǒng)的收斂壓力（因為T=Tc，所以收斂壓力不必反復試算），根據(jù)這個收斂壓力選出合適的圖版，假定不同壓力（P＜Pc）試算，若=1，則所假定壓力即為臨界溫度下的露點壓力，即圖中D點，試算方法與前面介紹的如何用露點方程計算露點壓力相同。A、溫度等于臨界溫度時，相圖的計算：38B、溫度高于臨界溫度時相圖的計算

當溫度高于臨界溫度之后，泡點線不存在，但是，在一條等溫線上卻存在兩個露點，即有兩個壓力條件下所對應的ni，Ki滿足露點方程.a．任意假定一個溫度Th＞Tc。b．對要確定的兩個露點設一收斂壓力Pcw．根據(jù)收斂壓力選出平衡常數(shù)圖版組d．假設兩個壓力P，根據(jù)該壓力P和所設溫度Th確定出各組分的平衡常數(shù)Ki，（兩組）e．對高壓和低壓兩種情況，分別試算露點方程，改變所設壓力P，（注意，Ki也相應改變），直到兩上壓力（高壓、低壓）均滿足露點方程為止，那么試算的能滿足露點方程的較高壓力即為上露點壓力Pdh上，較低壓力即為下露點壓力Pdh下。f．用我們前面所講過的方法來計算兩種情況下的收斂壓力Pcw’.g．比較前面假設的和由上步計算出來的Pcw’，若Pcw=Pcw’，那么，這兩個點壓力就是正確的，否則應假設新的收斂壓力Pcw=Pcw’，重復上面的計算，直到所假設的收斂壓力約等于的收斂壓力為止。h．從上面的計算我們可以看出，當假設不同的溫度重復上述步驟時，那么T＞Tc區(qū)就可以繪出了。

B、溫度高于臨界溫度時相圖的計算39C、溫度低于臨界溫度時相圖的計算a．任意假定一個溫度Th<Tc。b．對要確定的兩個露點設一收斂壓力Pcw．根據(jù)收斂壓力選出平衡常數(shù)圖版組d．假設兩個壓力P，根據(jù)該壓力P和所設溫度Th確定出各組分的平衡常數(shù)Ki，（兩組）e．對高壓和低壓兩種情況，分別試算泡點方程和露點方程，改變所設壓力P，（注意，Ki也相應改變），直到兩壓力（高壓、低壓）分別滿足泡點方程和露點方程為止，那么試算的能滿足方程的較高壓力即為泡點壓力，較低壓力即為露點壓力。f．用我們前面所講過的方法來計算兩種情況下的收斂壓力Pcw’.g．比較前面假設的和由上步計算出來的Pcw’，若Pcw=Pcw’，那么，這兩個點壓力就是正確的，否則應假設新收斂壓力Pcw=Pcw’，重復上面的計算，直到所假設的收斂壓力約等于的收斂壓力為止。h．從上面的計算我們可以看出，當假設不同的溫度重復上述步驟時，那么T＞Tc區(qū)就可以繪出了。

C、溫度低于臨界溫度時相圖的計算40D、等液量線的計算a．任意假定一個溫度Tb．再假定其收斂壓力Pcw．再假定一個NL（5%，10%，25%，50%，75%等）d．再假設一個壓力Pe．根據(jù)所設的收斂壓力選出其平衡常數(shù)圖版f．根據(jù)所設的P、T在平衡常數(shù)圖版上找出各組分的平衡常數(shù)Ki值g．將所得數(shù)據(jù)ni、NL、Ng、Ki代入相態(tài)方程中，判斷是否為1，否則重新設P直到滿足相態(tài)方程為止，那么，滿足相態(tài)方程的壓力即為所求。h．用所得的液相組成xi進行收斂壓力計算，若計算的Pcw’=Pcw，則P為所求，否則重新假設Pcw=Pcw’，重復計算，直至相等.D、等液量線的計算412）計算泡點壓力

泡點可以看作極少量的氣體與大量液體處于相平衡狀態(tài)，這時可以認為Ng≈0,NL≈1.相態(tài)方程變成如下形式：

在已知T的情況下，選擇某一個P值下各組分的Ki代入相態(tài)方程，如滿足,那么該P值即為泡點壓力。2）計算泡點壓力泡點可以看作極少量的氣體與大量液體423）計算露點壓力

露點可以看作極少量的液體與大量氣體處于相平衡狀態(tài)，這時可以