原油和天然气的分离地层中的石油到达井口并继而沿出油管.DOC

原油和天然气的分离 地层中的石油到达井口并继而沿出油管、集油管流动时；根据其组成、压力和温度条件，形成了油气共存混合物。为了满足油井产品计量、矿场加工、储存和长距离输送的需要，必须将它们按液体和气体分开，成为通常所说的原油和天然气，这就是油气分离。 组成一定的油气混合物在某一压力和温度下，只要油气充分接触，接触时间很长，就会形成一定比例和组成的液相和汽相，这种现象称为平衡分离。平衡分离是一个自发过程。把平衡分离所得的原油和天然气分开并用不同的管线分别输送，称为机械分离。原油和天然气的分离作业就包括上述两方面的内容。 原油和天然气的相平衡 石油是一种极其复杂的烃类和非烃类的混合物。人们已从石油中提炼出200多种纯化合物。限于技术上的困难，石油中到底有多少种化合物目前还说不清楚。石油中所含的烃类主要有：(1)正构烷烃()；(2)异构烷烃()；(3)环烷烃()；(4)芳香烃()。石油中的非烃类主要有氧、氮、硫的化合物以及胶质沥青质。石油分离所得的天然气中常含有二氧化碳、硫化氢、氮、氦、水蒸气等杂质，原油中常含有水、砂和各种盐类。不同油田的石油在组成上有很大差异，同一油田、不同油层和油藏所产石油的组成亦有差别，即使同一口油井，在不同的开采阶段，石油组成亦有变化。但在一段不太长的时期内，同一口油井产物的组成可看作是不变的，因而从油井井口不断流出的石油可作为有固定组成的多元体系加以研究。一元或任何固定组成的多元体系，在一定温度和压力的条件下，将以一定状态存在。体系或为液相，或为气相，或为汽液两相处于平衡状态而存在。要了解油气混合物体系在不同条件下处于什么状态，性质如何，应从相特性着手进行研究。 一、烃系的相特性 (一)一元(纯化合物)体系的相特性 纯化合物的蒸气压力曲线可以相当充分地说明一元体系的相特性。图3-1为纯烃的蒸气压力曲线，在曲线左上方的条件下体系内为单一液相，右下方为单一的气相，只有压力和温度条件处于曲线上任一点时，体系内才存在汽液两相。汽液两相共存并达到平衡状态时，宏观上两相之间没有物质的传递，体系内液相的挥发量与蒸气的凝结量相同，蒸气压力不再变化。这时的气体称为饱和蒸气，液体称为饱和液体，相应压力称为饱和蒸气压。因而饱和蒸气压既表示液体的挥发能力，又表示蒸气的凝结能力。在同一温度下，挥发性强的纯烃的蒸气压力大于挥发性弱的纯烃的蒸气压。对于特定的纯烃，在某一温度下有相应的饱和蒸气压值。温度愈高，分子的平均动能愈大，液相中就有更多的高动能分子克服液体分子间的吸引，逸出液面进入汽相，即纯烃的饱和蒸气压或其挥发性啤温度的提高而增大，如图3-1所示。 在恒温下沿图3-1的J-K-L线提高体系的压力。开始体系内的纯烃处于过热蒸气区J，压力增至K点时蒸汽开始凝析，体系内有微量的液体出现。此后，体系压力不变，液体量逐渐增多，直至体系内气体全部凝析。进一步提高压力，如至图中L点，体系只有过冷液体。 由图3-2所示的一元体系压力—比容相图上观察纯烃的液化过程。若体系内的纯烃开始处于气态，在恒温t1下压缩其体积，则压力上升，气体比容逐渐减小。当压力增至相应于图中A点的压力Pl时，体系内开始有液体凝析出来，继续压缩其体积，饱和气体中不断有液体析出，体系压力不变，比容减小，在P—V图的恒温线上出现了恒压水平线段，直至纯烃恰好全部成为液体，如图中B点所示。进一步压缩纯烃的体积，由于液体的压缩性很小，压力急剧增加。水平线起点A对应的比容表示气体达到饱和状态开始有液体时的比容，称为饱和蒸气比容；终点B所对应的比容表示气体恰好全部液化成为液体时的比容，称为饱和液体的比容。水平线的长度表示饱和蒸气比容与饱和液体比容之差，或纯烃汽液两相共存的比容范围。 若在较高温度t2下重复上述压缩过程，由于温度增高，纯烃的饱和蒸气压增大，使饱和蒸气的比容减小；而饱和液体则由于温度升高、分子热运动加剧，分子间距增大，体积膨胀而使其比容略有增大。这样，饱和蒸气与饱和液体的比容随着温度升高而互相接近，水平线变短。温度提高至tC作上述压缩试验时，两相共存区的水平线段消失，在P-V图上出现拐点C，在该点饱和蒸气和饱和液体的比容相等。高于tC温度下压缩纯烃气体时，仅仅是气体压力升高、比容减小这种为大家所熟知的现象了。温度愈高，纯烃气体愈接近理想气体，在P-V图上的等温线愈趋近于双曲线。 由上可知，纯烃气体只有在低于tC温度下才能进行液化，这个能使气体液化的最高温度称临界温度。拐点C称临界点，与该点相对应的压力和比容称临界压力和临界比容。根据实验研究，在临界状态时，不但气液比容相同，物质的其他强度性质(指与物质量无关的性质，如温度、密度、热焓等均属强度性质)亦相同，体系内的汽液两相变为均匀的一相。在临界点附近，物质的光学性质亦发生明显的变化，光束通过物质时有散射现象，物质呈乳白色并能观察