第八章 气井井场工艺

CQUST 第一节 采气井场流程与设备简介
CQUST 第一节 采气井场流程与设备简介
二、低温集输工艺流程
1-井场来气 ８-换热器
２. 6. 12-截断阀 ９-低温分离器
３-节流阀
４-高压分离器
５.1０-孔板计量器
７-抑制剂注入器 17-计量器
11.15. 16-液位控制阀
1３-闪蒸分离器 1４-压力调节阀
E 1 pV p Cp T p T 对所感兴趣的天然气节流过程：
i
1 Cp
①由于天然气在绝热膨胀过程中，压力降低、比容增大，此时必须消耗功来克服 分子间的吸引力。但是由于外界无能量供给气体，分子间位能的增加只能来自分 子动能的减少，因此产生使气体温度降低的效应。即：
CQUST 第二节 节流调压
二、微分节流效应 1.节流特点： （1）天然气通过孔眼，在孔眼附近的气流会发生扰动，因此节流是不可逆过程。 （2）通过孔眼时流速很高，在孔眼附近的气流和外界的热交换一般很小，可以忽 略不计，节流过程可视为绝热过程。 （3）实际气体的焓值是温度和压力的函数，所以节流后的温度将发生变化。 2.微分节流效应： （1）节流效应公式 节流时，微小压力变化所引起的温度变化称微分节流效应，用微分节流效应系数 αi表示：
2)产水量较大的气水同产井的采气。就地把分离气水后输气。3)低压气井的采气。 目前，四川部分矿区仍保留有这种集输流程，其缺点是井口须有人值守，造成定员 多，管理分散，污水不便于集中处理等困难。
2.多井常温集气井场：把几口单井的采气流程集中在气田适当部位进行集中采气和 管理的流程。
（1）工艺流程 （2）流程特点：
i p i
由热力学基本关系式，可导出表示微分节流效应系数αi与节流前气体状态参数p、 V、T之间关系的一般表达式：
T
V T V T p i Cp
CQUST 第二节 节流调压
V R V 由式（9-2）得α =0， i T p p T
CQUST
采
第八章
气
工
程
气井井场工艺
重庆科技学院石油工程学院
CQUST 第八章 气井井场工艺
1 2
采气井场流程与设备简介
节流调压
3 4
天然气计量
气液分离
5
5
天然气水合物
CQUST 概论
问题的提出：采出的气体必须在井口完成调节产量、调压、保温、分 离、计量等工艺，然后经输、配气站分别输给用户或净化厂。因此，没 有采气、集气与净化处理，以及长输不配套，气井也就无法连续采气而 形成生存能力，不同性质的天然气有不同的井场工艺。 气井井场工艺：将气井采出的天然气，经分离、调压、计量后，集中 起来输送到天然气处理厂或者直接进入输气干线的全过程。
天然气计量
在我国天然气工业用的流量计90％以上为孔板差压流量计，按石油天然气行业 标准：SY/T 6143－1996《天然气流量的标准孔板计量方法》执行。
CQUST 第三节 天然气计量
一、天然气计量分级与仪表配备 1.天然气计量分级 一级计量——油田外输干气的交接计量。 二级计量——油田内部干气的生产计量。 三级计量——油田内部湿气的生产计量。 2.天然气计量仪表的配备 （1）一级计量。 油田外输气为干气，排量大。 选用标准节流装置，选用高级孔板阀。选用准确度为±0.5%的压力及温度变送器。在直管 段前安装过滤器。 （2）二级计量。 计量介质为干气。 选用普通孔板阀。可选用准确度为±1%的压力及温度变送器。 （3）三级计量。 计量介质为湿气。 不适合选用孔板计量，可选用气体腰轮流量计、涡街流量计等。仪表的准确度应不低于 ±1.5%，一般为离线检定，应保证拆装方便，流量计前应配过滤器。三级计量的综合计量误 差应在±7%以内。
E p 0 T
或

1 E ( )T 0 C p p
1 pV 0 C p p T
②对于天然气节流，其移动功随压力降低而增加。即：
pV p 0 T
或

CQUST 第二节 节流调压
结论：天然气节流后温度降低。 △T－积分节流效应 二、积分节流效应 T1、T2 —气体节流前、后的温度，K； 1.定义：实际节流时，压力变化为一有限值，有限压力变化所引起的温度变化， p1、p2—气体节流前、后的压力，MPa。 称积分效应，用符号表示： （9-4）
井场—调压（以不形成水化物为准）、升温、阀调压进入集Baidu Nhomakorabea站。
集气站—完成分离计量等后输入集气干线。 优点：便于对气井进行集中调节和管理，减少管理人员，实现水、电、蒸汽的一机 多用。
CQUST 第一节 采气井场流程与设备简介
（3）应用范围： 1）气井压力相近、 气体性质相同，不需 要单井集气流程的地 方。 2）为降低管输回 压，将产水量较大的 气井从多井集气流程 改为单井集气流程， 对稳定气水井的产能 收到了明显的效果。
Ti T2 T1 i dp
p2
p2
2.计算：由于积分符号内的不仅是压力的函数，而且还是温度的函数。因此 （9-4）不能积分，积分节流效应不可能有精确的解析解。近似计算时：
Ti i p
p1
p2
（9-5）
由于计算机的普及，对天然气节流效应的计算，目前大多采用适当的实际气体 状态方程，利用节流后焓相等的关系，迭代计算得到积分效应。
CQUST 第一节 采气井场流程与设备简介
三、气井井场常用设备 以常温单井集气井场设备为例 1.采气井口（采气树） （1）结构（重点介绍油压、套压、回压） （2）作用原理
CQUST 第一节
2.缓蚀剂注入装置
（1）结构 （2）作用原理
采气井场流程与设备简介
3.换热设备： 包括：套管式和水套炉等 （1）结构 （2）作用原理
（2）节流后温度变化分析：
①对于理想气体，由于PV=RT，
意指理想气体节流时温度不发生变化。
V V ②对于实际气体，节流后温度的变化决定于式（9-2）中的分子 T T p
的正负（因Cp>0）。可能有三种情况：
V T V T p
V T V T p
天然气计量
图9-1孔板差压流量计示意图
CQUST 第三节 天然气计量
（3）取压方式：角接取压和法兰取压。
角接取压：角接取压孔板夹持器可以是单独钻孔取压器件，或是环室取压。 单独钻孔取压规定：上游侧静压由前夹紧环取出，下游侧静压由后夹紧环取出。 环室取压规定：孔板上游侧静压由前环室取出，下游侧静压由后环室取出。
CQUST 第一节 采气井场流程与设备简介
三、气井井场常用阀门
CQUST 第二节 节流调压
问题：井场上为什么要节流，其目的什么？ 一、气体的节流 1.天然气节流效应：
天然气节流：天然气通过管线狭窄断面时，例如孔板或针形阀的孔眼，由于摩擦 耗能使气压显著下降，这种现象称为节流。 天然气节流效应：高压气体通过节流后成为低压气流，气体温度要发生变化，温 度变化的范围随气体性质、节流前后的压差大小以及气体节流前压力、温度等因素 而定。 对天然气而言，节流后的温度总是降低的。 2.节流效应在采气工程中的用途 （1）控制产量，调节流量；针形阀是井场及低温或常温集气站的主要节流手段。 （2）调压； （3）天然气净化。 3.节流的危害 对于针形阀节流，人们最关心的事情是节流后会不会生成水合物，这是采气工艺 中的重要问题之一。
角接取压环室取压
法兰取压标准孔板组件
CQUST 第三节 天然气计量
2、气体涡轮流量计 （1）原理：在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑．当流体通过管道时， 冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生 旋转．在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体 流速成正比．由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到 通过管道的流体流量。
一、采气井站流程 气井井场流程多为单井集 气井场和多井集气井场流 程。 1.单井常温集气井场：
CQUST 第一节
（1）工艺流程
（2）特点：在井场完成开关气井、节流降压、气水分离、计量、防止水化物形成 等工作。设备、仪表、管理人员多。 （3）应用范围：
采气井场流程与设备简介
1)气田边远气井采气。不含硫，建集气站困难。
CQUST 第三节 天然气计量
二、天然气的计量仪表 当前，我国天然气工业中使用的流量计仍以孔板差压流量计为主，仅采输部门 的统计已占天然气流量仪表的98%以上。 1.孔板差压流量计 （1）差压式流量计结构：由节流装置、导压管和差压计三大部分所组成，如 图所示。 1）节流装置 作用：使管道中流动的流体产生静压力差的一套装置结构：由标准孔板、带有 取压孔的孔板夹持器和上下游测量管所组成。 标准孔板是机械加工获得的一块园形穿孔薄板，其园孔入口边缘是尖锐的，安 装时孔板开孔与测量管应在同一轴线上； 孔板夹持器是用来安置和定位节流装置中孔板的带压管路组件； 测量管是安装在孔板前后，其长度符合计量标准规定横截面积相等、形状相同、 轴线重合的直管。 导压管作用：联结节流装置与差压计的管线，是传输差压信息的通道。
CQUST 第三节
（2）作用原理
当它流经节流装置(如孔板)时， 流速将在节流装置处形成局部 收缩，将使部分压能转为动能， 其结果使流速增加，静压降低， 在节流装置前后产生压差。对 于一定型式、一定尺寸的节流 装置，所发生的压差与气体流 量有关，流量愈大，压差也愈 大；流量减小，压差也减小。 因此，通过测量压差的大小， 就可间接地计算气体流量，这 种方法就称差压法测气体流量。
本章重点：仅对采气站场工艺流程、节流调压、气井井场的主要设备 的工艺原理及选择计算以及天然气水合物及其预防等进行介绍。
CQUST 第一节 采气井场流程与设备简介
采气井场流程： 把从气井 采出的、含有各种杂质的 高压天然气，变成适合矿 场输送的合格天然气的各 种井场设备的组合。 矿藏集输气流程：指收集 气田上各气井或集气站的 天然气，集中输送到输气 干线或净化厂的管网，它 包含采气干线和集气支线。
法兰取压：指测量管法兰上带有符合规定的取压器件，上游取压孔轴线距孔板上端面 25.4mm，下游取压孔轴线距孔板下端面也是25.4mm。
标准孔板所产生的压差，通过导压管将压差讯号传送给差压计，并由差压计显示出来。差 压计的类型也很多，目前气田上用的是双波纹管差压计，占所有差压计的95%以上。
角接取压单独钻孔取压
CQUST 第三节
（2）结构： 固定涡轮的中心轴支撑在两个轴承上，并安装在专用支架上。在涡轮的上游和 下游处装有若干片幅射形整流板，用以对气流进行整流并防止涡流的出现，以提高 其线性。为提高流量计的可靠性和使用寿命，在传动系统中，装有油路润滑装置。
天然气计量
CQUST 第三节 天然气计量
三、压差式流量计气量计算 对流量确定的三种方式： （1）将压差和上游静压通过导压管引入到双波纹管记录仪进行记录，通过现场 测量气体温度后，进行人工计算； （2）用差压变送器、压力变送器代替双波纹管记录仪，用温度变送器测温并将 信号变成数值信号输入计算机进行自动计量； 式中：Qsc——标准条件下气体的体积流量，m3/h； （3）由差压变送器、压力变送器、温度变送器以及运算器和比例积算器等组合 An——单位计量系数，流量用标准条件表示时，An =0.0003619；若为 仪表进行流量计量。 “h”Ah＝0.011446，Ad＝0.27470 不管那种方法，流量计算基本公式一样。
αi >0，节流后温度降低；
αi=0，节流后温度不变；
V T V T p
αi<0，节流后温度升高。
CQUST 第二节 节流调压
E——内能，kJ/kg； pV——移动功，J/kg； （9-3）
（3）天然气节流后温度变化： 在热力学上，从麦克斯韦关系式导出的焓 的普遍式并整理可得出：
CQUST 第三节
概述： 1、天然气流量——单位时间内流过管路横截面积的天然气数量。常用体积流 量表示，计量单位是m3/d 或104m3/d。计量的标准状态：温度=293.15K，压力 =0.101MPa。 2、测量气体流量的方法： 1）容积式流量计—使气体充满一定容积的空间来测量流量。如罗茨、湿式和 皮囊式流量计等 2）速度式流量计—利用气体流过某一断面时，气体体积流量与气体流速的相 关关系测量气体流量。如孔板差压流量计、临界速度流量计等。 3）质量式流量计 为一种处于发展中的仪表，它不受温度、压力、气体偏差系数影响，具有直读 瞬时和累计的特点，如涡轮流量计，靶式流量计等。