Сепарация нефти и сепарация природного газа.

Нефтяные сепараторы предназначены для получения нефтяного газа, выделившегося из нефти при ее движении по стволу скважины, трубопроводам-шлейфам и сборному коллектору.

В результате сепарации снижается перемешивание нефтегазового потока и снижаются гидравлические сопротивления за счет транспорта газонасыщенной нефти.

Классификация нефтяных сепараторов.

1. по назначению (замерносепарирующие и сепарирующие);

2. по геометрической форме и положению в пространстве (цилиндрические, сферические, горизонтальные, вертикальные, наклонные);

3. по числу ступеней сепарации (одно-, двух-, трехступенчатые);

4. по разделению фаз (двухфазные – нефть и газ, трехфазные – нефть, газ и вода);

5. по рабочему давлению (высокого – 6,4 МПа, среднего – 2,5 МПа, низкого – 0,6 МПа);

6. по характеру проявления основных сил (гравитационные, инерционные, центробежные).

В нефтяных сепараторах любого типа основные элементы расположены в четырех секциях:

1. сепарационной (для разделения нефти и газа за счет центробежных и гравитационных сил);

2. осадительной (дополнительное выделение пузырьков газа из тонкого слоя нефти протекающего по наклонной плоскости);

3. каплеотделительной (для улавливания капель жидкости уносимых потоком газа);

4. секция сбора нефти.

Принцип действия. При входе нефти в сепаратор происходит снижение ее давления, в результате начинается интенсивное отделение нефтяных газов. Для более полного разгазирования нефть плавно стекает по наклонным плоскостям в секцию сбора. При достижении определенного уровня срабатывает исполнительный механизм, и нефть поступает в трубопровод.

Выделившийся нефтяной газ уносит в потоке капли нефти. Для их отделения используется каплеуловительная секция в виде жалюзийных насадок.

Эффективность работы сепаратора оценивается по количеству отбираемой нефти и убывании уровня нефти в сепараторе за счет ее разгазирования.

При одноступенчатой сепарации происходит контактное разгазирование, т.е. резкое снижение давления, нефть как бы кипит, выделяется большое количество легких углеводородов, которые уносят с собой капли нефти.

Целесообразнее применят многоступенчатую сепарацию, т.е. дифференциальную (максимум 6 – 8 ступеней). При такой сепарации происходит плавное понижение давления, что влечет за собой также плавное выделение сначала легких, потом средних и тяжелых углеводородов. При этом практически все ступени работают в одинаковых условиях м выход нефти при многоступенчатой сепарации на 4% выше, чем при контактном разгазировании.

Нефтяные сепараторы рассчитывают на пропускную способность, учитывая гравитационные силы.

На работу сепаратора влияют:

1) физико-химические свойства нефти;

2) производительность сепаратора;

3) давление и температура в сепараторе;

4) обводненность нефти.

Газовые сепараторы являются аппаратами для основного технологического способа подготовки газа к транспорту и для отделения механических примесей и конденсата.

В зависимости от технологического процесса место установки сепаратора может быть следующее:

1. после регулируемых штуцеров на выходе из скважины – сепараторы первой ступени или грубой очистки;

2. на пунктах подготовки газа – сепараторы второй ступени или тонкой очистки.

Классификация газовых сепараторов.

1. по принципу действия (гравитационные, инерционные),

2. по форме корпуса и расположению в пространстве (цилиндрические – горизонтальные и вертикальные, сферические),

3. в зависимости от технологического процесса (на сепараторы глубокой и тонкой очистки);

4. по расположению сборника жидкости (встроенный, выносной).

Комплекс сепарационной техники сведен в параметрический ряд, базой которого является параметры работы установок подготовки газа.

Для выбора и оптимизации технологических процессов, схем и отдельных аппаратов возможны два подхода:

1. варианты схем выбираются по экономическим критериям;

2. выбор оборудования осуществляется по показателям эффективности его работы и минимума энергозатрат.

В настоящее время используют однокритериальную оптимизацию сложной технологической схемы и многокритериальный выбор отдельных аппаратов.

Конструктивно газовые сепараторы можно разделить на двухемкостные горизонтальные и вертикальные с насадками различных типов (жалюзийные, уголковые, желобчатые, лопастные). Насадки предназначены для отделения жидкости и механических примесей и расположены в верхней трети части сепаратора.

Различия газовых и нефтяных сепараторов.

Сепараторы газовых и газоконденсатных месторождений рассчитаны на производительность 10000¸2000000 м³/сут. и на небольшое количество маловязкого конденсата Q=0,2¸800 см ³/м³. Для нефтяных месторождений сепараторы рассчитываются на производительность 1000¸1500 м³/сут. с газовым фактором 1¸200 м³/м³, поэтому сепараторы предназначенные для природного газа рассчитаны только на прохождение газовой фазы, скорость которой должна быть достаточной для выделения капельной влаги и механических примесей, а сепараторы по нефти рассчитываются как по количеству капельной нефти, уносимой потоком газа, так и по количеству пузырьков газа, уносимых потоком нефти.

Основными силами, действующими в газовых сепараторах, являются центробежная, инерционная, сила тяжести, адгезия, в нефтяных – гравитация, которая за счет конструктивных особенностей аппарата может прибавлять силы инерции и пленочные процессы.

Сепарация природного газа происходит достаточно спокойно и плавно, а сепарация нести сопровождается пульсациями различной частоты и амплитуды, т.к. природный газ это маловязкая среда, а нефть – практически несжимаемая вязкая жидкость.

Работа газовых сепараторов характеризуется коэффициентом, определяющим отношение массы капельной жидкости, выносимой потоком газа из сепаратора к массе капельной жидкости, находящейся в газовой фазе до каплеуловительной секции аппарата. Коэффициент сепарации для аппаратов, работающих в номинальном режиме h_с = 0,75-0,98 в зависимости от конструктивных особенностей аппарата. В нефтяных сепараторах кроме коэффициента, характеризующего аналогичный процесс, обязательно учитывается коэффициент сепарации нефти от пузырьков газа.

 

 

68. Оборудование установок подготовки нефти.

Показатели качества нефтей, транспортируемых по магистральным нефтепроводам, регламентированы ГОСТ Р 51858-2002 «Нефть. Общие технические требования».Показатели качества (зависят от класса нефти): содержание воды (% от массы); концентрация хлористых солей (мг/л); количество механических примесей (по массе, %); содержание серы (%); плотность при 20°С (кг/м³); давление насыщенных паров при температуре нефти в пункте сдачи.

Как правило, подготовка нефти осуществляется термохимическим способом, т.е. включает сепарацию, отстой, деэмульсацию. Основная задача подготовки нефти это разделение эмульсии, которое осуществляется в отстойниках за счет изменения направления движения, в каплеуловителе за счет химического воздействия ПАВ.

Оборудование установок подготовки нефти. Оно состоит из сепараторов, отстойников, теплообменников, нагревателей или печей, электродигидраторов, запорной и регулирующей арматуры, насосов, емкостей, предназначенных для смешения различных жидкостей и реагентов и некоторых приспособлений и устройств, повышающих эффективность работы установок подготовки. В установке подготовки нефти основным оборудованием являются:

1. Сепараторы.

Сепараторы предназначены для разгазирования нефти. В большинстве нефтяных сепараторах основные элементы, обеспечивающие сепарацию, делятся на четыре группы, каждая из которых образует секцию. Название секции отражает технологический процесс, реализуемый элементами:

1. основная сепарационная секция – обеспечивает грубое отделение нефти и газа, в основном за счет использования центробежный и гравитационных сил. Интенсивность процессов в этой секции определяется конструкцией ввода нефти в сепаратор;

2. осадительная секция – происходит дополнительное выделение пузырьков газа, увлеченных нефтью из сепарационных секций, для этого поток нефти направляется тонким слоем по наклонной секции. Эффективность работы секции определяется протяженностью плоскости и составом продукции;

3. секция сбора нефти – для плавного и равномерного отбора нефти из сепараторов устанавливаются перегородки, которые называются успокоителями уровня и отбор осуществляется при срабатывании исполнительного механизма по команде датчика уровня;

4. каплеуловительная секция – является аккумулятором мельчайших капелек жидкости, уносимых потоком газа. Поскольку работа нефтегазовых сепараторов осуществляется с пульсирующим потоком несжимаемой жидкости, то необходимы меры по снижению пульсаций потока и обеспечению плавного разгазирования нефти. Для обводненных нефтей, образующих устойчивые эмульсии, эффективно использование трехфазного сепаратора.

2. Отстойники.

Основная разновидность приемов обезвоживания нефтяных эмульсий – гравитационный отстой. Это процесс реализуется в отстойниках, в которых разделение происходит за счет разности плотности жидкостей, следовательно скорости их осаждения. Отстойники используются для разделения уже частично или полностью разрушенных эмульсий. Устанавливаются на УПН либо для предварительного сброса воды, либо после деэмульсаторов печей для окончательного обезвоживания нефти. Используются отстойники непрерывного отстоя горизонтальные или вертикальные. Для окончательного отстоя отличительной особенностью аппаратов является ввод эмульсий через перфорированный патрубок и отбор нефти через перфорированный сборник. Отстойники могут быть соединены последовательно или параллельно. Параллельное соединение приводит к неравномерной загрузке их нефтью и водой. В результате чего нарушается технологический режим их работы. При последовательном соединении будет происходить более тщательное отделение воды от нефти, поскольку длительность отстоя увеличивается, но тем самым и удорожается процесс подготовки.

3. Теплообменники.

Температура подогрева эмульсий является одним из важнейших факторов обеспечивающих эффективность обезвоживания и обессоливания нефтей. Наиболее оптимальными температурами подогрева являются 50-60 ˚С, поскольку при более высоких температурах происходит интенсивное разгазирование нефти и для сохранения ценных углеводородов необходимо высокое давление, что требует дополнительного оборудования повышенной прочности и ведет к значительному удорожанию продукции. Для подогрева используют печи трубчатые, в блочном исполнении типа ПТБ-10.

4. Электродегидраторы.

Предназначены для промысловой электрообработки, т.е. для разделения неустойчивых эмульсий образовавшихся в следствии подачи пресной воды в поток практически готовой нефти, для растворения кристаллов минеральных солей используются электродегидраторы. Они эффективны для обессоливания средних, тяжелых и вязких нефтей. Плотность нефти больше либо равна 820 кг/м³. Если безводную нефть поместить между двумя плоскими параллельными электродами, находящимися по высоким напряжением, то возникает однородное электрическое поле, силовые линии которого расположены параллельно друг – другу. Если в это поле поместить эмульсию, т.е. обводненную нефть, то однородность поля нарушается и в результате индукции капли воды располагаются вдоль электрического поля, а электрические заряды располагаются в вершинах этих капель. Капли приходят в упорядоченное движение и укрупняются. В поле переменного тока происходит непрерывное движение капель воды. В результате разрушаются оболочки этих капель, происходит их укрупнение и отделение от нефти. Основные факторы, влияющие на разрушение капель – напряженность, частота электрического поля. Электродегидраторы работают при напряжении 10 – 45 кВ и на токах промышленной частоты 50 Гц.

Электродигираторы устанавливается в конце технологической цепочки подготовки нефти, но в некоторых установках разрушение эмульсий при помощи электрического поля не используется, т.к. приводит к снижению качества некоторых нефтей.