Эффективность процесса сепарации нефти от газа

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ПРОДУКЦИИ СКВАЖИН

Таблица XI. 2

Основные технические данные Спутника-Б40 следующие.

Число подключаемых скважин... 14

Рабочее давление, МПа...... 4

Пределы измерения по жидкости, м³/сут................ 5—500

Газовый фактор, М³/т …………………… 20 – 200

Погрешность измерения, %:

дебита скважины........ ±2,5

количества воды........ ±4,0

количества газа...... ±8

Габаритные размеры, мм:

замерно-переключающего блока …3100 Х 8100 Х 3000

БМА……………………………..2500 X 3100 Х 2500

Масса, кг:

замерно-переключающего блока ………..10 000

БМА..... ………………………….2000

Октябрьским филиалом ВНИИКАНефтегаз разработан также Спутник-Б40-24-400, отличающийся от Спутника-Б40 лишь числом подключаемых к нему скважин (24).

Предварительное разделение продукции скважин может включать следующие процессы:

1. Сепарация нефти от газа;

2. Сброс пластовой воды (предварительное обезвоживание).

СЕПАРАЦИЯ НЕФТИ ОТ ГАЗА

Сепарация газа от нефти начинается как только давление снизится до давления насыщения. Это может произойти в пласте, в стволе скважины или в трубопроводах. Выделение газа из нефти будет увеличиваться с уменьшением давления. Выделившийся газ стремится в сторону пониженного давления: в пласте - к забою скважины, в скважине - к ее устью и далее в нефтегазовый сепаратор.

Разгазирование нефти при определенных регулируемых давлениях и температурах называется сепарацией.

Регулируемые давление и температура позволяют создать условия для более полного отделения газа от нефти.

Сепарацию нефти осуществляют, как правило, в несколько ступеней.

Ступенью сепарации называется отделение газа от нефти при определенных давлении и температуре. Нефтегазовую (нефтеводогазовую) смесь из скважин сепарируют сначала при высоком давлении на первой ступени сепарации, где выделяется основная масса газа. Затем нефть поступает на сепарацию при среднем и низком давлениях, где она окончательно разгазируется.

Иногда для получения нефти необходимого качества на одной из ступеней сепарации нефть разгазируется под вакуумом; в этом случае сепарация называется вакуумной. Если при разгазировании нефть подогревается, сепарация называется горячей.

Число ступеней сепарации зависит от физико-химической характеристики пластовой нефти, требований, предъявляемых к товарной нефти, и в каждом конкретном случае определяется расчетом исходя из условия достижения наилучших технико-экономических показателей.

Схема предварительного разгазирования нефти: нефтегазовая смесь I поступает в нефтегазовый сепаратор. Нефть II после отделения от газа поступает в буферные емкости и далее откачивается в нефтесборный коллектор. Газ из нефтегазового сепаратора поступает в газовый сепаратор. После отделения капельной жидкости, газ под собственным давлением по газосборным коллекторам и газопроводу транспортируется на ГПЗ.

Назначение, классификация и конструкции сепараторов

Отделение нефти от газа и воды в различных сепараторах производится с целью:

1,получения нефтяного газа, который используется как химическое сырье или как топливо;

2. уменьшения перемешивания нефтегазового потока и снижения за счет этого гидравлических сопротивлений;

3. уменьшения пенообразования (оно усиливается выделяющимися пузырьками газа);

4. уменьшения пульсаций давления в трубопроводах при дальнейшем транспорте нефти от сепараторов первой ступени до установки подготовки нефти (УПН). Движение газонефтяной смеси по промысловому трубопроводу сопровождается пульсациями давления, например, если поток имеет пробковую структуру, то происходит попеременное прохождение пробок нефти и пробок газа. Возникающие циклические нагрузки на трубопровод приводят к возникновению трещин и разрушению трубопровода.

Сепараторы условно можно подразделить на следующие категории:

1. по назначению: замерные и сепарирующие;

2. по геометрической форме: цилиндрические, сферические;

3. по положению в пространстве: вертикальные, горизонтальные и наклонные;

4. по характеру основных действующих сил: гравитационные, инерционные, центробежные, ультразвуковые и т.д.

5. по технологическому назначению нефтегазовые сепараторы делятся на:

- двухфазные - применяются для разделения продукции скважин на жидкую и газовую фазу;

- трехфазные - служат для разделения потока на нефть, газ и воду;

- сепараторы первой ступени сепарации – рассчитаны на максимальное содержание газа в потоке и давление I ступени сепарации;

- концевые сепараторы - применяются для окончательного отделения нефти от газа при минимальном давлении перед подачей товарной продукции в резервуары;

- сепараторы-делители потока – используются, когда необходимо разделить выходящую из них продукцию на потоки одинаковой массы;

- сепараторы с предварительным отбором газа: раздельный ввод жидкости и газа в аппарат увеличивает пропускную способность данных аппаратов по жидкости и газу;

6. по рабочему давлению:

высокого давления 6 МПа;

среднего давления 2,5 – 4 МПа;

низкого давления до 0,6 МПа;

вакуумные (давление ниже атмосферного).

1.8.2. Принципиальное устройство сепараторов

Нефтегазовая смесь под давлением через патрубок поступает к раздаточному коллектору, имеющему по всей длине щель для выхода смеси (рис

1). Из щели нефтегазовая смесь попадает на наклонные плоскости, увеличивающие путь движения нефти и облегчающие выделение окклюдированных пузырьков газа. В верхней части сепаратора установлена каплеуловительная насадка жалюзийного типа. Капли нефти, отбиваемые в жалюзийной насадке, стекают в поддон и по дренажной трубе направляются в нижнюю часть сепаратора. За насадкой по ходу потока газа установлена перегородка с большим числом отверстий, выполненных по принципу пропуска равных расходов, выравнивающая скорость движения газа.

В сепараторе любого типа различают четыре секции. Рассмотрим их на примере вертикального гравитационного сепаратора (рис.20).

I - основная сепарационная секция, служащая для отделения нефти от газа; на работу этой секции большое влияние оказывает конструкция ввода продукции скважин (тангенциальный, радиальный, использование насадок-диспергаторов, диспергирующих газожидкостный поток и создающих высокую поверхность раздела фаз, увеличивая дисперсность системы. В результате этого происходит интенсивное выделение газа из нефти).

II - осадительная секция, в которой происходит дополнительное выделение пузырьков газа, увлеченных нефтью из I секции

Для более интенсивного выделения окклюдированных пузырьков газа, нефть направляют тонким слоем по наклонным плоскостям, увеличивая тем самым длину пути движения нефти и эффективность ее сепарации. Наклонные плоскости могут быть изготовлены с небольшим порогом, способствующим выделению газа из нефти (это происходит благодаря разрушению газо-жидкостных структур за счет волнового движения).

III - секция сбора нефти, занимающая самое нижнее положение в сепараторе и предназначенная для сбора и вывода нефти из сепаратора; нефть может находиться здесь или в однофазном состоянии или в смеси с газом - в зависимости от эффективности работы I и II секций.

Слой пены оказывает значительное сопротивление выделению газа из всплывающих пузырьков.

Поэтому продолжительность пребывания нефти в сепараторе при наличии слоя пены в сепараторе может быть увеличена в несколько раз. При достижении определенной высоты пена может подхватываться потоком газа и уноситься из сепаратора. Замечено, что тяжелые нефти более склонны к пенообразованию, чем легкие.

IV- каплеуловительная секция расположена в верхней части сепаратора и служит для улавливания мельчайших капелек жидкости, уносимых потоком газа

Каплеуловительная секция конструктивно может быть различной и работа ее может основываться на одном или нескольких принципах, например:

- столкновение потока газа с различного рода препятствиями: прилипание капель жидкости, силы адгезии;

- изменение направления потока: силы инерции;

- изменение скорости потока;

- использование центробежной силы;

- использование коалесцирующей набивки (металлические сетки) для слияния мелких капель жидкости в более крупные.

Итак:

Перемещаясь в сторону пониженного давления, газ в виде пузырьков, расширяющихся и соединяющихся в более крупные, увлекает нефть и, в то же время, опережает ее. Процесс этот продолжается до входа в сепаратор. Перед входом в сепаратор продукция скважины всегда состоит из двух фаз - жидкой и газовой. Соотношение между объемами фаз зависит от состава нефти в пластовых условиях, давления насыщения и давления в сепараторе.

Если, например, в скважину поступает из пласта нефть, то к нефтегазовому сепаратору подойдут газ, выделившийся из нефти вследствие снижения давления от давления насыщения до давления, установленного в сепараторе, и оставшаяся нефть с окклюдированным газом, те. пузырьками газа, захваченными нефтью или не успевшими из нее выделиться.

Основной процесс в нефтегазовом сепараторе - отделение свободного газа и выделение из нефти окклюдированного газа.

Кроме сепарации газа в сепараторе происходят и другие процессы: очистка газа от частиц жидкости и подъем пузырьков газа окклюдированных в слое нефти, находящейся в секции сбора жидкости.

Из всех типов сепараторов (гравитационные, инерционные (жалюзийные), центробежные и ультразвуковые) сравнительно легко поддаются расчету только гравитационные, жалюзийные и гидроциклонные.

Эффективность работы сепараторов влияет на стабильный режим работы всей газосборной системы: капли нефти и воды, унесенные газом из сепаратора, могут выпасть в газопроводе, образуя жидкостные пробки, привести к образованию гидратных пробок и просто уменьшить сечение газопровода, снизив тем самым его пропускную способность.

Эффективность работы сепаратора оценивается двумя показателями:

1) количеством капельной жидкости, уносимой потоком газа из каплеуловительной секции;

2) количеством газа, уносимого потоком нефти (жидкости) из секции сбора нефти.

Эффективность процесса сепарации зависит от:

1) средней скорости газа в свободном сечении сепаратора. Значения для различных конструкций сепараторов могут изменяться от 0,1 до 0,55 м/с. Степень очистки газа от жидкости в зависимости от скорости газа

2) времени задержки жидкости в сепараторе, чем больше время пребывания жидкости в сепараторе, тем большее количество захваченных нефтью пузырьков газа успеют выделиться из нее в сепараторе, тем самым уменьшив.

3) физико-химических свойств нефти и газа: вязкости, поверхностного натяжения, способности к пенообразованию.

Для невспенивающейся нефти время задержки изменяется от 1 до 5 мин. Для вспенивающейся – от 5 до 20 мин. Выбор конкретного различных условий сепарации производится только по результатам исследования уноса жидкости и газа.

Нефть тем легче подвергается процессу разгазирования, чем меньшим поверхностным натяжением она обладает на границе с газом (паром).

4) Конструктивных особенностей сепаратора: способ ввода продукции скважин, наличие полок, каплеуловительных насадок и др.

5) Уровня жидкости в сепараторе. Слой жидкости внизу сепаратора является гидрозатвором, чтобы газ не попал в нефтесборный коллектор.

6) Расходов нефтегазовой смеси: при большом расходе увеличивается коэффициент уноса газа, т.к. весь газ не успевает выделиться.При высоком газовом факторе увеличение коэффициента уноса возможно и при небольшом расходе.

7) Давления и температуры в сепараторе.

На количество газа, уносимого нефтью из сепаратора, при одной и той же дисперсности газо-жидкостной системы влияет давление сепарации. Вес газового пузырька в слое нефти в сепараторе зависит от его диаметра и от установленного в нем давления.