Конструкция вертикального гравитационного сепаратора

В процессе подъема жидкости из скважин и транспортирова­ния ее до центрального пункта сбора и подготовки нефти, газа и воды постепенно снижается давление в системе сбора, и из нефти выделяется газ. Объем выделившегося газа по мере сни­жения давления в системе увеличивается, и поток в нефтегазо­сборных коллекторах, состоит из двух фаз: газовой и жидкой. Такой поток называется двух­фазным или нефтегазовым потоком.

Жидкая фаза может, в свою очередь, состоять из нефти и пластовой воды, содержание которой в потоке может изме­няться от нуля до значительных величин. Следовательно, в слу­чае содержания воды в продукции скважин мы имеем дело с трехфазным или нефтеводогазовым потоком, который состоит из нефти, газа и воды.

Нефть и выделившийся из нее газ при нормальных условиях не могут храниться или транспортироваться вместе. Поэтому на нефтяных месторождениях совместный сбор нефти и газа и совместное транспортирование их осуществляют только на определенные экономически целесообразные расстояния, а за­тем нефть и выделившийся газ транспортируют раздельно.

Процесс отделения газа от нефти называется сепарацией. Аппарат, в котором происходит отделение газа от жидкой про­дукции скважин, называют нефтегазовым сепарато­ром. Так как в нефтегазовом сепараторе происходит отделение газовой фазы от жидкой, такой сепаратор называют двухфаз­ным. Однако в некоторых случаях в нефтегазовых сепараторах осуществляется к тому же отделение и сброс свободной воды. В этом случае нефтегазовый сепаратор называют нефтеводо- газосепаратором или трехфазным сепаратором.

Вывод отсепарированного газа из нефтегазовых сепараторов и раздельный сбор его осуществляются в различных пунктах системы сбора и центральных пунктах сбора и подготовки неф­ти, газа и воды. Каждый такой пункт вывода отсепарированного газа называется ступенью сепарации газа. Ступеней се­парации может быть несколько, и окончательное отделение неф­ти от газа завершается в концевых сепараторах или в резервуа­рах под атмосферным давлением.

Сепараторы, применяемые на нефтяных месторождениях, ус­ловно подразделяются на следующие категории: 1) по назначе­нию – замерно-сепарирующие и сепарирующие; 2) по геометри­ческой форме и положению в пространстве – цилиндрические, вертикальные, горизонтальные и наклонные; 3) по характеру проявления основных сил – гравитационные, центробежные (гидроциклонные), инерционные и ультразвуковые; 4) по рабочему давлению – высокого (6,4 МПа и более), среднего (2,5 – 6,4 МПа), низкого (0,6 – 2,5МПа) давления и вакуумные; 5) по числу обслуживаемых скважин ­­­­­­– индивидуальные и групповые; 6) по числу ступеней сепарации – первой, второй, третьей ступени и т. д.; 7) по чис­лу разделяемых фаз – двухфазный (нефть+газ), трехфазный (нефть + газ + вода).

Степень технического совершенства сепаратора характеризуется:

1) минимальным диаметром капель жидкости, задерживаемых в сепараторе;

2) максимально допустимой средней скоростью газового потока в свободном сечении сепаратора, а также в каплеуловительной секции;

3) временем пребывания жидкости (нефти или нефти и воды) в сепараторе, за которое происходит максимальное отделение свободного газа от жидкости.

Отделение газа и воды от нефти производится с целью:

• получения нефтяного газа, так как газ - это УВ сырьё, который используется и как химическое сырье, и как топливо;

• уменьшения перемешивания нефтегазового потока, снижения за счёт этого гидравлических сопротивлений;

• уменьшения пенообразования, выделяющиеся пузырьки газа усиливают процесс образования пены;

• уменьшения пульсаций давления в трубопроводах при дальнейшем транспорте нефти от сепараторов первой ступени до установки подготовки нефти (УПН).

Возникновение нагрузки на трубопровод за счет неоднородной структуры газожидкостного потока сопровождаться пульсациями давления и приводят к возникновению трещин и его разрушению.

Вертикальные сепараторы имеют четыре секции (рис. 13).

Основная сепарационная секция I служит для интенсивного выделения газа из нефти. На работу сепарационной секции большое влияние оказывают степень снижения дав­ления, температура в сепараторе, физико-химические свойства нефти, особенно ее вязкость, конструктивное оформление ввода продукции скважин в сепаратор (радиальное, тангенциальное, использование различных насадок – проволочной сетки, диспергаторов, турбулизирующих ввод газонефтяной смеси с предвари­тельным отделением газа от нефти).

Осадительная секция II, в которой происходит до­полнительное выделение пузырьков газа, увлеченных нефтью из сепарационной секции. Для более интенсивного выделения пузырьков газа из нефти ее направляют тонким слоем по на­клонным плоскостям, увеличивая тем самым длину пути дви­жения нефти, т. е. эффективность ее сепарации.

Секция сбора нефти III, занимающая самое нижнее положение в сепараторе и предназначенная как для сбора, так и для вывода нефти из сепаратора. Нефть может находиться здесь или в однофазном состоянии, или в смеси с газом ­– в за­висимости от эффективности работы сепарационной и осади­тельной секций и времени пребывания нефти в сепараторе.

Каплеуловительная секция IV, расположенная в верхней части сепаратора, служит для улавливания мельчай­ших капелек жидкости, уносимых потоком газа.

В составе групповых замерных установок применение вер­тикальных аппаратов обеспечивает большую точность замеров расхода жидкости в широком диапазоне дебитов скважин, вклю­чая малодебитные.

Однако вертикальные сепараторы имеют и существенные недостатки:

1) меньшая пропускная способность по сравнению с горизон­тальными при одном и том же диаметре аппарата;

2) меньшая устойчивость процесса сепарации при поступле­нии пульсирующих потоков;

3) меньшая эффективность сепарации.

Обслуживание вертикальных сепараторов сводится к поддер­жанию в них установленного давления и исправного состояния регулятора уровня, предохранительного клапана, манометра. В случае использования уровнемерных стекол в замерном сепа­раторе, особенно при вязких нефтях и низких температурах, требуется время от времени промывать соляровым маслом за­грязненные стекла, отключая их соответствующими кранами от сепаратора.

Рисунок 13 – Вертикальный сепаратор: I – основная сепарационная секция; II – осадительная секция; III – секция сбора нефти; IV – секция каплеуловительная; 1 – ввод продукции скважин; 2 – разда­точный коллектор; 3 – регулятор уровня «до себя»; 4 – каплеуловительная насад­ка; 5 – предохранительный клапан; 6 – наклонные полки; 7 – датчик регулятора уровня поплавкового типа; 8 – исполни­тельный механизм; 9 – сливной патрубок; 10 – перегородки; 11 – уровнемерное стек­ло; 12 – отключающие вентили; 13 – дре­нажная трубка.