Сколько секций в гравитационных нефтегазовых сепараторах и каково их назначение?

Вертикальные сепараторы применяются в основном при обустройстве нефтяных месторождений с малодебитными скважинами, при содержании в продукции скважин значительных количеств парафина и песка, а также используются на морских месторождениях.

Горизонтальные сепараторы обладают большей пропускной способностью по сравнению с вертикальными при одинаковых геометрических размерах, что обеспечивает лучшее качество сепарации, их также легче обслуживать, поэтому они получили большее распространение, чем вертикальные.

Одноемкостные горизонтальные сепараторы используются на всех ступенях сепарации, включая горячую и вакуумную сепарацию.

Двухъемкостные горизонтальные сепараторы применяют в основном для оснащения блочных автоматизированных установок типа «Спутник».

Общим в конструкции сепараторов любого типа является наличие в них четырех секций (рис. 11.1):

I- Основная сепарационная секция, которая 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, конструкция устройства ввода продукции в сепаратор - радиальное или тангенциальное, а также использование различных насадок - проволочной сетки, диспергаторов.

Рис. 11.1. Общий вид вертикального сепаратора 1- ввод продукции скважин; 2- раздаточный коллектор; 3- регулятор уровня «до себя»; 4 – каплеуловительная насадка; 5- предохранительный клапан; 6- наклонные плоскости; 7 – датчик регулятора уровня поплавкового типа; 8- исполнительный механизм; 9-дренажный патрубок; 10- перегородка; 11- водомерное стекло; 12- отключающий краник; 13 – дренажная трубка.

II - Осадительная секция, в которой происходит дополнительное выделение пузырьков газа, увлеченных нефтью из сепарационной секции. Для более интенсивного выделения окклюдированных пузырьков газа из нефти, ее направляют тонким слоем по наклонным плоскостям, увеличивая тем самым длину пути движения нефти. Плоскости выполняют с небольшим порогом, способствующим выделению газа из нефти.

III - Секция сбора нефти находится в самом низу сепаратора, служит для сбора нефти и дальнейшего вывода ее из сепаратора.

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

Сепаратор, представленный на рис. 11.1. работает следующим образом. Нефтегазовая смесь под давлением поступает через патрубок 1 к раздаточному коллектору 2, имеющему по всей длине щель для выхода смеси, откуда нефтегазовая смесь попадает на наклонные плоскости 6, увеличивающие путь движения нефти и способствующие тем самым выделению окклюдированных пузырьков газа. В верхней части сепаратора установлена каплеуловительная насадка 4, (в данном случае насадка жалюзийного типа) в которой отбиваются капельки жидкости и стекают в поддон, затем по дренажной трубе 13 направляются в нижнюю часть сепаратора.

Каплеуловительная насадка 4 может быть различной конструкции, работа ее основывается на следующих принципах:

* столкновение потока газа с различными перегородками;

* изменение направления и скорости потока;

* использование центробежной силы;

* использование коалесцирующей набивки (сетки).

Перегородки 10 в сепараторе служат для успокоения уровня при пульсирующей подаче продукции скважин, а датчик регулятора уровня поплавкового типа с исполнительным механизмом 8 - для циклического вывода жидкости из сепаратора. Через дренажный патрубок 9 сбрасывается скопившаяся в нижней части сепаратора грязь.

В верхней части сепаратора устанавливается предохранительный клапан 5, рассчитанный на сбрасывание газа при достижении в сепараторе давления выше нормы, предусмотренной технологическим процессом. На газовом патрубке сепаратора находится также регулятор давления « до себя» 3, поддерживающий необходимое давление в корпусе сепаратора.

В нижней части сепаратора устанавливается водомерное стекло 11 с отключающимися краниками 12, предназначенное для измерения количества подаваемой жидкости.

Степень технического совершенства сепаратора характеризуется следующими параметрами:

· минимальным диаметром капель жидкости, задерживаемых в сепараторе;

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

· временем пребывания жидкости в сепараторе, за которое происходит максимальное отделение свободного газа от жидкости.

Допустимое значение уноса капельной жидкости К_ж не должно превышать 50 см³ на 1000 м³ газа при величине удельного уноса свободного газа К_г потоком жидкости не более 20 000 см³ на 1 м³ жидкости. На величину К_г влияют плотность и вязкость нефти, а также ее вспенивание. Время пребывания в сепараторе для невспенивающихся маловязких (до 5×10^-3 Па×с) нефтей принимают в пределах 2-3 минут, а для вспенивающихся и вязких ( более 1,5 × 10^-2 Па ×с) нефтей - от 5 до 20 минут.

Эффективность работы сепараторов, устанавливаемых на площадях газовых и газоконденсатных месторождений, оценивается обычно только количеством капельной взвеси, уносимой газом за пределы сепаратора, количеством пузырьков газа, уносимых с потоком жидкости из секции сбора нефти., поэтому требования, предъявляемые к нефтяным и газовым сепараторам, являются разными.

При выборе числа ступеней сепарации должна учитываться система сбора нефти и газа на площадях нефтяных месторождений. При многоступенчатой системе сепарации, применяемой, как правило, при высоких устьевых давлениях (4 - 8 МПа) в результате незначительного понижения давления и температуры на каждой ступени происходит постепенное выделение газовой фазы (вначале легких фракций - метана, этана; затем частичное выделение тяжелых углеводородов - пропана, бутана, пентана ) и в нефти остается большое число не выделившихся тяжелых углеводородов. В случае применения двух - трехступенчатой сепарации (при том же устьевом давлении) в сепараторах происходит резкое снижение давления и интенсивное выделение газа, при этом в газовую фазу переходит большое количество тяжелых углеводородов. Поэтому многоступенчатая сепарация является более эффективной по сравнению с трехступенчатой, однако при использовании многоступенчатой сепарации в негерметизированных системах сбора нефти, все тяжелые углеводороды постепенно испаряются из нефти и эффект сепарации сведется к нулю. Поэтому как многоступенчатая, так и трехступенчатая сепарация должны применяться только в герметизированных системах сбора и транспорта нефти.

При двухступенчатой сепарации в газовую фазу переходит большое количество тяжелых углеводородов, представляющих собой ценное сырье, поэтому целесообразно направлять их на газоперерабатывающую установку для получения из них сжиженного газа (пропан - бутана) и газового бензина.

Из вышеизложенного следует, что при сборе и транспортировке нефти на площадях месторождений можно применять как многоступенчатую, так и двухступенчатую сепарацию. Однако с точки зрения экономии металла, удобства обслуживания и наличия газоперерабатывающего завода целесообразно применять трехступенчатую сепарацию. Газ, выделившийся на первой ступени, под собственным давлением направляется на местные нужды: в котельные, для отопления жилых и производственных зданий и т.д. Газ, получаемый на второй и третьей ступенях сепарации, будет жирным, т.е. содержащим большое количество тяжелых компонентов, поэтому после сжатия в компрессорах компрессорных станций направляется на газоперерабатывающий завод (ГПЗ).

Рекомендуемые давления для трехступенчатой сепарации: на первой ступени - 0,6 МПа, на второй - 0,15 - 0,25 МПа, на третьей - 0,02 МПа, а иногда и вакуум. Третья ступень сепаратора - концевая является исключительно важной, поскольку после нее нефть поступает в парк товарных резервуаров, где, согласно нормативов, она должна находиться с упругостью паров 0,06 МПа, чего практически можно достигнуть только при горячей концевой ступени сепарации или созданием вакуума на третьей ступени.