Сепарация нефти и сепарация природного газа

Необходимо газы и легкие фракции нефти отбирать в условиях нефте­промысла и направить их для дальнейшей переработки. Ликвидировать потери легких фракций нефти можно в основном примене­нием рациональных систем сбора нефти и попутного нефтяного газа, а также сооружением установок по стабилизации нефти для ее последующего хранения и транспорта. Под стабилизацией нефти следует понимать извлечение легких углеводородов, которые при нормальных условиях являются газообразными, для дальнейшего их использования в нефтехимической, промышленности.

Степень стабилизации нефти, т. е. степень извлечения легких углеводоро­дов, для каждого конкретного месторождения должна осуществляться с уче­том: количества добываемой нефти; количества в ней легких углеводородов; возможности реализации продуктов стабилизации; технологии сбора нефти и газа на промысле; увеличения затрат на перекачку нефти за счет повышения вязкости после стабилизации из-за глубокого извлечения легких углеводоро­дов; влияния стабилизации на бензиновый фактор нефти.

В зависимости от принятой глубины стабилизации данный процесс может осуществляться двумя различными способами:

1) сепарация — извлечение попутного нефтяного газа одно- или много­кратным испарением путем снижения давления (часто сепарация ведется с пред­варительным подо гревом нефти);

2) ректификация — отбор из нефти легких фракций при одно-или много­кратном нагреве и конденсации с четким разделением углеводородов до задан­ной глубины стабилизации.

Процесс сепарации начинается сразу же при движении нефти, когда из нее. отбираются газы, выделяющиеся в результате снижения давления. При попадании нефти в трапносепарационные установки происходит отделе­ние газа. Отделенный свободный газ можно подавать на компрессорную стан­цию или на газобепзиновый завод. При резком снижении давления в сепара­торе значительно увеличивается количество тяжелых углеводородов, уносимых свободным газом. При быстром прохождении нефти через сепаратор возрастает количество легких углеводородов в нефти.

При ступенчатой сепарации можно добиться выделения только легких фракций и сокращения уноса нефтью легких углеводородов путем правиль­ного подбора давления на ступенях.

Многоступенчатая система сепарации позволяет получить на первых ступенях метан, который направляется на собственные нужды или потребите­лям, а на последующих ступенях — жирный газ, содержащий более тяжелые углеводороды. Жирный газ отправляется на газобензиновые заводы для после­дующей переработки.

При наличии газобензинового завода (с учетом затрат на содержание и эксплуатацию установок многоступенчатой сепарации) экономически целе­сообразно применять двухступенчатую систему сепарации. При этом на первой ступени давление снижается незначительно, что позволяет отобрать в основ­ном метан, направляемый потребителям, а на второй ступени — жирные газы, идущие на газобеизиновые заводы.

В настоящее время для стабилизации нефти на промыслах используют в основном метод сепарации. Применяют сепараторы различных конструкций, из которых наибольшее распространение получили гравитационные, жалю-зийные и центробежные (гидроциклонные).

В гравитационных сепараторах осаждение капельной и твердой взвесей из газового потока происходит под действием силы тяжести. Высокая сте­пень разделения газа и жидкости достигается при очень малых скоростях газа. Установленная практикой оптимальная скорость газа, при которой степень отделения нефтяной взвеси составляет 75 — 85%, равна 0,1 м/с при давлении 6 МПа-, причем оптимальная скорость обратно пропорциональна квадратному корню давления в сепараторе.

Жалюзийные сепараторы позволяют достичь более высокой степени очистки газа от взвешенной нефти, чем гравитационные. Установленная на выходе такого сепаратора жалюзийная насадка отбивает значительную часть капелек нефти, не осевших под действием гравитационной силы.

В гидроциклонных сепараторах отделение газа от нефти происходит за счет отбрасывания центробежной силой более тяжелых капель нефти к периферии, т. е. к стенкам сепаратора, по которым она стекает вниз.

Расчеты разгазирования нефти в сепараторах при небольших давлениях {0,4—0,9 МПа) с достаточной для практических целей точностью можно производить по известному закону Рауля—Дальтона гласящему, что парциальное давле­ние /-го компонента в паровой фазе (ру_i) равно парциальному давлению того же компонента в жидкой фазе

Разгазирование нефти в лабораторн.условиях.I — контактное разгазирование; 2 — дифферен­циальное раэгазнрование

где р — общее давление смеси; pi — давление насыщенного пара i-го компонента над жидкостью в чистом виде; yi и хi — мольные концентрации i-го углеводорода соответственно в газовой и жид­кой фазах в долях единицы.

Назначение сепараторов. В различных сепараторах нефть от газа и воды отделяют для: 1) получения нефтяного газа, используемого как химическое сырье или как топливо; 2) уменьшения перемеши­вания нефтегазового потока и снижения тем самым гидравлических сопротивлений, а также возможности образования нефтяных эмульсий; 3) разложения образовавшейся пены; 4) отделения воды от нефти при добыче нестойких эмульсий; 5) уменьшения пульса­ции давления при транспортировании нефтегазоводяной смеси по сборным коллекторам, проложенным до ДНС или УПН.

В нефтяных сепараторах любого типа различают четыре секции.

I. Основная сепарационная секция, служащая для отделения нефти от газа. На работу сепарационной секции большое влияние оказывает конструктивное оформление ввода продукции скважин (радиальное, тангенциальное, использование различного рода насадок — диспергаторов, турбулизирующих ввод газожидкост­ной смеси).

II. Осадительная секция, в которой происходит дополнитель­ное выделение пузырьков газа, увеличенных нефтью из сепара­ционной секции. Для более интенсивного выделения окклюдиро­ванных пузырьков газа из нефти последнюю направляют тонким слоем по наклонным плоскостям, увеличивая тем самым длину пути движения нефти и эффективность ее сепарации. Наклонные пло­скости рекомендуется изготовлять с небольшим порогом, способ­ствующим выделению газа из нефти.

III. Секция сбора нефти (внизу сепаратора) предназначена 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, а также от вязкости нефти и времени пребы­вания ее в сепараторе.

IV. Каплеуловитель-ная секция, располо­женная в верхней части сепаратора или вынесенная за пределы его и служащая для улавли­вания мельчайших ка­пелек жидкости, уно­симых потоком газа в газопровод.

Таким образом, ра­бота сепараторов лю­бого типа характери­зуется тремя показате­лями: степенью разгазирования нефти или усадкой ее; степенью очистки газа, поступающего в газопровод, от капелек нефти; степенью очистки нефти, поступающей в нефтепровод, от пу­зырьков газа.

Вертикальный сепа­ратор:

/ — корпус; 2 — раздаточный коллектор; 3 — поплавок; 4 — дренажная труба; 5 — наклон­ные плоскости; 6 — ввод газо­жидкостной смеси; 7 — регуля­тор давления «до себя»; 3 — вы­ход газа; 9 — перегородка для выравнивания скорости газа; 10 — жалюзийньй каплеуловитель; 11 — регулятор уровня; 12 — сброс нефти; 13 — сброс грязи; 14 — люк; 15 — заглушки

При эксплуатации газовых скважин одним из наиболее эффективных способов подготовки газа является сепарация.

Сепараторы природного газа рассчитаны на производительность 10000¸2000000м³/сут. и на небольшое количество маловязкого конденсата Q=0,2¸800 см ³/м³. Для нефтяных м/р сепараторы рассчитываются на производительность 1000¸1500т/сут. с газовым фактором 15¸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. В зависимости от технологического процесса место установки сепаратора может быть следующее: 1. после регулируемых штуцеров на елке скважины – сепараторы 1 ступени; 2. на пунктах подготовки газа – сепараторы 2 ступени.