Наиболее простой способ сепарации газа от нефти имеет сепаратор

Сепарация нефти

15 Августа 2020 г.

Этой статьей мы начинаем серию информационных публикаций, посвященных различным этапам добычи, получения и хранения нефти и нефтепродуктов. На эту идею руководство и технических специалистов Саратовского резервуарного завода сподвигли многочисленные звонки и просьбы потенциальных заказчиков, которых часто интересуют вопросы происходящих технических процессов на нефтегазодобывающих предприятиях, а также оборудование нашего производства для обеспечения этих процессов.

Сепарация является первым этапом переработки нефти после ее добычи из скважины. Еще до того, как подготовить добытое сырье к перегонке, его необходимо очистить от «лишних» частиц газа и воды и механических примесей. И только потом можно запустить процесс подготовки к первичной переработке нефтепродуктов.

Состав добываемой нефти

Сырая нефть имеет многокомпонентную структуру из смеси углеводородов, минеральных частиц и воды. В ее состав входит около 1000 веществ, основную часть которых представляют жидкие углеводороды, органические и металлоорганические соединения, углеводородные газы, вода, соли и, конечно же, механические примеси.

Перед транспортом нефтяной эмульсии к нефтеперерабатывающим заводам ее подготавливают, то есть осуществляют первичную дегазацию — освобождение от газа, а также обезвоживание и обессоливание (см. следующие статьи).

Дегазация нефтяной эмульсии

Кроме того, что в добываемой сырой нефти уже содержатся углеводородные газы, в процессе ее добычи происходит образование нефтяного газа. Для уноса газа устанавливаются нефтегазовые сепараторы различных принципов действия и конструкций в зависимости от газонефтяной жидкости, требований к конечному продукту и технических возможностей на нефтеперерабатывающих предприятиях.

Использование сепарационного оборудования перед транспортом нефти способствует защите внутренней поверхности магистральных трубопроводов, а именно, препятствует образованию отложений на стенках, уменьшает образование пены, снижает гидравлическое сопротивление и пульсацию. Все это, в свою очередь, положительно влияет на стабильную работу установок предварительной подготовки нефти.

Унесенный газ в дальнейшем перерабатывается на газоперерабатывающих заводах для его последующего применения в качестве сырья или топлива.

Технология и техника сепарации нефти основывается на многоступенчатом методе, при котором выделение газа происходит следующим образом: на первой ступени выделяются легкие углеводороды (метан и этан), на следующих — более тяжелые фракции. Каждая ступень характеризуется понижением давлением с 0,6 МПа до атмосферного в концевых сепараторах. Количество дегазированной нефти напрямую зависит от количества ступеней: чем их больше, тем увеличивается объем очищенной нефти.

Эффективность нефтегазовых сепараторов

Эффективность эксплуатации сепараторов в каждом конкретном случае, конечно, зависит от многих факторов, например, от фракционного состава исходного сырья, конструкции и задач самого оборудования и т.д. Но выделяют основные показатели, на значения которых следует ориентироваться при выборе нефтегазового сепаратора — это объем капельной взвеси в потоке выделенного газа и объем газа в дегазированной нефти: чем меньше содержится воды в газе и газа в нефти, тем лучше справляется сепаратор со своей задачей. Кроме того, на качественную оценку работы также влияет размер капельной жидкости: чем меньше диаметр, тем больше ее осаждается в корпусе и на стенках, тем чище выделяемый газ.

На некоторых производствах для повышения эффективности сепарации нефти ее нагревают, в результате чего уже на первой ступени уносится большое количество пузырьков газа.

Принцип работы и устройство нефтегазовых сепараторов

Разделение нефти и газа происходит под действием гравитационных, инерционных и центробежных сил. В гравитационных сепараторах более легкие фракции, а именно, газ, поднимаются наверх, а более тяжелые (нефть с растворенными частицами воды) опускаются вниз. В инерционных сепараторах за счет разной плотности жидкости и газа, первая осаждается на стенках и днище корпуса, а газовые частицы выводятся из емкости. Центробежные сепараторы сходны с инерционными тем, что движение газожидкостного потока осуществляется благодаря вихревому эффекту по спирали, за счет чего жидкость, имея большую плотность по сравнению с газом, продолжает движение по инерции, в то время как газовые частицы отделяются и отводятся из емкости.

Вне зависимости от типа в сепараторах выделяются три секции (четыре, если предусмотрен сброс воды), в каждой из которой происходит процесс сепарации при постепенном понижении давления и повышении температуры. Оптимальный температурный режим для сепарации составляет от -10°С до +10°С. Сначала сырая нефть попадает в основную сепарационную секцию, где осуществляется интенсивная сепарация основного (свободного) объема газа под действием гравитационной и центробежной силы.

В осадительной секции отделяются растворенные пузырьки газа, которые не отделились от нефтяной эмульсии в первом отсеке. В остальных двух секциях осуществляются сбор и вывод нефти и улавливание взвешенной влаги в газе (секция сбора нефти и каплеуловитель, соответственно).

Конструктивно сепаратор представляет собой цилиндрический корпус, который внутри разделен перегородками на отсеки. Устанавливаются вертикально или горизонтально на опоры. Вертикальные сепараторы обычно применяются при малых объемах поступающей рабочей среды. Удобны для очистки корпуса от отложений парафинов и других примесей с днища, а также отличаются минимально необходимым местом для эксплуатации.

Горизонтальное размещение характерно при большом потоке жидкости. Принцип работы горизонтальных нефтегазовых сепараторов обеспечивает более высокую степень сепарации, для чего дополнительно могут устанавливаться гидроциклонные устройства.

В днищах корпуса размещаются патрубки и штуцеры для входа газонефтяного потока, установки технологического оборудования, обеспечивающего безопасную работу и выполняющее регуляторную и контрольно-измерительные функции. Вывод очищенной нефти и газа, а также воды в трехфазных сепараторах, происходит через штуцеры в разных отсеках.

Саратовский резервуарный завод производит весь спектр нефтегазовых сепараторов* объемом до 200 м 3 для многоступенчатой сепарации нефти:

• горизонтальные и вертикальные нефтегазовые сепараторы
• нефтегазовые сепараторы со сбросом воды (так называемые, трехфазные сепараторы)
• буферы-дегазаторы нефти и др.

Благодаря грамотным техническим расчетам сепараторы нефти нашего производства отличаются высокой эффективностью и производительностью от 1000 до 700000 м 3 /сутки (в зависимости от типа).

*особенности и технические параметры каждого типа нефтегазового сепаратора Вы можете посмотреть в соответствующем разделе Каталога продукции

Источник

Нефть, Газ и Энергетика

Блог о добычи нефти и газа, разработка и переработка и подготовка нефти и газа, тексты, статьи и литература, все посвящено углеводородам

Сепарация нефти от газа

Внедрение напорной герметизированной системы сбора нефти и газа связано с необходимостью применения нового сепарационного оборудования и определения оптимальных режимов сепарации (отделения) нефти от газа.

Работу по изучению процесса отделения нефти от газа ведутся в Гипровостокнефти, БашНИПИнефти и ряде других институтов. При рассмотрении влияния различных параметров на сепарацию выделяют два основных показателя:

полноту извлечения газа из нефти и унос капелек нефти вмести с газом. Эти показатели зависят от числа ступеней сепарации, давления по ступеням сепарации, температуры и объёма поступающей нефтегазовой смеси, а также от конструкции сепараторов.

Повышение давления в сепараторе приводит к уменьшению рабочего газового фактора, плотности, молекулярного веса и теплоты сгорания выделяющегося газа, а также к уменьшению содержания в нём тяжёлых углеводородов. Нефть при этом становится менее плотной и вязкой, увеличивается в ней содержание лёгких углеводородов, которые улетучиваются при снижении давления до атмосферного.

Состав отсепарированного газа в зависимости от давления меняется следующим образом: при увеличении давления в сепараторе уменьшается содержание пропана, бутанов и пентанов+высшие, увеличивается содержание митана. Так, при повышении давления сепарации от 0,2 до 1,5 кгс/см 2 количество прпана и бутанов уменьшилось от 498-572 до 382-446 г/м 3 , а количество пентанов+высшее-от 104-125 до 52-82 г/м 3 .

Существенное влияние на количество и состав выделяющегося газа оказывает температура сепарации. С повышением температуры увеличивается количество выделяющегося газа, а также содержание в нём тяжёлых углеводородов. При изменении режима сепарации на практике, как правило, температуру нефтегазовой смеси искусственно не меняют. Поэтому влияние температуры на процесс сепарации связано с изменением температуры окружающей среды и дебита скважины.

Влияние изменения расхода особенно заметно при сепарации в вертикальных гравитационных c епараторах. Увеличение производительности по нефти приводит к редкому возрастанию уноса газа вместе с нефтью. Количество уносимого газа тем больше, чем выше скорость движения нефти. При сепарации больших количеств газонефтяной смеси приходится увеличивать число сепараторов с тем, чтобы добиться оптимальной производительности каждого из них.

Величина газового фактора сепарируемой нефти оказывает такое же влияние на качество сепарации, как и производительность. С увеличением газового фактора повышается унос газа вместе с нефтью при неизменной производительности сепаратора. Поэтому сепарация нефтей с большими газовыми факторами в вертикальных гравитационных сепараторах связана с потерями лёгких углеводородов даже при небольших расходах газонефтяной смеси.

При высоких устьевых давлениях скважин применяется многоступенчатая сепарация нефти и газа, имеющая следующие преимущества перед одноступенчатой сепарацией:

• а) увеличивается количество товарной за счет сохранения в ней лёгких углеводородов; нефть становится менее плотной и вязкой;
• б) используется энергия пласта при транспорте нефтяного газа первых ступеней сепарации;
• в) уменьшается содержание тяжёлых углеводородов в нефтяном газа первых ступеней сепарации, что облегчает его транспорт.

Гипровостокнефтью были проведены исследования многоступенчатой сепарации на передвижной установке, состоящей из моделей газосепараторов промышленного типа.

На основании анализа полученных результатов были сделаны следующие выводы:

1. а) при многоступенчатой сепарации количество жидких углеводородов после сепарации на 2,0-2,5% по весу, причём около 50% этой величины составляют тяжёлые углеводороды;
2. б) газоперерабатывающие заводы следует строить в две очереди: сначала установки для газа низших ступеней сепарации, а затем вводить вторые очереди переработки газа первой ступени сепарации; это повышает степень утилизации газа в начале эксплуатации месторождения;
3. в) многоступенчатая сепарация особенно эффективна на новом, еще не обустроенном нефтяном месторождении с достаточно высокими, устойчивыми во времени устьевыми давлениями на скважинах.

Институтом БашНИПИнефть проводились опыты по изучению многоступенчатой сепарацией башкирских месторождений. Режимы сепарации устанавливали практически возможные, исходя из существующего фонда скважин и давлений на их устьях.

В результате опытов были отмечены следующие закономерности:

а) количество отсепарированного газа зависит от числа ступеней сепарации и распределения давления: с увеличением числа ступеней сепарации количество газа уменьшается, а при равном числе ступеней сепарации выделение газа уменьшается при повышении давления на первой ступени;

б) весовое количество газа при многоступенчатой сепарации может быть уменьшено на 20-25%, в основном за счет снижения в нём пропан-бутановой фракции;

в) сокращение тяжёлых фракций в отсепарированном газе, достигаемое при многоступенчатой сепарации, не исключает необходимости отбензинивания его на газопереробатывающих заводах.

В зарубежной практике на нефтяных промыслах используются газонефтяные сепараторы двух типов-двухфазные и трехфазные. В трехфазных сепараторах, помимо отделения газа от нефти, производится и отделение воды.

Как двухфазные, так и трёхфазные сепараторы выполняются следующих конструкций:

вертикальные, горизонтальные и сферические.

По эффективности сепарации, устойчивости сепарированных фаз и производительности лучшие показатели у горизонтальных сепараторов. Вертикальные сепараторы отличаются большей гибкостью регулирования, а сферические-простой конструкции. Для нефтей с большими газовыми факторами применяются, как правило, горизонтальные сепараторы.

Выделение газа из нефти при ступенчатом разгазировании осуществляется только за счёт снижения давления; при этом бесполезно теряется колоссальный запас энергии, заключённый в нефтегазовом потоке, что приводит к необходимости применения для дальнейшего сбора и транспорта нефти и газа дорогостоящих компрессорных и насосных агрегатов. Современные сепараторы не позволяют осуществлять дифференцированную сепарацию, т.е. иметь несколько ступеней сепарации в одном аппарате.

Дальнейший прогресс в области сепарации нефти от газа возможен при обеспечении максимального снижения затрат энергии на процесс сепарации, с тем чтобы заключённую в нефтегазовом потоке энергию использовать главным образом для транспорта нефти и газа. Необходимо также значительное повышение эффективности работы сепарационных аппаратов.

В этих целях могут быть испытаны такие принципы разделения нефти и газа, как воздействие на нефтегазовую смесь ультразвука, тепла, центробежных сил, а также сепарация в тонких слоях и адгезия. Возможно, что эффективное решение проблемы сепарации нефти от газа может быть найдено при комбинации указанных принципов.

Источник

Виды сепараторов нефти

Нефтегазовый сепаратор – это устройство, в котором нефть отделяется от попутного газа (или вода отделяется от нефти) за счет различной плотности жидкостей. Бывают горизонтальные, вертикальные и гидроциклонные сепараторы.
Основные области применения сепараторов нефти: нефтехимическая, нефтеперерабатывающая и прочие сферы, где требуется разделение нефтяных эмульсий.

Принцип работы сепаратора нефти

Процесс отделения нефти от газа, осуществляемый в сепараторе, называется сепарацией. Отделение проходит несколько стадий, от количества которых зависит объем дегазированной нефти, полученный из пластовой жидкости.
Принцип работы сепаратора базируется на действии центробежной силы, разделяющей жидкость на твердую и жидкую фазу. По основной трубе суспензия попадает в верхнюю часть барабана, где очищается от тяжелых элементов, оттуда вытесняется в каналы тарелкодержателя, а после – в сепарационную камеру.

Разновидности нефтегазовых сепараторов

По положению в пространстве сепараторы подразделяют на следующие типы:

• вертикальные;
• горизонтальные;
• гидроциклонные.

По форме бывают:

• цилиндрические;
• сферические аппараты.

По показателям рабочего давления:

• до 0,6 Мпа;
• от 0,6 до 2,5 Мпа;
• выше 2,5 Мпа.

Также их разделяют по принципу действия основной силы.

Описание вертикального сепаратора

Вертикальное сепарационное устройство представляет собой корпус в форме цилиндра, оснащенный короткими трубками для ввода пластовой жидкости и вывода жидкой и газовой фаз, арматурой для предохранения и регуляции, а также специальными элементами для отделения жидкостей.

Описание горизонтального сепаратора

В состав горизонтального сепаратора входит емкость с 2-мя полками, расположенными под наклоном, пеногаситель, отделитель жидкостей и устройство, предотвращающее возникновение воронки в процессе дренажа нефти. Горизонтальный нефтесепаратор оснащен трубкой для ввода пластовой жидкости, штуцерами для выхода фаз и люк – лазом.

Описание гидроциклонного сепаратора

Гидроциклонный газонефтяной сепаратор представляет собой горизонтальную емкость, состоящую из одноточных гидроциклонов. Одноточный циклон – это устройство в форме цилиндра с тангенциальным вводом пластовой жидкости, направляющей трубкой и отделом перетока.

Виды сепараторов нефти по характеру проявления основной силы

Сепарационные аппараты делятся на категории в зависимости от основной силы, благодаря которой осуществляется отделение.

• гравитационные;
• центробежные;
• гидроциклонные;
• инерционные.

Особенности гравитационных сепараторов

В сепарационных установках гравитационного типа разделение происходит за счет гравитации, то есть вещества с меньшим удельным весом (газы) поднимаются вверх, тяжелые оседают на дне. Продуктивность и скорость сепарации обусловлена показателями давления, периода цикла и особенностей рабочей среды.

Турбулентное движение жидкости на практике наиболее эффективно, так как образующиеся в процессе пузырьки ускоряют отделение. Это ключевой принцип сепарации, используемый на месторождениях.

Чтобы увеличить продуктивность гравитационного сепаратора, рекомендуется установить на входе депульсатор, предназначенный для отстранения газа из пластовой жидкости. Благодаря оснащению депульсатором процесс отделения материала на газ и тяжелую сырую нефть занимает 5 минут. Данный процесс присущ 2-х фазным сепараторам, 3-х фазные устройства способны отделять еще и воду.

Особенности центробежных сепараторов

Отделение осуществляется за счет воздействия центробежной силы. Механизм тарельчатого центробежного (гидроциклонного) сепаратора выдерживает эксплуатацию в местах месторождений нефти.

Особенности инерционных сепараторов

Отделение происходит благодаря разным силам инерции частиц в сепарируемой жидкости. Тяжелые элементы вытесняются к стенкам емкости, после чего перетекают на ее дно.

Критерии выбора

При выборе оборудования рекомендуется учесть следующие параметры:

• свойства пластовой жидкости и ее количество;
• тип потока;
• стойкость;
• давление;
• температурный режим.

Сепараторы вертикального типа более продуктивны в сравнении с горизонтальными, но и имеют более высокую цену. Они подходят для предприятий с высокими производственными мощностями, а также в случае, если эмульсия содержит большое количество твердых частиц.

Горизонтальные сепарационные устройства – оптимальный вариант для переработки небольших объемов материала, а также жидкостей с большим содержанием растворенного газа. Они пользуются наибольшим спросом, так как достаточно производительны и доступны в цене. Для достижения максимальной эффективности при использовании горизонтальных нефтегазовых сепараторов нефть перемешивают в процессе сепарации, повышают температурный режим и снижают давление.

Источник