Нефтегазовые сепараторы: типы и назначение

Нефтегазовые сепараторы предназначаются для извлечения газа, выделяющегося при движении нефти по сборному коллектору, выкидной скважине или стволовой части. Сфера использования полученного продукта – химическая либо топливная отрасль. Кроме того, сырье используется для понижения гидравлического сопротивления в трубопроводах, расслоения и отделения пены от готовой нефти. Они позволяют значительно снизить пульсацию при транспортировке нефтепродуктов от резервуаров первой степени до установок подготовки полной переработки.

Типы и отличия

Нефтегазовые сепараторы подразделяются на несколько условных категорий, отличающихся по различным параметрам:

1. Замерные или обычные сепараторы.
2. Форма изготовления может быть в цилиндрическом, сферическом, вертикальном, горизонтальном и наклонном исполнении.
3. Обслуживание может быть фонтанным, насосным, компрессорным.
4. Принцип действия – гравитационный, инерционный либо центробежный.
5. Рабочее давление - от 0,6 МПа (низкое) до 6,4 МПа (высокое).
6. Количество обслуживаемых скважин – одиночное или групповое.
7. Стадии сепарации – от первой и выше.
8. Двух или трехфазные модели. В последнем варианте кроме газа и нефти отсортировывается вода.

Рабочие секции

Отсек осадки предназначен для дополнительного выделения газовых пузырьков, которые присоединились к нефти при переходе из сепарационной секции. Для усиления выделения жидкость направляют небольшим слоем по наклонной поверхности, что позволяет увеличить эффективность отбора. Плоскости наклона должны оборудоваться с порогами, способствующими выделению газа из нефти.

Нефтегазовые сепараторы также оснащаются отсеками сброса. Они занимают самую низкую позицию в конструкции, служат для сбора и вывода нефти из устройства. В этой секции продукт может находиться в смешанном или чистом состоянии. Этот фактор зависит от эффективности осадительного отсека и периода пребывания нефтепродуктов в рабочей камере.

В верхней части сепаратора находится отсек для улавливания капель. Он отсекает мельчайшие частички жидкости, которые уносятся потоком газа. Любые рассматриваемые приспособления характеризуются двумя аспектами: числом капельной жидкости и количеством пузырьков газа, уносимых из сборной секции нефтью. Качество работы прибора считается выше при минимальных указанных показателях.

Формулы расчета нефтегазового сепаратора на эффективность

Эффективность работы приспособления рассчитывается по нескольким параметрам. Они определяются по следующим обозначениям:

• GMH и GMK – массовые расходы нефти до поступления в сепаратор и на выходе из него.
• VK и VH – объем расхода подаваемых газов до и после обработки.
• ЖМГК (GMGK) и GMGH – совокупные расходы газа до и после сепаратора.
• qG и qH – количество расходов капельной жидкости, увлекаемых из прибора в рабочем процессе (м³/час).
• GH и GM – объемы расхода нефти и газа при работе сепаратора.
• КЖ и КГ – удельный унос капельной жидкости и свободного газа соответственно.

На каждой стадии обработки количество нефти снижается в связи с уменьшением давления, а аналогичный показатель газа возрастает. Такой функционал соответствует нормальной работе установки. Стоит отметить, что показатели КЖ и КГ могут отличаться в зависимости от типа нефтегазовых сепараторов. Сюда входят технологические, экономические аспекты, а также объем резервуара и наличие специальных отбойных приспособлений.

Принцип работы

Общая эффективность работы рассматриваемых агрегатов на газовых и нефтяных месторождениях оценивается в основном по первому аспекту (числу капельной смеси, которая уносится газом за пределы резервуара). Следовательно, требования, предъявляемые к нефтегазовым сепараторам, отличаются в зависимости от особенностей их конструкции.

Например, модель с насадкой типа жалюзи функционирует следующим образом:

1. Смесь нефти и газа поставляется через патрубок к раздаточному коллектору.
2. Он имеет по всей длине выемку, из которой жидкость поступает на наклонные элементы, увеличивающих дистанцию движения нефтепродуктов и способствующих выделению окклюдированных пузырьков газа.
3. Вверху приспособления предусмотрена насадка для отсортировки капель, имеющая различное сечение. Частицы нефти отсеиваются через жалюзийную насадку, после чего через дренажную трубку и поддон отправляются в нижнюю часть агрегата.

Нефтегазовые сепараторы со сбросом воды

Современные нефтегазовые сепараторы между собой значительно отличаются по характеристикам и функционалу. Однако не все из них получили широкое распространение на промысловой добыче. На месторождениях, которые разрабатываются несколько десятков лет, аналогичные приспособления называют трапами.

Рассмотрим модификацию с предварительным сбросом воды, отвечающую всем предъявляемым требованиям. Агрегат имеет предварительный отбор газа и работает по следующему принципу:

1. Смесь нефти и газа подается к корпусу агрегата при помощи наклонных трубопроводов.
2. Угол наклона составляет 30-40 или 10-15 градусов.
3. Ко второму трубопроводу приваривается несколько вертикально установленных трубок диаметром от пяти до десяти сантиметров.
4. Верхние части этих элементов привариваются к сборному коллектору, который подводит газ к уловителю капель.
5. В этом отсеке монтируется перфорированная перегородка, служащая для выравнивания потока газа. Она оснащена специальной кассетой жалюзийного типа.
6. Капли нефти уносятся основным газовым потоком по коллектору, а остатки масс прилипают к стенкам кассеты и жалюзи, накапливаясь на них. В итоге получается сплошная пленка, которая стекает в нижнюю часть сепаратора.
7. Из каплеуловителя смесь поставляется в эжектор, где под давлением порядка 0,6 МПа транспортируется на газоперерабатывающий комбинат.

Свойства и параметры

Расчет параметров нефтегазового сепаратора практически любого типа включают в себя нескольких факторов, а именно:

1. Свойства физико-химических особенностей нефти. В плотных и вязких массах газовые пузырьки отделяются медленно, что свидетельствует о низкой работоспособности сепаратора, которые будут функционировать с чрезмерным уносом пузырьков газа.
2. Производительность агрегатов. Это аспект зависит от скорости подъема массы в агрегате и числа подключенных устройств. Например, пузырьки с минимальной стартовой скоростью будут всплывать на поверхности, что ухудшает качество процесса сепарации.
3. Нефтегазовый сепаратор типа НГС позволяет увеличить скорость подъема газовых пузырьков. Это, в свою очередь, способствует увеличению воздействия гравитационных сил, позволяющих ограничить подъем частиц газа до поверхности нефти. Они будут уноситься потоками жидкости, что позволит получить максимально чистый продукт.
4. Еще один весомый фактор – давление. Чем оно выше в агрегате, тем меньше плотность газа и скорость появления пузырьков на поверхности.

Особенности

Поскольку нефть имеет склонность к пенообразованию, которое довольно трудно поддается сепарации, особого выбора средств для этой процедуры нет. Вполне приемлемым является использование силикона или физико-механического способа очистки.

На итоговое качество продукта также влияет конструкция внутреннего обустройства сепараторов, а также наличие воды в добываемом продукте. Последний показатель напрямую влияет на получение стойких эмульсий с большим процентом вязкости.

Итог

Исходя из всего вышеизложенного, можно сделать вывод, что назначение нефтегазовых сепараторов заключается в очистке нефтепродуктов от воды и газов. Для расчета работы приспособлений предусмотрен ряд методик и формул. По пропускной способности работу прибора реально рассчитать только по вертикальной и гравитационной деятельности. Во многом функционал таких агрегатов зависит от конструкционных особенностей и сопутствующих факторов в виде оснащения дополнительным оборудованием (жалюзи, перегородки, отбойники и прочее).