Сепараторы

На большинстве скважин при добыче вместе с нефтью и нефтяным газом поступает также соленая вода. Продукты подвергаются разделению в длинном цилиндрическом стальном резервуаре, называемом сепаратором. На каждом сепараторе есть впускное отверстие для потока, поступающего из трубопровода, и отдельные выходы для каждого из флюидов, расположенные на разной высоте. Во всех сепараторах имеется диффузионная секция, в которой осуществляется первичное разделение поступающих газа и жидкости. Газ поднимается в секцию очистки, расположенную в верху сепаратора, где большая часть оставшейся жидкости отделяется от него, после чего выходит в отверстие для выпуска газа. Жидкость возвращается в нижнюю часть, попадает в секцию сбора жидкости, где из нее удаляется большая часть оставшегося газа, и затем поступает в отверстие для выпуска жидкости.

Сепараторы бывают вертикальные (высотой до 12 фут., или 3,5 м) и горизонтальные (диаметром до 16 фут., или 5 м), а также двухфазные, где происходит исключительно разделение газовой и жидкой фаз (см. рис. 21.4), и трехфазные, разделяющие газ, нефть и воду.

Если вода и нефть легко разделяются под действием силы тяжести, то такая вода в нефти называется слойной. Когда капельки одной жидкости равномерно распределены в другой — это эмульсия. Наиболее широко распространенным видом добываемых из скважины эмульсий является водонефтяная, или обратная, если капли воды в нефти взвешены. Реже встречается прямая эмульсия, в ней капли нефти находятся в воде, Способность капелек удерживаться в виде эмульсии и не поддаваться разделению характеризуется показателем стабильности эмульсии. Эмульсия может быть стабильной, т. е. она сопротивляется разделению, либо нестабильной.

Во всех сепараторах для разделения газа, нефти и воды используется действие силы тяжести. В диффузионной секции вертикального сепаратора осуществляется круговой разгон поступающих флюидов по стенкам сосуда, что облегчает разделение, так как здесь действует центробежная сила. В горизонтальном сепараторе флюиды сразу попадают на плоскую металлическую тарелку или на наклонные пластины, при этом поток замедляется и многократно изменяет направление, что также способствует разделению,

В секции очистки газа обычно установлены каплеуловители, они объединяют капли взвешенной жидкости и отделяют их от газа, прежде чем он выйдет через свое выпускное отверстие. В сетчатом каплеуловителе используются плотный проволочные сетки из нержавеющей стали, свернутые в цилиндр, и лопатки — параллельные металлические пластины с накопительными карманами для жидкостей.

Секция сбора жидкости обычно представляет собой относительно пустую камеру, в которой разделение проводится за счет гравитации. В сепараторах имеются перегородки — плоские пластины, через которые жидкость может проходить только в виде тонкой пленки. Кроме того, в секции сбора жидкости (самой нижней секции сепаратора) устанавливают выходные заслоны. Их роль в ходе разделения состоит в том, что легкая жидкость, например нефть, плавающая на поверхности воды, перетекает через них, а более тяжелая жидкость собирается за ними.

Сепараторы снабжены регуляторами уровня жидкости, которые устроены как поплавки на поверхности раздела нефти и газа либо воды и нефти. Они регулируют уровень этих веществ, открывая и закрывая клапаны. На сепараторе установлены регуляторы уровня жидкости, давления (по низкому и высокому уровню), температуры (по низкой и высокой). Здесь также находятся предохранительный клапан и крышка безопасности, или разрывной диск, которые ломаются при достижении определенного давления. Клапан для регулирования противодавления расположен на газоотводе и служит для поддержания давления газа в сепараторе.

Сепаратор слойной воды — это трехфазный горизонтальный либо вертикальный сепаратор, используемый для разделения газа, нефти и воды под действием силы тяжести (см. рис. 21.5). Вода отводится из нижней части, нефть — из центральной, газ — сверху.

Двухкамерный (двухтрубный) горизонтальный сепаратор состоит из двух закрепленных друг над другом горизонтальных сосудов (см. рис. 21.6). Добываемые флюиды попадают в верхний сосуд, где перетекают через перегородки, проходя таким образом стадию первичного разделения. Затем жидкость перемещается в нижний сосуд для завершения разделения нефти и воды. He содержащий нефти газ выходит из верхнего сосуда, а свободная от газа нефть — снизу. Двухкамерный сепаратор может обработать большее количество добытых флюидов, чем отдельный горизонтальный сепаратор.

Для разделения (разрушения) эмульсии ее необходимо нагреть. Этот процесс осуществляется с помощью подогревателя-деэмульсатора, который представляет собой вертикальный или горизонтальный сепаратор, оснащенный огневой трубой (см. рис. 21.7), в которой сжигают природный газ. Огневая труба может находиться в контакте с эмульсией (прямой обогрев) или с заполненным водой сосудом, который будет проводить тепло к эмульсии (косвенный обогрев). Нагретая эмульсия разделяется под действием силы тяжести.

Для разделения эмульсий также используются пластинчатые электроды, например в электростатическом фильтре (осадителе). Если эмульсия нестабильна, для разделения применяется большой резервуар-отстойник, называемый промывочным резервуаром. В сосуд, где происходит обработка, можно добавить деэмульгатор — химическое вещество, способствующее разрушению эмульсии.

Сепараторы подразделяются по показателям рабочего давления, оно меняется от 20 до 1500 psi (1,5—150,5 кг/кв. см). Для максимального удержания высоколетучих компонентов нефти применяют ступенчатую сепарацию, при которой несколько последовательно установленных сепараторов работают при разных уровнях давления. Скважинные флюиды поступают в первую очередь в сепаратор с высоким давлением и затем последовательно в сепараторы с более низкими уровнями давления. Резервуары — хранилища для товарной нефти считают за одну ступень разделения. При трехстадийной сепарации (см. рис. 21.8а) используют сепараторы высокого и низкого давления наряду с резервуарами. При четырехстадийной сепарации (см. рис. 21.8б) применяют сепараторы высокого, низкого и среднего давления, а также нефтяные резервуары. Продолжительность отстаивания, т. е. время пребывания флюида в сепараторе при трехстадийном разделении, варьирует от 1 мин для легкой нефти до 5—6 мин для тяжелых сортов нефти.