Переваги і недоліки різних сепараторів

ЛЕКЦІЯ

Сепаратори

В сепараторах будь-якого типу спільні наступні чотири секції:

- основна сепараційна секція, яка служить для відокремлення основної маси газу рідини;

- осідаюча, в якій проходить додаткове виділення бульбашок газу, які захоплюються нафтою із сепараційної секції (тут нафта рухаються по нахиленій поверхні);

- секція збору рідини, яка призначена для накопиченні рідини і виводу її із сепаратора;

- каплеуловлююча секція - для уловлювання дрібних капель рідини, які виносяться потоком газу за межі сепаратора.

Всі нафтогазові сепаратори класифікуються по:

- розміщенню основних елементів – на вертикальні, горизонтальні, нахилені;

- конструктивному виконанню – на одноємкістні (коли секції розміщені в одній ємкості); двохємкістні (секції розміщені в двох ємкостях одна над одною);

- технологічному призначенню – на двофазні (розділяють продукцію свердловин на дві фази – рідку і газову); трьохфазні (використовуються для поділу потоку на нафту, газ та воду);

- сепаратори першого ступеня сепарації (використовуються на установках першої ступені сепарації); кінцеві сепаратори (використовують на кінцевих ступенях сепарації).

- конструкції пристроїв для вводу нафтогазового потоку в апарат – на сепаратори з радіальним вводом, з тангенціальним вводом і попереднім відбором газу. Різновидністю сепараторів з тангенціальним вводом являються гідроциклонні сепаратори.

Як було сказано вище, ефективність процесу сепарації залежить від ступеня очистки газу від капельок рідини і рідини від газу характеризуються:

1) Коефіцієнтом втрати рідни в потоці газу k_р;

2) Коефіцієнтом втрати газу в потоці рідини k_г;

3) Граничною середньою швидкістю газу у вільному січенні сепаратора Vгmax;

4) Часом затримки рідини в сепараторі t₃;

Всі чотири критерії залежать від фізико-хімічних властивостей нафти і газу, їх витрат, робочого тиску, температури, рівня нафти в сепараторі і його конструктивних особливостей

Де – об’ємні втрати рідини, яка виноситься газом, м³/год;

– об’ємні втрати газу, який забирається нафтою;

– об’ємні витрати рідини на виході із сепаратора;

– об’ємні витрати газу на виході із сепаратора.

В даний час прийнято наступні норми:

газу

рідини.

Не менш важливі показники для оцінки технічної досконалості сепараторів Vгmax і t₃.

Значення Vгmax для різних конструкцій міняється від 0,1 до 0,55 м/с.

Час затримки рідини в сепараторі t₃ для нафт, які не пінять 1 5 хв., для тих, що створюють піну5 20 хв.

 

 

Розрахунок сепараторів на пропускну здатність

1. Розрахунок вертикального гравітаційного сепаратора по газу.

Слід відмітити, що випадання капельок і твердих частинок із газу в гравітаційному

сепараторі проходить в основному по двох причинах: внаслідок різкого зниження швидкості газового потоку і внаслідок різниці в густинах газової і рідинної фаз.

Для ефективної сепарації потрібно, щоб розрахункова швидкість руху газового потоку в сепараторі була менша швидкості осідання рідких і твердих частин, які рухаються під впливом сили тяжіння у зустрічному потоці газу, тобто

 

Vг Vr.

 

На практиці при розрахунках приймається

 

Vr = 1,2 Vг.

 

 

або

 

F – площа дзеркала рідини в сепараторі, м²;

р – робочий тиск в сепараторі, Па;

Т – робоча температура в сепараторі, К =(273 + t);

р_о – атмосферний тиск (Па);

То – нормальна температура, К;

Vг – допустима швидкість газу в сепараторі, м/с;

D – внутрішній діаметр сепаратора, м;

z – коефіцієнт, який враховує відхилення реального газу від ідеального (коефіцієнт стискання газу).

яVг – розраховують по повному поперечному перерізі сепаратора (для вертикальних)

, м/с;

, – густина осідаючих частин рідини і газу при р і t в сепараторі.

 

В горизонтальних сепараторах пропускна здатність по газу

 

або

де l – довжина сепаратора;

D – внутрішній діаметр сепаратора.

 

В горизонтальних сепараторах допустиму швидкість газу визначають за формулою

 

;

А₁ – постійний коефіцієнт;

А₁ – для вертикального сепаратора дорівнює 0,047 (висота сепараційної секції = 0,6м);

А₁ – для горизонтального = 0,117 (l = 3м).

Якщо довжина сепаратора більше 3м, при визначенні допустимої швидкості газу вводиться поправочний коефіцієнт k₀:

 

.

 

Пропускна здатність по рідині в гравітаційних сепараторах.

Розрахунок гравітаційних сепараторів по рідині полягає у визначенні необхідних розмірів апарата при заданій продуктивності по рідині або у визначенні пропускної здатності сепаратора при відомих його розмірах.

Пропускну здатність по рідині для різних по розміщенню в просторі сепараторів визначають за формулою:

 

, м³/доба;

F – площа дзеркала рідини в сепараторі,;

– швидкість підйому на поверхню бульбашок газу визначають за формулою Стокса:

 

;

- швидкість підйому на поверхню бульбашок газу, м/с;

g – прискорення вільного падіння, м/с²;

d – діаметр бульбашок газу приймається рівним

10^{-4 м;}

– динамічна в’язкість рідини, Па·с;

- густина нафти в сепараторі, кг/м³;

- густина газу в умовах сепаратора, кг/м³.

z –коефіцієнт стискання газу.

Після підстановки значень F, g, у формулу

 

 

Переваги і недоліки різних сепараторів

 

Часто перед проектувальниками виникає питання, сепаратор якого типу запроектувати до установки на УПН.

Вертикальні сепаратори мають таку перевагу, що вони дозволяють достовірно визначити об’єм рідини, що обумовлює застосування більш простих засобів для регулювання його роботи. Процес очистки таких сепараторів простий, тому їх рекомендується використати тоді, коли в продукції свердловин міститься пісок.

В горизонтальному сепараторі такого ж об’єму, що і вертикальний, продуктивність по газу більша, тому що площа його в діаметральному січенні в декілька раз перевищує площу вертикального сепаратора.

Горизонтальні сепаратори монтувати і обслуговувати набагато простіше, ніж вертикальні, бо вони вимагають більшої площі, що являється суттєвим недоліком, коли родовище розміщене в морі і на болоті.

У сферичних сепараторах початкові капітальні вклади на одиницю пропускної здатності по газу найменші, що являється основною їх перевагою. Але суттєвий її недолік – складність у виготовленні, зв’язана з необхідністю штангових окремих заготовок.