Технологические установки сепарации пластовой смеси

Природный газ, выходящий из скважин, содержит в своем составе капельную жидкость (газовый конденсат и воду), а также мелкие частички горной породы. Для разделения такой пластовой смеси (газ с дисперсными жидкой и твердой фазами) предназначены установки сепарации, после которых отсепарированный газ обычно содержит не более 350 мг жидкости на один кубометр газа.

3.1. Классификация и принципиальные технологические схемы установок сепарации

В зависимости от требований, предъявляемым к отсепарированному газу по содержанию капельной жидкости и механических примесей, на установках сепарации пластовой смеси используют различные по конструкции и эффективности сепарационные устройства. По своему принципу действия эти сепарационные устройства делятся на гравитационные, инерционные (насадочные), центробежные и фильтрующие, а также комбинированные.

3.1.1. Гравитационные сепараторы

Осаждение дисперсных частиц в гравитационных сепараторах происходит под действием сил тяжести и описывается уравнением:

, (3.1)

где W_ос - скорости осаждения частиц из газа, м/с;

d_ч - диаметр частиц, м;

_ч, _г - плотности частиц и газа соответственно, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

 - коэффициент сопротивления газа.

При осаждении сравнительно крупных частиц в маловязкой среде наблюдается турбулентный режим ( = 0,44), для легких частиц или большой вязкости среды ее сопротивление проявляется в виде трения и наблюдается ламинарный режим ( = 24/Re – закон Стокса, Re – критерий Рейнольдса), имеется также переходный режим ( = 18,5/Re^0,6).

Гравитационные сепараторы бывают горизонтальными, вертикальными и шарообразными. Общим для них является наличие отстойной (осадительной) зоны. Наиболее широко распространены на установках сепарации пластовой смеси горизонтальные трехфазные сепараторы, одна из упрощенных конструкций которых приведена на рис. 3.1. Трехфазным он называется потому, что продуктами сепаратора являются отсепарированный газ, углеводородный газовый конденсат и пластовая вода с механическими примесями. Кроме осадительной зоны, в гравитационных сепараторах имеются входная зона (отбойные пластины) и выходная (улавливающая) зона. В последней устанавливают каплеулавливающий сетчатый пакет или центробежные устройства для отделения унесенных капель жидкости от потока газа.

Из гравитационного сепаратора имеются выходы газового конденсата и загрязненной механическими примесями пластовой воды. Газовый конденсат затем направляют на обезвоживание и обессоливание и далее на переработку, а загрязненная пластовая вода подвергается очистке от механических примесей и углеводородов и затем обычно закачивается обратно в пласт.

Конкретная конструкция гравитационных сепараторов выбирается с учетом таких факторов, как производительность по газу, давление, количество в газе механических примесей, требуемая степень очистки и др. Процесс в гравитационных сепараторах обычно проводят при давлении и температуре пластовой смеси.

Рис. 3.1. Горизонтальный трехфазный сеператор:

1 – вход пластовой смеси; 2 – отбойные пластины; 3 – выход газового конденсата; 4 – выход отсепарированного газа; 5 – выход загрязненной пластовой воды; 6 – сетчатый отбойный пакет; 7 – встроенный сборник пластовой воды