11. Подводная сепарация. Двухфазная и трехфазная сепарация.

Подводная сепарация является одним из важных направлений развития подводных добычных систем. Скважинный флюид обычно представляет собой многофазную смесь жидких и газообразных углеводородов, воды, песка и других твердых частиц. Такой многофазный поток сложно подать на большое расстояние из-за его сложного гидродинамического поведения, в результате которого может возникнуть большое гидравлическое сопротивление потоку и падение его расхода либо возникновение пульсаций параметров потока, что не менее опасно и вредно для промыслового оборудования. Наличие воды в трубопроводе может вызвать гидратообразование и блокирование трубопровода газогидратами, поэтому в скважинный поток в обязательном порядке вводится ингибиторы гидратообразования.

Особенно опасен песок в потоке флюида, который в случае непринятия соответствующих мер может очень быстро источить проточную часть трубопроводной транспортной системы, действуя как пескоструйный абразив, и вывести ее из строя или привести к аварии и даже выходу флюида за пределы защитных барьеров в окружающую среду. Поэтому желательно осуществлять сепарацию компонентов скважинного флюида как можно ближе к скважине или даже в самой скважине. Кроме того, при скоростях потока, недостаточных для выноса песка, он может накапливаться в трубопроводе, образуя дюны и вызывая увеличение гидравлического сопротивления потоку.

Таким образом, наличие твердых частиц (например, песка) в системе подводного оборудования является серьезной проблемой, которая может привести к необходимости использования в скважине устройств по борьбе с выносом песка. Для контроля выноса песка должны использоваться средств мониторинга выноса песка.

Сепарация под водой и на поверхности часто проводится для различных целей. Подводная сепарация обычно используется как метод увеличения уровня добычи и коэффициента извлечения, а также для преодоления ограничений, связанных с размещением оборудования на верхнем строении платформы. Это достигается за счет отделения и удаления нежелательных продуктов (например, воды) в зоне пласта или на уровне дна моря. При этом снижается противодавление в системе добычи. Сепарация позволяет применять более эффективные однофазные насосы и компенсирует существующие ограничения оборудования верхних строений, например, производительность системы обработки воды. Другой важной целью подводной сепарации является обеспечение стабильности потока (борьба с гидратообразованием, коррозией, образованием пробок).

Качество подводной сепарации может не достигать уровня, который обеспечивается сепараторами на платформе. Например, если целью сепарации является обеспечение работы насоса для транспортировки продукции по протяженному промысловому трубопроводу, то высокая эффективность сепарации газа может не требоваться или не обеспечивать существенной выгоды по сравнению с проектной средней эффективностью.

Такой подход обоснован, поскольку объемы жидкости и газа, выделяющиеся вследствие снижения давления и температуры в трубопроводе при транспортировке, часто значительно выше той величины, которая попадает в трубопровод из-за ограниченной эффективности сепарации. Однако производительность любой системы сепарации необходимо задавать как можно точнее для более эффективного проектирования технологического оборудования подготовки продукции.

При подводной сепарации нефти и воды содержание нефти в отсепарированной воде является критическим параметром. Остаточное содержание воды в углеводородах обычно менее важно. Приемлемым техническим условием может быть содержание воды до 20 %. Как правило, эта концентрация воды в нефти не приводит к образованию высоковязкой эмульсии и отделению воды из нефти, при этом уменьшается контакт воды со стенками трубы и, следовательно, снижается потребность в ингибиторах коррозии. Остаточная вода в нефти может быть удалена на последующих ступенях подготовки на платформе или на берегу. Однако если целью подводной сепарации является снижение расходов на ингибиторы гидратообразования. тогда уменьшение содержания воды в углеводородах до установленного уровня является критическим параметром.

Подводную сепарацию можно классифицировать:

• по разделяемым фазам и компонентам: двухфазная сепарация (газ-жидкость), однофазная сепарация (нефть-вода), трехфазная сепарация (газ-жидкость-песок);

• по качеству сепарации: первичная, вторичная и обработка пластовой воды;

• по степени зрелости месторождения: для новых месторождений и для старых месторождений.

В настоящее время в подводной сепарации в основном используются гравитационные (использующие силу тяжести для разделения компонентов) и циклонные (использующие центробежные силы для эффективной сепарации фаз) сепараторы. Циклонная сепарация используется для улучшения газожидкостной сепарации в последовательности с гравитационной сепарацией. Она применяется для удаления песка и дальнейшей очистки воды после первичной сепарации для того, чтобы обеспечить качество воды согласно требованиям для закачки воды обратно в добычной пласт.

К преимуществам подводной сепарации относится следующее:

• Возможность освоения сложных месторождений

• Увеличение дебита и коэффициента извлечения

• Продление экономически выгодного периода эксплуатации месторождения

• Обработка пластовой воды и песка на дне уменьшает стоимость и размеры верхнего строения платформы

• Гибкое решение для широкого диапазона соотношений газ-жидкость при эксплуатации месторождений

• Более безопасное и оказывающее меньшее влияние на окружающую среду решение по сравнению с оборудованием верхнего строения

• Разгружаются «узкие» места: подводные трубопроводы, райзеры, оборудование верхнего строения

• Эффективное решение проблем обеспечения потока

• Демобилизация оборудования верхнего строения, которое имеет ограниченное время службы, и транспортировка флюидов на оборудование других платформ или берег, имеющее более продолжительный срок службы.

Двухфазная сепарация газ/жидкость может осуществляться либо с помощью традиционного (гравитационного), либо блочного (обычно циклонного) сепаратора. Двухфазная сепарация обеспечивает эффективную перекачку отсепарированных флюидов и стабильность потока (это особенно касается коррозии и образования гидратов). За счет сепарации вблизи скважин снижается вероятность образования жидкостных или газовых пробок.

Основной целью двухфазной сепарации является увеличение объема добычи и извлекаемых запасов за счет снижения противодавления на коллектор и обеспечения более низкого давления, при котором прекращается добыча. Системы подводной двухфазной сепарации в большинстве случаев работают совместно с системами перекачивания жидкости. Регулирование скорости перекачки жидкости используется как первичный метод контроля уровня жидкости в сепараторе газ-жидкость. Существуют два типа систем двухфазной сепарации:

- гравитационные сепараторы в вертикальном или горизонтальном исполнении, конструкция которых базируется на существующих нормах и правилах для оборудования, используемого на платформах, как по продолжительности сепарации, так и конструкции:

- циклонные сепараторы, которые имеют меньший размер, используют энергию флюида для создания разделяющей центробежной силы между газом и жидкостью.

Возможно проведение под водой трехфазной сепарации (газ/нефть/вода), однако для обеспечения надежной работы таких систем необходимы:

- точный и надежный контроль в сепараторе положения поверхностей раздела между водой, эмульсией, нефтью, пеной и газом;

- обеспечение надежной системы дозирования химреагентов для деэмульсации и предотвращения ценообразования в сепараторе, что обеспечивает увеличение полезного рабочего объема в сепараторе:

- обеспечение надежной работы подводных регулирующих клапанов для управления расходом флюидов в сепараторе:

- точный оперативный контроль содержания нефти в пластовой воде:

- обеспечение удаления песка и других твердых частиц из сепаратора.