14. Принципиальное устройство сепаратора.
Нефтегазовая смесь под давлением через патрубок поступает к раздаточному коллектору (4), имеющему по всей длине щель для выхода смеси (рисунок 4.1). Из щели нефтегазовая смесь попадает на наклонные плоскости (10), увеличивающие путь движения нефти и облегчающие выделение окклюдированных пузырьков газа. В верхней части сепаратора установлена каплеуловительная насадка (3) жалюзийного типа. Капли нефти, отбиваемые в жалюзийной насадке, стекают в поддон и по дренажной трубе направляются в нижнюю часть сепаратора. За насадкой по ходу потока газа установлена перегородка с большим числом отверстий, выполненных по принципу пропуска равных расходов, выравнивающая скорость движения газа.
В сепараторе любого типа различают четыре секции. Рассмотрим их на примере вертикального гравитационного сепаратора (рисунок 4.1).
Рисунок 4.1 — Схема вертикального сепаратора
I — основная сепарационная секция, служащая для отделения нефти от газа; на работу этой секции большое влияние оказывает конструкция ввода продукции скважин (5) (тангенциальный, радиальный, использование насадок-диспергаторов, диспергирующих газожидкостный поток и создающих высокую поверхность раздела фаз, увеличивая дисперсность системы. В результате этого происходит интенсивное выделение газа из нефти).
II — осадительная секция, в которой происходит дополнительное выделение пузырьков газа, увлеченных нефтью из I секции. Для более интенсивного выделения окклюдированных пузырьков газа, нефть направляют тонким слоем по наклонным плоскостям, увеличивая тем самым длину пути движения нефти и эффективность ее сепарации. Наклонные плоскости могут быть изготовлены с небольшим порогом, способствующим выделению газа из нефти (это происходит благодаря разрушению газо-жидкостных структур за счет волнового движения).
III — секция сбора нефти, занимающая самое нижнее положение в сепараторе и предназначенная для сбора и вывода нефти из сепаратора; нефть может находиться здесь или в однофазном состоянии или в смеси с газом — в зависимости от эффективности работы I и II секций и времени прибывания нефти в аппарате.
Слой пены оказывает значительное сопротивление выделению газа из всплывающих пузырьков.
Поэтому продолжительность пребывания нефти в сепараторе при наличии слоя пены в сепараторе может быть увеличена в несколько раз. При достижении определенной высоты пена может подхватываться потоком газа и уноситься из сепаратора. Замечено, что тяжелые нефти более склонны к пенообразованию, чем легкие.
IV — каплеуловительная секция расположена в верхней части сепаратора и служит для улавливания мельчайших капелек жидкости, уносимых потоком газа. Каплеуловительная секция конструктивно может быть различной и работа ее может основываться на одном или нескольких принципах, например:
столкновение потока газа с различного рода препятствиями: прилипание капель жидкости, силы адгезии;
изменение направления потока: силы инерции;
изменение скорости потока;
использование центробежной силы;
использование коалесцирующей набивки (металлические сетки) для слияния мелких капель жидкости в более крупные.
Итак:
Перемещаясь в сторону пониженного давления, газ в виде пузырьков, расширяющихся и соединяющихся в более крупные, увлекает нефть и, в то же время, опережает ее. Процесс этот продолжается до входа в сепаратор. Перед входом в сепаратор продукция скважины всегда состоит из двух фаз - жидкой и газовой. Соотношение между объемами фаз зависит от состава нефти в пластовых условиях, давления насыщения и давления в сепараторе.
Если, например, в скважину поступает из пласта нефть, то к нефтегазовому сепаратору подойдут газ, выделившийся из нефти вследствие снижения давления от давления насыщения до давления, установленного в сепараторе, и оставшаяся нефть с окклюдированным газом, т.е. пузырьками газа, захваченными нефтью или не успевшими из нее выделиться.
Основной процесс в нефтегазовом сепараторе — отделение свободного газа и выделение из нефти окклюдированного газа.
Кроме сепарации газа в сепараторе происходят и другие процессы: очистка газа от частиц жидкости и подъем пузырьков газа окклюдированных в слое нефти, находящейся в секции сбора жидкости.
Из всех типов сепараторов (гравитационные, инерционные (жалюзийные), центробежные и ультразвуковые) сравнительно легко поддаются расчету только гравитационные, жалюзийные и гидроциклонные.