Сепараторы

Сепаратор - это емкость, в которой нерастворимые друг в друге жидкости разделяются. На месторождении сепараторы используются для отделения газа от жидкости или одной жидкости (например, конденсата) от другой (например, воды).

Сепараторы могут иметь разные названия, но, независимо от того, как они называются, их назначение и рабочие процедуры одинаковы.

Классификация

Сепараторы классифицируются двумя способами: по положению или форме емкости и количеству разделяемых жидкостей. Существует три формы сепараторов:

1. Горизонтальные.

2. Вертикальные.

3. Сферические.

В нефтяной промышленности наиболее распространены горизонтальные и вертикальные сепараторы.

Обычно разделяются две или три жидкости. Если разделяются две жидкости, например, газ и жидкость, сепаратор считается двухфазным. Если же разделяются три жидкости, как, например, газ, нефть и вода, сепаратор считается трехфазным. Количество фаз соответствует количеству жидкостей, выходящих из сепаратора, а не количеству жидкостей на входе в сепаратор.

Например, в сепараторы, используемые при работе со скважиной, поступают газ, нефть и вода, но только газ и жидкость разделяются. Жидкость перетекает в другой сепаратор, где нефть отделяется от воды. Поэтому, двухфазный сепаратор - это тот, в котором входящая жидкость разделяется на две разные жидкости, а трехфазный обеспечивает разделение на три продукта.

Сепаратор любой формы может быть двухфазным или трехфазным. Другими словами, может быть горизонтальный двухфазный, горизонтальный трехфазный, вертикальный двухфазный сепаратор и т.д.

Некоторые жидкости из скважины могут содержать песок или твердые частицы, которые фильтруются в сепараторе. Специальные внутренние фильтры задерживают и собирают твердые частицы, однако, по классификации сепараторов это не является дополнительной фазой.

Принципы сепарации

Для функционирования сепараторов необходимы два фактора:

1. Разделяемые жидкости не должны растворяться друг в друге.

2. Одна жидкость должна быть легче другой.

Разделение жидкостей в сепараторе зависит от силы тяжести. Но сепарация невозможна только при действии силы тяжести, если жидкости растворяются друг в друге. Например, смесь из дистиллята и сырой нефти не будет разделяться в сепараторе, поскольку они растворяются друг в друге. Их нужно разделять в процессе перегонки.

Поскольку при разделении жидкостей сепараторы зависят от силы тяжести, скорость, с которой две жидкости могут быть разделены, зависит от разницы в весе жидкостей. Газ обычно имеет вес 5% от веса нефти, поэтому нефть и газ разделяются за секунды. С другой стороны, нефть может весить 75% от веса воды и на их разделение уйдет несколько минут. Разница в весе жидкостей является главным фактором, влияющим на процесс сепарации.

Плотностью жидкости называется отношение веса жидкости к ее объему. Плотность воды -1000 кг/м³, плотность сырой нефти - около 800 кг/м³. Плотность газа зависит прежде всего от его давления. Например, плотность 1м³ природного газа при давлении 5200 кПа, составляет около 36 кг/м³. Может показаться, что газ с такой плотностью немедленно отделится от сырой нефти с плотностью 800 кг/м³. Действительно, на 95% сепарация произойдет почти сразу. Однако жидкость будет оставаться в газе в виде мельчайших капелек, которые должны выделиться для завершения сепарации. Если капельки жидкости не выделятся в сепараторе, впоследствии они могут создать серьезные проблемы, когда начнут появляться в газовой линии.

Выход капелек жидкости из газа является наиболее трудной операцией в сепараторе. Обычно мельчайшие капельки не выделяются из газа до тех пор, пока не начнут соединяться и образовывать большие по объему капельки.

Для образования больших капель применяются специальные внутренние устройства.

В сепараторах используются отражатели, конденсато-сборники, каплеобразователи, выпрямители и фильтры. В

каждом устройстве капельки жидкости собираются к поверх­ности устройства и соединяются с другими капельками, образуя большие капли. Эффективность сепарации зависит от размеров площади поверхности каплеобразования.

Капли жидкости будут выделяться из газа при следующих условиях:

1. Газ остается в сепараторе достаточно долго, чтобы начался процесс каплеобразования.

2. Поток газа через сепаратор достаточно невелик, чтобы не допустить завихрений, которые могут перемешивать газ и препятствовать каплеобразованию.

Разница в весе газа и жидкости определяет максимальный уровень потока газа, при котором возможно каплеобразование. Например, каплеобразование будет происходить при давлении газа 5200 кПа если газ движется в сепараторе со скоростью меньше, чем 30 см/сек. Другими словами, сепаратор достаточно большой для того, чтобы газ продвигался в нем от входа к выходу со скоростью 30 см/сек или меньше.

Как уже было сказано, при давлении 5200 кПа плотность газа составляет 36 кг/м³, в то время как его естественная плотность составляет 1,6 кг/м³ при давлении 102 кПа. Поскольку плотность газа при давлении 102 кПа меньше, капли нефти будут выделяться быстрее в связи с тем, что будет больше разница в весе между газом с низким давлением и нефтью. Газ может продвигаться быстрее в сепараторе с низким давлением и фактически передвигается со скоростью 152 см/сек, не нарушая процесса каплеобразования.

В большинстве случаев пузырьки газа выходят из жидкости через 30-60 секунд. Поэтому сепаратор конструируется таким образом, чтобы жидкость оставалась в емкости от 30 до 60 секунд. Время, которое жидкость находится в емкости сепаратора, называется временем пребывания жидкости. Если необходимо, чтобы у сепаратора было время пребывания жидкости 60 секунд, а уровень притока на входе 380 л/мин, то часть сепаратора, предназначенная для жидкости, конструируется для возможности вмещения 380 литров.

Еще одна причина, по которой газ и жидкость, выходящие из сепаратора, должны быть чистыми, заключается в том, что присутствие одного из них в другом не позволит производить точные замеры притока. Когда в жидкости содержатся пузырьки газа, объем такой смеси увеличивается на объем газа, находящегося в ней. Капельки жидкости в газе также приводят к завышению показаний замеров.