Установка для сепарации нефти

УСТАНОВКА ДЛЯ СЕПАРАЦИИ НЕФТИ
Полезная модель относится к устройствам для сепарации нефти на промыслах и может быть использована в других отраслях промышленности для разделения жидкости и газа.
Известна система сбора и подготовки нефти, включающая газосепаратор и концевой сепаратор, в которой трубопровод вывода газа газосепаратора соединен с подводящим трубопроводом концевого сепаратора (а. с. СССР № 1233899, B01D 17/00, C10G 33/00, 1986).
Недостатком данной системы является отсутствие в концевом сепараторе специального устройства - распределителя газа, в результате чего не происходит полного извлечения из нефти растворенного газа и её легких углеводородных фракций. В подводящем же трубопроводе концевого сепаратора невозможно осуществить эффективный массообмен между нефтью и газом.
Известен аппарат для подготовки нефти, включающий емкость со штуцерами для ввода эмульсии и вывода отделившихся фаз, с горизонтальным коллектором для распределения эмульсии по объему емкости, состоящим из разветвленных раздаточных труб с концевыми перфорированными отводами на них (патент РФ №. 2126707, ВО ID 17/00, 1999).
Этот аппарат оснащён достаточно совершенным распределительным устройством для интенсификации обезвоживания нефти. Однако аппарат не может быть использован для дегазации нефти, т. к. размещение распределительного устройства не соответствует механизму разделения газовой и нефтяной фаз. На выходе аппарата в нефти будет присутствовать значительное количество как растворенного.
2003120 1 51
МПК7-ВОШ 17/00
так и свободного (в виде пузырьков) газа, что делает его практически непригодным для целей сепарации нефти и газа.
Наиболее близкой к предлагаемому решению принята установка для деэмульсации нефти, которая содержит сепараторы первой и второй ступени, соединенные газопроводом, а внутри сепаратора второй ступени размещен распределитель газа с перфорированными отводами (а. с. СССР № 552988, B01D 17/00, C10G 33/00, 1977).
Данная установка обладает таким недостатком, как нерациональное размещение распределителя газа внутри сепаратора (над уровнем раздела сред «вода - нефть), что приводит к снижению его производительности, некачественному разделению нефтяной и газовой фаз и низкой эксплуатационной надежности из-за работы распределителя газа в зоне высокой концентрации неразрушенной эмульсии, содержащей большое количество смол, асфальтенов и механических примесей, забивающих отверстия в отводах распределителя газа.
Задачей технического решения является создание установки для сепарации нефти на промыслах с высокими производительностью, надежностью, качеством разделения фаз, обеспечивающей глубокую дегазацию (стабилизацию) нефти при различном исходном содержании в ней растворенного газа и легких углеводородных компонентов.
Поставленная задача решается в установке для сепарации нефти, включающей сепаратор первой ступени и соединенный с ним посредством газопровода горизонтальный цилиндрический сепаратор концевой ступени с размещенным внутри него распределителем газа с перфорированными отводами и оборудованный штуцером вывода нефти, где распределитель газа, расположенный в сепараторе концевой ступени, размещен вдоль его нижней образующей на высоте, равной 0,,25 диаметра упомянутого сепаратора, а расстояние между торцом распределителя газа и штуцером вывода нефти составляет не менее 0,2
IUjDI
длины сепаратора концевой стунени. Количество и диаметр перфорированных отводов распределителя газа выбраны так, что обеспечивают скорость движения газа в них не более 5 м/с. Диаметры отверстий в отводах распределителя газа выбраны так, что обеспечивают формирование газовых пузырьков диаметром менее 3 мм.
Предлагаемое размещение распределителя газа от нижней образующей сепаратора концевой ступени на высоте, равной 0,15- 0,25 его диаметра, позволяет максимально охватить газовым барботажем поперечное сечение массообменной части сепаратора. Образовавшаяся отстойная часть сепаратора концевой ступени, находящаяся между торцом распределителя газа и штуцером вывода нефти, определена из условия, что пузырьки газа успевают всплыть за время пребывания нефти в отстойной части и не уносятся потоком нефти из выходного штуцера сепаратора.
Выбор количества и диаметра перфорированных отводов распределителя газа является конструкторским решением и определяется в зависимости от производительности сепаратора по нефти и газу. При этом скорость газа в отводах и диаметр отверстий в них выбраны так, что обеспечивает пузырьково - струйчатый режим истечения газа через отводы, осуществляя таким образом наиболее интенсивное перемешивание нефти газом (газовый барботаж). Размеры образующихся пузырьков таковы, что способствуют быстрому осуществлению диффузионных процессов на границе «нефть-газ, и одновременно обеспечивают быстрое всплытие пузырьков к поверхности нефти.
На фиг. 1 изображена технологическая схема установки и общий вид сепаратора концевой ступени.
На фиг. 2 показан вид по стрелке А на фиг. 1. На фиг. 3 показан узел Б (вид сверху) на фиг. 1
1)0/ГЯО/
На фиг. 4 приведен график зависимости площади охвата барботажем поперечного сечения сепаратора концевой ступени от высоты установки распределителя газа.
Установка для сепарации нефти включает сепараторы 1 и 2 первой и концевой ступени соответственно, которые соединены друг с другом газопроводом 3. Горизонтальный цилиндрический сепаратор концевой ступени 2 оборудован штуцерами 4 и 5 ввода нефти и ввода газа и штуцерами 6 и 7 вывода нефти и вывода газа. Внутри сепаратора 2 концевой ступени в передней его части вдоль нижней образующей на высоте Н, равной 0,,25 диаметра D сепаратора 2, размещен распределитель газа 8 с перфорированными отводами 9. Распределитель газа 8 подсоединен к щтуцеру 5 с помощью вводного патрубка 10 и заканчивается закрытым торцом 11, расположенным от штуцера вывода
нефти 6, на расстоянии i, составляющем 0,2 длины L сепаратора 2. Отвод 9 диаметром di имеет ряд отверстий 12 диаметром d2.
Установка работает следующим образом. Сырая газированная нефть поступает из скважин в сепаратор 1 первой ступени, где осуществляется предварительная дегазация нефти. Выделившийся при этом газ подается потребителю под давлением сепарации или с помошью компрессоров. Частично разгазированная нефть поступает из сепаратора 1 первой ступени в сепаратор 2 концевой ступени через штуцер 4. В сепараторе концевой ступени осуществляется окончательная дегазация нефти перед подачей её в открытый резервуар для хранения и дальнейшей транспортировки.
Для интенсификации процесса выделения растворенного газа из нефти и извлечения из неё летучих углеводородных фракций из сепаратора 1 первой ступени по газопроводу 3 через штуцер 5 и вводной
патрубок 10 подается газ в распределитель газа 8, размещенный в сепараторе 2 концевой ступени.
Газ, проходя с определенной скоростью через отверстия 12 в перфорированных отводах 9, интенсивно перемешивает весь объем нефти, находящейся над распределителем. При этом из нефти полностью выделяется растворенный газ, а мелкодисперсные пузырьки газа первой ступени интенсивно экстрагируют в себя летучие углеводородные компоненты из нефти в концевом сепараторе, в результате чего удается получить нефть с низким давлением насыщенных паров (300 - 400 мм рт. ст. по Рейду при норме 500 мм рт. ст.)
В отстойной зоне сепаратора 2 концевой ступени, находящейся между закрытым торцом 11 распределителя газа и штуцером 6 вывода нефти, пузырьки газа всплывают, и затем весь газ удаляется через штуцер 7. Дегазированная стабильная нефть отводится из сепаратора концевой ступени через штуцер 6.
Для стандартного сепаратора диаметром D  3м и длиной L  11м высота от нижней образующей сепаратора, на которой располагается распределитель газа, составит 0,,75 м. Длина отстойной части аппарата должна быть не менее 2,2 м.
При диаметре отвода di  50 мм и расходе газа, подаваемого на барботаж, 16 000  потребуется 20 отводов, что соответствует двум последовательно соединенным узлам, показанным на фиг. 3.
Диаметр отверстий di в отводах в докритическом (пузырьковом) режиме истечения газа определяется из выражения:
, ,
U,.
dn - диаметр пузырька; a - коэффициент поверхностного натяжения; g - ускорение свободного падения; рн - плотность нефти; Рг плотность газа.
При рн  851 кг/м рг  1,0 кг/м и а   Дж/м диаметр отверстий d2 должен быть равным  мм, что обеспечит формирование пузырьков диаметром 2,,96 мм.
Размещение распределителя газа от нижней образующей сепаратора на высоте 0,,25 его диаметра является оптимальным, так как соответствует максимальному охвату барботажем поперечного сечения сепаратора при различных номинальных уровнях нефти (от 1,5 до 2,7 м), что иллюстрируется графиком на фиг. 4.
Предложенная установка была испытана в условиях нефтяного месторождения с плотностью сепарированной нефти 812 кг/м и газовым фактором 230 .
Получен значительный эффект снижения давления насыщенных паров (рЦНП) товарной нефти в результате применения предложенной установки. Так, если до применения установки ДНП находилось в пределах 510 - 575 мм рт. ст. и превышало требуемую норму (500 мм рт. ст.), то в результате применения установки ДНП снизилось до 343 - 418 мм рт. ст.
Предлагаемая установка позволяет наиболее полно использовать объем сепаратора концевой ступени, т. е. увеличить его производительность, осуществить глубокую дегазацию нефти путем более полного извлечения из нее растворенного газа и летучих углеводородных фракций.
,I)J)I (