Сепарация нефти от газа

     Внедрение напорной герметизированной системы сбора нефти и газа связано с необходимостью применения нового сепарационного оборудования и определения оптимальных режимов сепарации (отделения) нефти от газа.

     Работу по изучению процесса отделения нефти от газа ведутся в Гипровостокнефти, БашНИПИнефти и ряде других институтов. При рассмотрении влияния различных параметров на сепарацию выделяют два основных показателя:

полноту извлечения газа из нефти и унос капелек нефти вмести с газом. Эти показатели зависят от числа ступеней сепарации, давления по ступеням сепарации, температуры и объёма поступающей нефтегазовой смеси, а также от конструкции сепараторов.

     Повышение давления в сепараторе приводит к уменьшению рабочего газового фактора, плотности, молекулярного веса и теплоты сгорания выделяющегося газа, а также к уменьшению содержания в нём тяжёлых углеводородов. Нефть при этом становится менее плотной и вязкой, увеличивается в ней содержание лёгких углеводородов, которые улетучиваются при снижении давления до атмосферного.

     Состав отсепарированного газа в зависимости от давления меняется следующим образом: при увеличении давления в сепараторе уменьшается содержание пропана, бутанов и пентанов+высшие, увеличивается содержание митана. Так, при повышении давления сепарации от 0,2 до 1,5 кгс/см² количество прпана и бутанов уменьшилось от 498-572 до 382-446 г/м³, а количество пентанов+высшее-от 104-125 до 52-82 г/м³.

     Существенное влияние на количество и состав выделяющегося газа оказывает температура сепарации. С повышением температуры увеличивается количество выделяющегося газа, а также содержание в нём тяжёлых углеводородов. При изменении режима сепарации на практике, как правило, температуру нефтегазовой смеси искусственно не меняют.     Поэтому влияние температуры на процесс сепарации связано с изменением температуры окружающей среды и дебита скважины.

     Влияние изменения расхода особенно заметно при сепарации в вертикальных гравитационных cепараторах. Увеличение производительности по нефти приводит к редкому возрастанию уноса газа вместе с нефтью. Количество уносимого газа тем больше, чем выше скорость движения нефти. При сепарации больших количеств газонефтяной смеси приходится увеличивать число сепараторов с тем, чтобы добиться оптимальной производительности каждого из них.

     Величина газового фактора сепарируемой нефти оказывает такое же влияние на качество сепарации, как и производительность. С увеличением газового фактора повышается унос газа вместе с нефтью при неизменной производительности сепаратора. Поэтому сепарация нефтей с большими газовыми факторами в вертикальных гравитационных сепараторах связана с потерями лёгких углеводородов даже при небольших расходах газонефтяной смеси.

     При высоких устьевых давлениях скважин применяется многоступенчатая сепарация  нефти и газа,  имеющая следующие преимущества перед одноступенчатой сепарацией:

•      а) увеличивается количество товарной за счет сохранения в ней лёгких углеводородов; нефть становится менее плотной и вязкой;
•      б) используется энергия пласта при транспорте нефтяного газа первых ступеней сепарации;
•      в) уменьшается содержание тяжёлых углеводородов в нефтяном газа первых ступеней сепарации, что облегчает его транспорт.

     Гипровостокнефтью были проведены исследования многоступенчатой сепарации на передвижной установке, состоящей из моделей газосепараторов промышленного типа. 

На основании анализа полученных результатов были сделаны следующие выводы:

1.      а) при многоступенчатой сепарации количество жидких углеводородов после сепарации на 2,0-2,5% по весу, причём около 50% этой величины составляют тяжёлые углеводороды;
2.      б) газоперерабатывающие заводы следует строить в две очереди: сначала установки для газа низших ступеней сепарации, а затем вводить вторые очереди переработки газа первой ступени сепарации; это повышает степень утилизации газа в начале эксплуатации месторождения;
3.      в) многоступенчатая сепарация особенно эффективна на новом, еще не обустроенном нефтяном месторождении с достаточно высокими, устойчивыми во времени устьевыми давлениями на скважинах.

     Институтом   БашНИПИнефть   проводились   опыты   по   изучению многоступенчатой сепарацией башкирских месторождений. Режимы сепарации устанавливали практически возможные, исходя из существующего фонда скважин и давлений на их устьях. 

В результате опытов были отмечены следующие закономерности:

     а) количество отсепарированного газа зависит от числа ступеней сепарации и распределения давления: с увеличением числа ступеней сепарации количество газа уменьшается, а при равном числе ступеней сепарации выделение газа уменьшается при повышении давления на первой ступени;

     б) весовое количество газа при многоступенчатой сепарации может быть уменьшено на 20-25%, в основном за счет снижения в нём пропан-бутановой фракции;

     в) сокращение тяжёлых фракций в отсепарированном газе, достигаемое при многоступенчатой сепарации, не исключает необходимости отбензинивания его на газопереробатывающих заводах.

     В зарубежной практике на нефтяных промыслах используются газонефтяные сепараторы двух типов-двухфазные и трехфазные. В трехфазных сепараторах, помимо отделения газа от нефти, производится и отделение воды. 

Как двухфазные, так и трёхфазные сепараторы выполняются следующих конструкций:

вертикальные, горизонтальные и сферические.

     По эффективности сепарации, устойчивости сепарированных фаз и производительности лучшие показатели у горизонтальных сепараторов. Вертикальные сепараторы отличаются большей гибкостью регулирования, а сферические-простой конструкции. Для нефтей с большими газовыми факторами применяются, как правило, горизонтальные сепараторы.

     Выделение газа из нефти при ступенчатом разгазировании осуществляется только за счёт снижения давления; при этом бесполезно теряется колоссальный запас энергии, заключённый в нефтегазовом потоке, что приводит к необходимости применения для дальнейшего сбора и транспорта нефти и газа дорогостоящих компрессорных и насосных агрегатов. Современные сепараторы не позволяют осуществлять дифференцированную сепарацию, т.е. иметь несколько ступеней сепарации в одном аппарате.

     Дальнейший прогресс в области сепарации нефти от газа возможен при обеспечении максимального снижения затрат энергии на процесс сепарации, с тем чтобы заключённую в нефтегазовом потоке энергию использовать главным образом для транспорта нефти и газа. Необходимо также значительное повышение эффективности работы сепарационных аппаратов.

     В этих целях могут быть испытаны такие принципы разделения нефти и газа, как воздействие на нефтегазовую смесь ультразвука, тепла, центробежных сил, а также сепарация в тонких слоях и адгезия. Возможно, что эффективное решение проблемы сепарации нефти от газа может быть найдено при комбинации указанных принципов.