Проектирование и оптимизация сепараторов

Когда нефть и газ выводятся на поверхность, наша главная цель заключается в транспортировке нефти и газа из устья скважины на нефтеперерабатывающий завод (для окончательной переработки). Все оборудование и процессы, необходимые для достижения этого, находятся на объекте поверхностного производства. Следовательно, все поверхностное производство начинается прямо у устья скважины. Начиная с устья скважины, сложная смесь добываемых жидкостей поступает из эксплуатационной трубы в линию потока. Как правило, пробурено много скважин для эффективного получения углеводородов, содержащихся в полевых условиях. Из каждой из этих скважин выходят одна или несколько линий потока в зависимости от того, сколько слоев производится одновременно. В зависимости от физического ландшафта области и ряда других факторов окружающей среды, каждой из линий потока может быть разрешено продолжить от устья скважины до центрального обрабатывающего объекта, обычно называемого производственной платформой или проточной станцией, которая затем переносит текучую среду на рабочую платформу. Комбинация устья скважины, линий потока, объемных колонн, клапанов и фитингов, необходимых для сбора и транспортировки добываемой текучей среды на производственную платформу, называется системой сбора.

Собранные жидкости необходимо обработать, чтобы повысить их ценность. Прежде всего, жидкости должны быть разделены на их основные фазиальные компоненты, а именно на нефть, воду и природный газ. Система разделения выполняет эту функцию. Для этого система обычно состоит из свободного выталкивания воды (FWKO), нагревателя проточной линии и нефтегазовых (двухфазных) сепараторов. Мы рассмотрим дизайн этого последнего компонента.

Физическое разделение этих трех фаз осуществляется в несколько этапов. Сначала воду отделяют от углеводородной смеси (с помощью FWKO), а затем углеводородную смесь разделяют на две углеводородные фазы (газ и масло/конденсат). Успешное разделение углеводородов максимизирует производство конденсата или масла и улучшает его свойства. В полевых приложениях это достигается посредством разделения ступеней. Сегментное разделение нефти и газа осуществляется с помощью серии сепараторов, работающих при последовательном уменьшении давления. Жидкость выгружается из сепаратора более высокого давления в сепаратор следующего низкого давления. Цель разделения этажа состоит в том, чтобы получить максимальное извлечение жидких углеводородов из текучих сред, поступающих из устьев скважин, и обеспечить максимальную стабилизацию как жидких, так и газовых стоков.

Поверхностное производство: физическая установка, в которой жидкости, поступающие из устья скважины, разделены на три основных компонента: вода, нефть и природный газ.

Обычно наиболее экономично использовать от трех до четырех этапов разделения для углеводородной смеси. Пять или шесть могут выплачиваться в благоприятных условиях, когда, например, текущая жидкость устья скважины находится при очень высоком давлении. Однако увеличение выхода жидкости с добавлением новых стадий не является линейным. Например, увеличение количества жидкостей, полученных путем добавления одного этапа в одноступенчатую систему, вероятно, будет существенным. Однако добавление одного этапа в систему с тремя или четырьмя этапами вряд ли приведет к существенному усилению. В целом было обнаружено, что трехступенчатая разделительная система является наиболее экономически эффективной. На рисунке 20.2 показана эта типичная конфигурация.

В предположении о равновесных условиях и знании состава потока текучей среды, поступающего в сепаратор, условий рабочего давления и температуры, мы могли бы применить наши текущие знания о равновесии VLE (расчеты вспышки) и рассчитать пар и жидкие фракции на каждом этапе, Однако, если мы планируем проектирование и оптимизацию установки для разделения, мы хотели бы знать оптимальные условия давления и температуры, при которых мы получили бы самую экономичную прибыль от операции. В этом контексте мы должны иметь в виду, что разделение этажа направлено на снижение давления добываемой текучей среды на последовательных этапах, что приведет к лучшему и большему восстановлению нефти и конденсата в резервуаре.

Вычисления сепаратора в основном выполняются для определения:

• оптимальные условия разделения: давление и температура сепаратора;
• композиции отделенной газовой и масляной фаз;
• объемный коэффициент заполнения;
• производство соотношения газ–масло;
• плотность API масла в резервуаре.

Давайте рассмотрим случай трехступенчатого разделения. В общем, температурные условия в устройстве для поверхностного разделения очень сильно зависят от атмосферного состояния и температуры поступающего потока. Что касается давлений, то первое давление сепаратора контролируется линиями сбора, идущими от головок, поэтому в первом сепараторе нет места для игры с давлением. Те же аргументы справедливы и для последнего этапа разделения (запаса), который обычно работает в атмосферных условиях. Поэтому для оптимизации мы оставляем только средний разделитель.

Как оказалось, ключом к проектированию трехступенчатой системы разделения является поиск оптимального давления, при котором будет работать второй сепаратор. Вопрос, на который мы ответим, – какое давление, которое приведет к тому, что жидкость для лучшего качества выйдет из склада для продажи Мы не хотим делать это эмпирически. Это означает, что мы не хотим играть со вторым давлением сепаратора в поле, пока мы не найдем оптимальное условие. Что мы можем сделать, используя наши знания о фазовом поведении, – это найти это оптимальное давление средней ступени, используя наше понимание равновесия VLE.

На рисунке 20.3 показан типичный эффект игры с давлением среднего сепаратора на качество и количество добытого масла/конденсата на складе. Качество и количество измеряются с точки зрения свойств, таких как API и B O, и общего GOR на установке разделения.

Оптимальное значение давления для средней ступени – это тот, который дает максимальный выход жидкости (минимизируя GOR и B o) максимального качества (максимизируя гравитационный вес API–контейнера). Чем меньше значение GOR и B o, тем больше выход жидкости. Чем выше плотность API-жидкости в резервуаре, тем более выгодна его коммерциализация. Из рисунка 20.2 видно, что это условие не найдено ни при экстремальных (низких / высоких) значениях давления средней ступени. Фактически существует оптимальное значение давления средней ступени. Это значение, которое мы ищем.

Модель фазового поведения, которую мы описали в этих сериях лекций, обеспечивает базовую структуру для типа требуемых здесь вычислений. Кроме того, мы обсудили, как API и B o могут быть рассчитаны с использованием вывода модели поведения фазы. Выполняя расчеты для трехступенчатой разделительной системы, имейте в виду, что мы имеем минимальный контроль над давлением подачи, так как мы не хотим блокировать скважину (сепаратор высокого давления). Мы также не контролируем давление на линии продаж (давление в резервуаре). Контроль, который у нас есть, – это рабочее давление среднего сепаратора.

Напомним, что для нахождения оптимального давления требуется, в частности, найти минимальное соотношение газ-масло (GOR, SCF/STB). В этом случае мы имеем дело с полным GOR. Общее GOR представляет собой совокупное количество газа из всех трех сепараторов, деленное на количество жидкости/конденсата, выходящего из запасного резервуара. Во время нашего обсуждения B o – вычислений мы назвали n st молями жидкости, покидающей запасной бак на моль корма, поступающего в отделение. Это число может быть получено путем последовательного мигания 1 фунта воды через каждую из ступеней разделения. Вспоминая определение ГОР.

Как правило, запасной бак считается работающим в стандартных условиях (p sc , T sc ). Теперь вы готовы сделать свой собственный дизайн отделки поверхности.