20.2: Проектування та оптимізація сепараторів
- Page ID
- 29097
Після виведення нафти і газу на поверхню нашою головною метою стає транспортування нафти і газу з гирла свердловини на НПЗ (для остаточної переробки) в найкращому вигляді. Все обладнання та процеси, необхідні для цього, знаходяться на заводі поверхневого виробництва. Отже, весь поверхневий видобуток починається прямо на гирлі свердловини. Починаючи з гирла свердловини, складна суміш вироблених рідин пробирається з виробничих труб в проточну лінію. Зазвичай для ефективного видобутку вуглеводнів, що містяться в родовищі, пробурено багато свердловин. З кожної з цих свердловин виходять по одній або декількох проточних лініях в залежності від того, скільки шарів виробляється одночасно. Залежно від фізичної місцевості місцевості та кількох інших факторів навколишнього середовища, кожній з ліній потоку може бути дозволено продовжувати рух від гирла свердловини до центрального переробного об'єкта, який зазвичай називають виробничою платформою або проточною станцією. Якщо ні, то всі потокові лінії або кілька з них спорожняють свій вміст у більший трубопровід, який називається об'ємним колектором, який потім переносить рідини на виробничу платформу. Поєднання гирла свердловини, потокових ліній, сипучих колекторів, клапанів та фітингів, необхідних для збору та транспортування сирої рідини, що виробляється, на виробничу платформу, називається системою збору.
Зібрані рідини повинні бути оброблені, щоб підвищити їх цінність. Перш за все, рідини повинні бути розділені на їх основні фазові компоненти, а саме нафту, воду та природний газ. Система поділу виконує цю функцію. Для цього система зазвичай складається з вільного вибивання води (FWKO), нагрівача проточної лінії та нафтогазових (двофазних) сепараторів. Ми будемо розглядати дизайн цього останнього компонента.
Фізичне поділ цих трьох фаз здійснюється в кілька етапів. Вода відокремлюється спочатку від вуглеводневої суміші (за допомогою ФВКО), а потім вуглеводнева суміш розділяється на дві вуглеводневі фази (газ і нафту/конденсат). Успішне поділ вуглеводнів максимізує видобуток конденсату або нафти, а також підвищує його властивості. У польових додатках це досягається за допомогою поділу ступенів. Ступінчаста сепарація нафти і газу здійснюється за допомогою серії сепараторів, що працюють при послідовно зниженому тиску. Рідина скидається з сепаратора вищого тиску в наступний сепаратор нижчого тиску. Метою ступеневої сепарації є отримання максимального відновлення рідких вуглеводнів з рідин, що надходять з гирла свердловин, і забезпечення максимальної стабілізації як рідких, так і газових стоків.
Поверхневий виробничий об'єкт: Фізична установка, де рідини, що надходять з гирла свердловини, розділені на три основні складові: вода, нафта та природний газ.
Зазвичай найбільш економічно використовувати три-чотири ступені поділу для вуглеводневої суміші. П'ять або шість можуть виплачувати за сприятливих умов, коли — наприклад, — вхідна рідина гирла свердловини виявляється при дуже високому тиску. Однак збільшення виходу рідини з додаванням нових стадій не є лінійним. Наприклад, збільшення кількості рідин, отриманих шляхом додавання одного етапу до одноступінчастої системи, ймовірно, буде значним. Однак додавання одного етапу до системи трьох або чотирьох ступенів, швидше за все, не призведе до будь-якого великого значного виграшу. Загалом було встановлено, що триступенева розділова система є найбільш економічно ефективною. На малюнку 20.2 показана ця типова конфігурація.
Зважаючи на умови рівноваги та знаючи склад потоку рідини, що надходить у сепаратор, та умови робочого тиску та температури, ми могли б застосувати наші сучасні знання рівноваги VLE (розрахунки спалаху) та обчислити фракції пари та рідини на кожному етапі. Однак, якщо ми розглядаємо проектування та оптимізацію сепараційної установки, ми хотіли б знати оптимальні умови тиску і температури, при яких ми б отримали найбільш економічний прибуток від експлуатації. У цьому контексті ми повинні мати на увазі, що поділ стадій спрямований на зменшення тиску виробленої рідини послідовними кроками, щоб призвести до кращого та більшого видобутку нафти/конденсату в резервуарах.
Розрахунки сепаратора в основному виконуються для визначення:
- Оптимальні умови поділу: тиск і температура сепаратора
- Склади відокремленої газової та нафтової фаз
- Коефіцієнт об'єму нафтоутворення
- Виробництво газо-нафтового співвідношення
- API гравітації запасного бака нафти
Давайте розглянемо випадок триступеневого поділу. Загалом, температурні умови в установці поверхневого поділу дуже сильно визначаються атмосферним станом і температурами вхідного потоку. Що стосується тиску, то найперший тиск сепаратора контролюється збиральними лініями, що надходять з оголовків свердловин, таким чином, в першому сепараторі не так багато місця для гри з тиском. Такі ж аргументи справедливі і для останнього етапу поділу (запасного бака), який зазвичай працює в атмосферних умовах. Тому нам залишається лише середній роздільник для оптимізації.
Як з'ясовується, ключем до проектування триступеневої системи розділення є пошук оптимального тиску, при якому працювати другий сепаратор. Питання, на яке ми відповіли б, полягає в тому, що «який тиск призведе до того, що рідина найкращої якості виходить із запасного резервуара для продажу?» Ми не хочемо робити це емпіричним шляхом. Це, ми не хочемо грати з другим ступенем сепаратора тиску в полі, поки в кінцевому підсумку не знайдемо оптимальну умову. Що ми можемо зробити, використовуючи наші знання про фазову поведінку, полягає в тому, щоб знайти цей оптимальний тиск середньої стадії, застосовуючи наше розуміння рівноваги VLE.
На малюнку 20.3 показаний типовий ефект гри з середнім тиском сепаратора на якість та кількість видобутої нафти/конденсату в запасному резервуарі. Якість та кількість вимірюються з точки зору властивостей, таких як API та B o, а також загальний GOR на об'єкті розділення.
Оптимальним значенням тиску для середньої ступені є те, що забезпечує максимальний вихід рідини (за рахунок мінімізації GOR і B o) максимальної якості (за рахунок максимізації гравітації API-резервуара). Чим менше значення ГОР і В о, тим більше вихід рідини. Чим вище сила тяжіння API рідини з резервуаром, тим вигідніше її комерціалізація. З малюнка 20.2 ми бачимо, що ця умова не знайдена ні при крайніх (низьких/високих) значеннях тиску середньої ступені. Існує, по суті, оптимальне значення для тиску середньої ступені. Це значення, яке ми шукаємо.
Модель фазової поведінки, яку ми описали протягом цих серій лекцій, забезпечує базову основу для типу розрахунків, необхідних тут. Крім того, ми обговорили, як API і B o можна обчислити за допомогою виводу моделі фазової поведінки. Роблячи розрахунки для триступеневої системи розділення, майте на увазі, що ми маємо мінімальний контроль над тиском подачі, оскільки ми не хочемо гальмувати свердловину (сепаратор високого тиску). Ми також не контролюємо тиск у лінії продажу (тиск у резервуарі). Контроль, який ми маємо, - це робочий тиск середнього сепаратора.
Нагадаємо, що пошук оптимального тиску вимагає, зокрема, знаходження мінімального співвідношення газу до нафти (GOR, SCF/STB). Ми маємо справу, в даному випадку, із загальним ЄР. Загальний ГОР - це сукупна кількість газу з усіх трьох сепараторів, поділена на кількість рідини/конденсату, що виходить із запасного резервуара. Під час нашої дискусії про B o -розрахунках ми назвали «n st» молями рідини, що виходить із запасного резервуара на моль корму, що надходить на сепараційну установку. Це число можна отримати, послідовно прошиваючи 1 фунмоль корму через кожну зі стадій поділу. Згадуючи визначення ГОР,
\[G O R=\frac{\text { Total Volume of Gas produced (in standard cubic feet) }}{\text { Total Volume of Liquid produced (in stock-tank barrels) }}=\frac{\left(V_{g}\right)_{S C}}{\left(V_{o}\right)_{s r} 15.615} \label{20.1}\]
де:
\[\left(V_{o}\right)_{s r}=\frac{n_{s t}\left(Z_{o}\right)_{st} R T_{s t}}{P_{s t}}\]
\[\left(V_{g}\right)_{s c}=379.4 \frac{S C F}{l b m o l} \cdot\left(n_{g}\right) T O T A L=379.4 \cdot\left(1-n_{s t}\right)\]
[основа: 1 фунмоль корму]
Тому
\[G O R=\frac{5.615}{379.4} R\left(\frac{n_{s t}}{1-n_{s t}}\right)\left(\frac{T_{s t}}{P_{s t}}\right)\left(Z_{o}\right)_{s c}[S C F / S T B] \label{20.2}\]
Зазвичай запас бака вважається працювати в стандартних умовах (p sc, T sc). Тепер ви готові зробити свій власний дизайн поділу поверхні!