�5-Лекция�Тема: Основные требование предявлемые в подготовке и сбора нефти в промыслах

1

Карши, 2023

Министерство высшей образования, науки и инновации

Республики Узбекистан

Каршинский инженерно-экономический институт

�5-Лекция�Тема: Основные требование предявлемые в подготовке и сбора нефти в промыслах

2

Карши, 2023

План:

1. Требование качеству товарного нефти при первичной подготовки

2. Система сбора, подготовки и транспортировки нефти в промыслах

3. Оборудование первичной подготовка нефти в регионах Узбекистана

В начале разработки новой скважины нефть безводная или малообводненная.

​

По мере разработки месторождения обводненность возрастает и в конечном итоге достигает 80-85%

3

Рис.2– Динамика показателей разработки месторождения

1 – добыча нефти, 2 – стабильная добыча нефти, 3 – снижение добычи нефти и увеличение обводненность, 4 - большие объемы добычи пластовой воды малые объемы добычи нефти

Задача промысловой подготовки нефти и газа – отделение от нефти основной части попутного газа, пластовой воды, солей, механических примесей, и доведение сырья, до качества соответствующего ГОСТ.

Технологический процесс сбора и обработки нефти и газа заключается в последующем изменении состояния продукции нефтяной скважины

состоит из нескольких этапов:

1. Сбор нефти и газа;
2. Доведения нефти и газа до нормированных свойств.

Под сбором нефти и газа понимается их перемещение от замерных установок к пунктам их подготовки .

4

Обобщенная схема сбора, транспорта и подготовки нефти на промысле

Требования к качеству нефтей по ГОСТ

Требования к подготовленному к газу

• С точки зрения органической химии нефть – это смесь низко- и высокомолекулярных соединений, относящихся к различным гомологическим рядам.
• С позиций аналитической химии нефтяные системы представляют собой смеси органических соединений сложного состава. Расшифровка проводится с помощью современных физико-химических методов анализа (масс – спектрометрии, хромато-масс-спектрометрии, ЯМР-спектроскопии и др.).

• В физической химии нефти можно определить как многокомпонентную смесь сложного состава, способную в широком интервале значений термобарических параметров изменять агрегатное состояние и, соответственно, объемные свойства. До сих пор нефтяные системы рассматриваются как молекулярные растворы, а технологические расчеты производятся на основе физических законов, описывающих молекулярные растворы: законы Рауля-Дальтона, Генри, Амага, Дарси и др.

• С позиций коллоидной химии нефть – это сложная многокомпонентная смесь, которая в зависимости от внешних условий проявляет свойства молекулярного раствора или дисперсной системы.

КОМПОНЕНТЫ НЕФТИ

• Парафиновые углеводороды

Содержание парафиновых углеводородов в нефти зависит от происхождения. В нефти содержание парафинов колеблется от долей процентов до 20%.

! При осуществлении технологического процесса следует учитывать склонность их при определенных условиях к образованию ассоциатов.

С понижением температуры число молекул углеводородов в парафиновом ассоциате возрастает, т.к. парафиновая цепь из зигзагообразной формы переходит в распрямленную, линейную и в этом состоянии молекулы ВМ парафинов являются склонными к межмолекулярному взаимодействию (ММВ) и образуют надмолекулярные структуры.

! Парафиновые надмолекулярные структуры могут существовать в нефтяной системе только в области низких температур и полностью дезагрегируются при повышении температуры.

Склонность к ассоциации ВМ парафиновых углеводородов определяется:

• длиной цепей;
• наличием в них разветвлений;
• концентрацией парафина и других ВМ углеводородов и их соотношением;
• растворимостью парафиновых углеводородов;
• температурой системы и др. факторами.

• Нафтеновые углеводороды (циклоалканы)

Нафтеновые углеводороды в нефтях присутствуют в основном в виде углеводородов гибридного строения. Структурными звеньями гибридных углеводородов, кроме 5- и 6-членных колец, являются парафиновые цепи и ароматические циклы.

Нафтены могут преобладать над другими классами углеводородов в нефти. Содержание их колеблется от 25 до 75% масс.

Наибольшей устойчивостью обладают 5- и 6-членные циклы, например:

циклопентан, циклогексан, метилциклогексан, этилциклогексан.

! В отличие от парафиновых углеводородов с тем же числом атомов углерода циклоалканы находятся в ассоциированном состоянии при более высокой температуре.

• Ароматические углеводороды

Арены представлены в нефтях различными гомологическими рядами: моноциклические углеводороды ряда бензола; бициклические – ряда нафталина; три- и тетра - циклические углеводороды.

Арены, особенно полициклические, имеют повышенную склонность к ММВ. Полициклические ароматические углеводороды образуют двумерную (плоскостную) структуру и склонны к ММВ и в области высоких температур с образованием ССЕ.

​

• Смолисто-асфальтеновые вещества

Смолисто-асфальтеновые вещества (САВ) – высокомолекулярные гетероциклические соединения. Их содержание в нефти может доходить до 25-50% вес.

Смолы – вещества, растворимые в низкокипящих алканах, в нафтеновых и ароматических углеводородах.

Асфальтены – вещества, растворимые в сероуглероде CS2 и в тетрахлоруглероде СС14, в ароматических углеводородах, но не растворимые в низкокипящих алканах.

• Нефть представляет собой по отношению к асфальтенам смесь растворителей, лиофобных (метановые углеводороды и, возможно, нафтены) и лиофильных (ароматические углеводороды и, особенно, смолы).
• Если дисперсионная среда (нефть) содержит растворители (углеводороды) хорошо растворяющие асфальтены, то они, как правило, не образуют ассоциатов. Если же дисперсионная среда лиофобна по отношению к асфальтенам, то в таких нефтях асфальтены образуют ассоциаты, которые коагулируют и выпадают в твердую фазу, если степень ассоциации асфальтенов высока.

Состав нефти, добытой из залежи пласта и оставшейся в пласте после завершения разработки

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ПРОДУКЦИИ СКВАЖИН

• Сепарация нефти от газа;

​

• Сброс пластовой воды (предварительное обезвоживание).

Характеристика нефти

Нефть – это смесь у/в различного состава или, это раствор газообразных и твердых веществ в жидкости ( с физической точки зрения). С учетом ассоциативных сил взаимодействия групп веществ – нефть рассматривают как нефтяную дисперсную систему (НДС)

Групповой химический состав нефти: парафины, нафтены, ароматика, смолистоасфальтеновые вещества (САВ).

Элементный состав нефти:

• углерод 83-87%,
• водород 12-14%,
• сера 1-2%, кислород, азот,
• почти нет минеральных примесей

​

Требования к товарной нефти

Согласно ГОСТ 51858 «Нефть. Общие технические условия» к нефти предъявляются следующие требования:

Для нефти поставляемой на экспорт дополнительно определяется и нормируется фракционный состав и содержание парафина

Герметизированная система сбора и подготовки нефти, газа и воды.

АГЗУ – автоматическая групповая замерная установка; УПСВ – установка предварительного сброса воды; БКНС – блочная кустовая насосная станция; ПР – предварительное разделение; УПГ – установка подготовки газа; УПН – установка подготовки нефти; УПВ – установка подготовки воды; УУ и К – узел учета и контроля

Подготовка нефти.

В настоящее время в промышленности для обезвоживания и обессоливания нефти применяются следующие процессы:

• Сепарация;
• Отстаивание;
• Разделение под действием электрического поля;
• Разделение с применением химических реагентов (диэмульгаторов);
• Разделение в поле центробежных сил.

Все эти процессы могут проводиться при нормальной или повышенной температуре

​

​

Сепарация нефти

Сепарация газа от нефти – процесс отделения легких углеводородов и сопутствующих газов, происходит при снижении давления и повышении температуры, а так же вследствие молекулярной диффузии, содержащихся в нефти веществ в пространстве с их меньшей концентрацией над нефтью.

Сепарация нефти происходит на всем её пути движения:

• при подъеме нефти в скважине
• в трубопроводах
• в сепараторах
• в резервуарах

Вывод отсепарированного газа осуществляется в газосепараторах, сырьевых резервуарах, технологических резервуарах.

Каждый пункт отвода отсепарированного газа называется ступенью сепарации.

​

​

24

Классификация сепараторов

25

Сепараторы

По расположению

По форме корпуса

Горизонтальные

Вертикальные

Цилиндрические

Сферические

По месту в технологической схеме

По количеству сепарационных фаз

Двухфазные

Трехфазные

Входные

Промежуточные

Концевые

По основной сепарирующей силе

Гравитационные

Инерционные

По типу сепарационного устройства

Насадочные

Центробежные

По конструкции насадки

По количеству патрубков

Многопатрубковые

Однопатрубковые

Насыпные

Жалюзийные

Струйные

Сетчатые

Двухфазные сепараторы

Схема устройства двухфазного сепаратора

26

Двухфазные сепараторы

Схема устройства двухфазного сепаратора

27

Конструкция горизонтального сепаратора

Основные секции сепаратора

Основная

Осадительная

Сбора жидкости

Каплеулови-тельная

Основные секции сепаратора

Основные секции сепаратора

Основная сепарационная секция служит для основного разделения продукции скважины на газ и жидкость. Ввод сырья в секцию осуществляется тангенциально или нормально, но с применением специальных конструкций газоотбойника (дефлектора). Секция ввода газожидкостных смесей обеспечивает максимальное отделение крупнодисперсной фазы, особенно при высоком начальном содержании жидкой фазы, а также равномерный ввод газожидкостной смеси в аппарат, в том числе в секцию окончательной очистки газа от капель жидкости.

Основные секции сепаратора

Осадительная секция. В ней происходит дополнительное выделение пузырьков газа, содержащихся в нефти в состоянии окклюзии, т.е. поглощенные ею или не успевшие из нее выделится. В осадительной секции происходит выделение газа из нефти, которое усиливается, если нефть будет стекать по одной или нескольким наклонно расположенным плоскостям, называемым дефлекторами, и плавно без брызг сливаться в слой, расположенный в нижней части сепаратора.

Основные секции сепаратора

Секция сбора жидкости служит для сбора жидкости, из которой почти полностью выделился газ при давлении и температуре, поддерживаемых в сепараторе. Однако некоторое количество окклюдированного газа в ней еще имеется. Эта секция может быть разделена на две: первая – верхняя предназначена для нефти, нижняя – для воды, обе имеют самостоятельные выводы из сепаратора.

Основные секции сепаратора

Влагоуловительная секция расположена в верхней части сепаратора. Ее назначение улавливать частицы жидкости, увлекаемые потоком газа. Конструктивно может быть различной, и работа её может основываться на одном или нескольких принципах, например:

- столкновение потока газа с различного рода препятствиями: прилипание капель жидкости, силы адгезии;

- изменение направления потока: силы инерции;

- изменение скорости потока;

- использование центробежной силы;

- использование коалесцирующей набивки (металлические сетки) для слияния мелких капель жидкости в более крупные.

Основные классы сепараторов

По конструкции сепараторы можно условно разделить на два основных класса: гравитационные и инерционные.

В гравитационных сепараторах, представляющих собой большие горизонтальные или вертикальные емкости, разделение фаз происходит за счет силы тяжести. Поскольку размеры капель, попадающих в сепаратор из подводящего трубопровода, малы, то для их эффективного удаления из потока только за счет силы тяжести требуется длительное время и, как следствие этого, сепараторы имеют большие размеры.

В инерционных сепараторах разделение фаз происходит за счет сил инерции при обтекании газожидкостной смесью различных препятствий – насадок различной конструкции, при закручивании потока в центробежных патрубках – циклонах.

34

Насадки инерционных сепараторов

а, б, е – жалюзийные насадки; в – кольца Рашига;

г – сетчатые насадки; д, ж – уголковые насадки

35

Внутрикорпусные устройства сепараторов

36

Входная перегородка

Центробежное входное устройство

Лопастной каплеотбойник

Сетчатый каплеотбойник

Антизавихрители

Внутрикорпусные устройства сепараторов

Эффективность работы отбойных насадок зависит от нескольких факторов, основными из которых являются:

• допустимая скорость набегания газа,
• определенное количество жидкости, поступающей с газом,
• равномерная загрузка насадки по площади ее поперечного сечения.

​

В конструкциях сепараторов должны предусматриваться элементы, предотвращающие образование пены и гасящие ее, а также снижающие вредное влияние пульсации газожидкостного потока на сепарацию жидкости и газа.

​

37

Конструкции сепараторов

Горизонтальный (а) и вертикальный (б)сепараторы

Конструкции сепараторов

Газосепаратор с центробежными элементами

Конструкции сепараторов

Газосепаратор тонкой очистки газов

Конструкции сепараторов

Газосепаратор сетчатый

Материальный баланс

Сепарация по своей физической сущности является сочетанием физических и массообменных процессов, протекающих между газовой и жидкой фазами, содержащими большое количество компонентов, т.е. является сложным многокомпонентным процессом.

Qсырья = Qнефти + Qводы + Qгаза

Рассчитаем Qводы из отношения:

​

​

​

где w – начальная обводненность нефти, % масс.

42

Тепловой расчет

Целью теплового расчета является определение толщины тепловой изоляции.

​

где

• δиз – толщина тепловой изоляции;
• λиз – коэффициент теплопроводности материала изоляции;
• αн – коэффициент теплоотдачи в окружающую среду (воздух);
• tст ,tокр , tиз – соответственно температуры наружной стенки аппарата, окружающей среды и наружной поверхности теплоизоляционного слоя.

​

Коэффициент теплоотдачи можно рассчитать по приближенному уравнению: α_н =9,74+0,07∙Δt = 9,74+0,07∙10=11,14 Вт/м2∙К,

где Δt= t_из – t_окр, С.

Затем выбирают изоляционный материал.

43

Аппаратурный расчет

Основной целью технологического расчета является определение диаметра и высоты сепаратора.

Например:Qнефти перевести из м3/сут в м3/сек.

Для того чтобы рассчитать расход газа в условиях сепарации, необходимо учесть сжимаемость газа. С помощью уравнения состояния идеального газа рассчитаем плотности газа при стандартных условиях и в условиях сепарации.

​

​

​

​

где ρ - плотность, кг/м3; P – давление в сепараторе, Па;Mr – молекулярная масса, г/моль;

R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль·К; T – температура в сепараторе, K;z – коэффициент (фактор) сжимаемости газа.

44

Для того чтобы вычислить плотность газа в условиях сепарации рассчитываем z для каждого компонента смеси газа.

Фактор сжимаемости является функцией приведенных параметров:

​

​

• где τ,π- приведенные температура и давление, соответственно.

Для того, чтобы вычислить расход газа в условиях сепарации необходимо расход газа при стандартных условиях умножить на плотность газа при стандартных условиях и поделить на плотность газа в условиях сепарации.

45

Обычно значение коэффициента уравнения Саудер-Брауна при горизонтальной ориентации сепаратора и наличии лопастного каплеотбойника принимают равным 0,12 м/с.

Таким образом, зная скорость и расход газа, можем посчитать минимальную площадь сечения, необходимую для газовой фазы.

46

Расчет производительности сепараторов по нефти осуществляется на основании времени удержания газонефтяной смеси в сепараторе. Согласно рекомендациям время удержания должно быть меньше одной минуты. Задаем дополнительное условие: граница раздела фаз сепаратора проходит через его середину. Соответственно, расход нефти через сепаратор с эффективной длиной L_eff и с D будет описываться следующим уравнением:

47

Отношение длины сепаратора к диаметру называется коэффициентом стройности сепаратора. Для стандартных сепараторов данное соотношение обычно остается примерно постоянным и равно 3,5. С учетом того, что эффективная длина сепаратора обычно равна ¾ от общей длины сепаратора, следующие выражение для диаметра в зависимости от времени удержания газонефтяной смеси в сепараторе может быть получено:

48

​

​

​

На основании полученного выражения для зависимости диаметра сепаратора от времени удержания газонефтяной смеси, могут быть получены основные геометрические характеристики сепараторов, а именно, длина и объем

49