جداکننده تولید نفت چیست: مراحل، طراحی و تصفیه نفت خام

جداکننده تولید نفت چیست: مراحل، طراحی و تصفیه نفت خام

پاسخ به سوال اصلی:جداکننده تولید نفت چیست؟جداکننده تولید نفت یک مخزن تحت فشار است که جریان چاه ورودی از چاه یا سیستم جمع‌آوری را به گاز، نفت خام و آب تولیدی تقسیم می‌کند و اولین و مهم‌ترین قلم تجهیزات تولید سطحی است. اکثر تأسیسات به جای یک مخزن، از طرح فشار مرحله‌ای استفاده می‌کنند: یک جداکننده فشار بالا در 50-150 بار، یک مرحله فشار متوسط در 15-50 بار و یک مرحله فشار پایین در 2-15 بار، زیرا تبخیر در مراحل، مایع بیشتری را بازیابی می‌کند، نفت پایدارتری با فشار بخار رید پایین‌تر می‌دهد و به هر مرحله اجازه می‌دهد تا برای نرخ گاز و مایع خود اندازه‌گیری شود. جداسازی به تنهایی نفت را قابل فروش نمی‌کند، بنابراین جداکننده معمولاً با یک جداکننده آب آزاد، یک تصفیه‌کننده حرارتی و یک نمک‌زدا الکترواستاتیکی برای رسیدن به مشخصات فروش معمول کمتر از 0.5٪ رسوب و آب و کمتر از 10 پوند نمک در هزار بشکه دنبال می‌شود.

1. خط تولید جداسازی

جداسازی در سه مرحله فشار اتفاق می‌افتد و سپس با تصفیه تکمیل می‌شود و هر مرحله وظیفه خاصی دارد:

• جداسازی اولیه فشار بالا:اولین مخزن جریان چاه را در بالاترین فشار عملی، معمولاً 50-150 بار، دریافت می‌کند و بخش عمده‌ای از گاز را جدا می‌کند. کار در فشار بالا عمدی است: گازی که در فشار بالا جدا می‌شود، برای رسیدن به فشار صادرات یا تزریق گاز، به فشرده‌سازی بسیار کمتری نیاز دارد و نفت تا مرحله بعدی، سبک‌ترهای خود را حفظ می‌کند که بازیابی کلی مایع را بهبود می‌بخشد. مخزن با ظرفیت گاز سودرز-براون و با زمان نگهداری مایع مورد نیاز برای خروج گاز از مایع، معمولاً 3-10 دقیقه، اندازه‌گیری می‌شود. از آنجایی که این مخزن کل جریان چاه از جمله هرگونه لخته و شن را می‌بیند، مستحکم‌ترین و پرکاربردترین تجهیزات است، با یک سیستم قطع کننده سطح بالا-بالا، یک دستگاه تخلیه که برای مورد خروجی مسدود شده اندازه‌گیری شده و یک سیستم جت شن.
• مراحل فشار متوسط و پایین:نفتی که از جداکننده فشار بالا خارج می‌شود هنوز حاوی گاز محلول است که با کاهش فشار تبخیر می‌شود. هدایت آن از طریق یک یا دو مرحله دیگر در 15-50 بار و سپس 2-15 بار آن گاز را بازیابی می‌کند که برای صادرات فشرده می‌شود یا برای تزریق گاز یا سوخت استفاده می‌شود و نفت را تثبیت می‌کند. مزیت عملی در فشار بخار رید نفت خام فروش اندازه‌گیری می‌شود که معمولاً باید کمتر از 8-12 psi برای ذخیره‌سازی و حمل و نقل ایمن باشد؛ تبخیر به مرحله فشار پایین، یا به یک ستون تثبیت کننده اختصاصی، راهی است که این حد برآورده می‌شود. هر مرحله حجم گاز به تدریج کوچکتر و مایع به تدریج پایدارتری تولید می‌کند و گاز مرحله فشار پایین، که غنی از اجزای سنگین‌تر است، گاهی اوقات به جای ارسال برای صادرات، دوباره فشرده و بازیافت می‌شود.
• جداکننده آب آزاد و حذف آب حجمی:جایی که برش آب بالا است، مانند یک میدان بالغ، حذف آب آزاد قبل از تجهیزات تصفیه بسیار ارزان‌تر از تصفیه کل جریان است. جداکننده آب آزاد یک مخزن افقی بزرگ است، اساساً یک جداکننده سه فازی که برای حذف آب بهینه شده است، با زمان ماند طولانی 10-30 دقیقه و یک کنترل کننده سطح رابط که آب جدا شده توسط گرانش را خارج می‌کند. این آب حجمی را حذف می‌کند که در غیر این صورت گرما را در تصفیه‌کننده مصرف می‌کند و آب شستشو را در نمک‌زدا رقیق می‌کند. همچنین جایی است که بیشتر شن‌ها ته‌نشین می‌شوند، بنابراین مجهز به جت شن یا در سرویس شدید، با سیستم حذف شن با استفاده از سیکلون‌ها یا آرایش بستر سیال است.
• تصفیه: تصفیه‌کننده حرارتی و نمک‌زدا الکترواستاتیکی:گرانش به تنهایی امولسیون‌های تنگ آب در نفت را که در طول شیرها و ولوها تشکیل می‌شوند، نمی‌شکند، بنابراین حذف نهایی آب و نمک به گرما، مواد شیمیایی و میدان الکتریکی نیاز دارد. تصفیه‌کننده حرارتی امولسیون را با دمای 60-90 درجه سانتی‌گراد با یک لوله آتش یا یک کویل حرارتی گرم می‌کند که ویسکوزیته نفت را کاهش می‌دهد، فیلم بین سطحی را ضعیف می‌کند و اختلاف چگالی را افزایش می‌دهد، با تزریق یک امولسیون‌زدا در 5-50 ppm برای تکمیل شکست. سپس یک نمک‌زدا الکترواستاتیکی 3-10٪ آب شستشوی تازه را با نفت مخلوط می‌کند و یک میدان ولتاژ بالا 15-25 کیلو ولت در دمای 120-150 درجه سانتی‌گراد اعمال می‌کند که قطرات آب را قطبی می‌کند، فیلم بین سطحی را کشیده و می‌شکند و باعث می‌شود که آنها به قطراتی به اندازه کافی بزرگ برای ته‌نشینی تبدیل شوند. نمک‌زدایی دو مرحله‌ای در جایی که مشخصات نمک را کمتر از 10 PTB می‌طلبد، استاندارد است.

2. اندازه‌گیری، بهره‌برداری و مشکلات رایج

سه عامل تعیین می‌کنند که آیا یک جداکننده در طول عمر میدان عملکرد دارد:

• اندازه‌گیری برای پروفیل تولید:یک جداکننده نفت باید در زمان راه‌اندازی، در اوج تولید و در زمان کاهش تولید کار کند و محدودیت‌ها در طول عمر کاملاً تغییر می‌کنند. در اوایل، نرخ گاز بالاترین است، بنابراین ظرفیت گاز سودرز-براون قطر مخزن را تعیین می‌کند. در زمان کاهش تولید، نرخ گاز کاهش می‌یابد اما برش آب به شدت افزایش می‌یابد، گاهی از 5٪ به 90٪، بنابراین مخزن محدود به مدیریت آب می‌شود و زمان نگهداری نفت، که تعیین کننده میزان آب جدا شده از نفت است، به محدودیت تبدیل می‌شود. اگر زمان نگهداری آب خیلی کوتاه باشد، آب همراه با نفت منتقل می‌شود و تجهیزات تصفیه را بارگذاری می‌کند. به همین دلیل طراحان سه مورد را بررسی می‌کنند: اولیه، اوج و اواخر عمر، و چرا مورد آب اواخر عمر اغلب اندازه مخزن را تعیین می‌کند تا مورد گاز اولیه.
• کنترل امولسیون، کف و مواد شیمیایی:امولسیون‌های نفت خام توسط آسفالتن‌ها، رزین‌ها، اسیدهای آلی و جامدات ریز که در سطح مشترک آب و نفت جمع می‌شوند، تثبیت می‌شوند و فیلمی تشکیل می‌دهند که از تجمع جلوگیری می‌کند. امولسیون با کاهش گرانش API و با افزایش سن میدان، تنگ‌تر می‌شود و نفت‌های سنگین زیر حدود 20 API می‌توانند امولسیون‌هایی تشکیل دهند که هیچ مقدار زمان نگهداری آنها را نمی‌شکند. ابزارها گرما هستند که ویسکوزیته را کاهش می‌دهد و فیلم را ناپایدار می‌کند، زمان نگهداری، امولسیون‌زدا شیمیایی که با آزمایش بطری روی نفت خام واقعی انتخاب می‌شود، و میدان الکتریکی در نمک‌زدا. کف یک مشکل متفاوت است، که معمولاً ناشی از خروج گاز از نفت ویسکوز است؛ این مشکل با تزریق ضد کف، با یک دستگاه ورودی که گاز را به سرعت جدا می‌کند، و با اجتناب از سطحی که لایه کف را خیلی نزدیک به خروجی گاز قرار می‌دهد، مدیریت می‌شود.
• مدیریت سطح، رابط و شن:کنترل سطح رابط دشوارترین مشکل کنترلی در جداسازی تولید است. رابط بین نفت و آب اغلب یک باند ضخیم از امولسیون و جامدات است تا یک خط مشخص، و کنترل کننده باید آن را بین سرریز نفت و خروجی آب نگه دارد تا هیچ فازی از طریق نازل اشتباه خارج نشود. کاوشگرهای خازنی یا رسانایی، یا یک آشکارساز رابط هسته‌ای در سرویس شدید، به جای فشار دیفرانسیل ساده استفاده می‌شوند، زیرا اختلاف چگالی بین دو مایع کم است و دستگاه فشار دیفرانسیل سیگنال ضعیفی می‌دهد. شن در زیر آب جمع می‌شود و باید با جت کردن قبل از پر شدن مخزن و کاهش زمان نگهداری حذف شود؛ تولید شن همچنین علت اصلی فرسایش در شیر تخلیه و در شیر پایین دست است.
• مواد، کدها و یکپارچگی:جداکننده‌های تولید با ASME VIII Division 1 با مهر U، یا با PED 2014/68/EU با علامت CE برای سرویس اروپایی، در فولاد کربن مانند SA-516 Grade 70 با تلرانس خوردگی 3-6 میلی‌متر ساخته می‌شوند. در جایی که سولفید هیدروژن وجود دارد، مانند میادین ترش، NACE MR0175 / ISO 15156 سختی مواد را تعیین می‌کند و نیاز به عملیات حرارتی پس از جوش دارد، و در سرویس ترش مرطوب فولاد مقاوم در برابر HIC مشخص می‌شود. در جایی که دی‌اکسید کربن با آب وجود دارد، بازدارنده‌های خوردگی در بالادست تزریق می‌شوند و مخزن با کوپن‌های خوردگی، کاوشگرهای مقاومت الکتریکی و نظرسنجی‌های ضخامت اولتراسونیک دوره‌ای پایش می‌شود. اجزای داخلی طوری طراحی شده‌اند که از طریق یک دریچه قابل جدا شدن باشند، و برنامه بازرسی بر اساس ریسک تحت API 580 است، با فاصله زمانی کوتاه‌تر در جایی که شن، سرویس ترش یا برش آب بالا باعث تسریع تخریب می‌شوند.

ماتریس مقایسه مراحل جداسازی تولید نفت

سوالات متداول (FAQ)

س: تفاوت بین جداکننده تولید دو فازی و سه فازی چیست؟

پاسخ: یک جداکننده دو فازی جریان چاه را فقط به گاز و مایع تقسیم می‌کند و زمانی استفاده می‌شود که برش آب ناچیز باشد، زمانی که آب به عنوان یک جریان جداگانه تولید می‌شود، یا زمانی که مایع به یک جداکننده آب آزاد پایین‌دستی می‌رود که جداسازی نفت و آب را انجام می‌دهد. یک جداکننده سه فازی گاز، نفت و آب را در یک مخزن جدا می‌کند، با استفاده از یک سرریز برای نگه داشتن لایه نفت و یک کنترل کننده سطح رابط برای خارج کردن آب، و این انتخاب استاندارد زمانی است که جریان چاه حاوی آب آزاد قابل توجهی باشد. تفاوت عملی این است که یک مخزن سه فازی باید دو معیار اندازه‌گیری مستقل را برآورده کند: ظرفیت گاز با معادله سودرز-براون، و زمان نگهداری مایع مورد نیاز برای ته‌نشین شدن قطرات آب از نفت، معمولاً 5-30 دقیقه بسته به گرانش API و تنگ بودن امولسیون. این معیار دوم اغلب مخزن سه فازی را به طور قابل توجهی بزرگتر می‌کند.

س: چرا جداکننده‌های تولید به صورت مرحله‌ای کار می‌کنند؟

پاسخ: به سه دلیل. فشرده‌سازی گاز: گازی که در فشار 100 بار جدا می‌شود، برای رسیدن به فشار صادرات نسبت به گازی که در فشار 10 بار جدا می‌شود، به فشرده‌سازی بسیار کمتری نیاز دارد، بنابراین جداسازی در بالاترین فشار عملی، مقدار زیادی از توان فشرده‌سازی و سرمایه را صرفه‌جویی می‌کند. بازیابی مایع: تبخیر نفت در مراحل، به جای یک مرحله، اجازه می‌دهد تا هیدروکربن‌های میانی بیشتری به صورت مایع بازیابی شوند تا با گاز از دست بروند، که مستقیماً حجم نفت قابل فروش را افزایش می‌دهد. و تثبیت: تبخیر مرحله‌ای فشار بخار رید نفت خام فروش را به زیر حد 8-12 psi مورد نیاز برای ذخیره‌سازی و حمل و نقل ایمن کاهش می‌دهد. یک جداکننده واحد که در فشار پایین کار می‌کند، گاز بیشتری تولید می‌کند، بیشتر آن در فشار پایین، مایع کمتر و نفت خام با فشار بخار بیش از حد بالا برای حمل و نقل ایمن تولید می‌کند.

س: چرا نفت خام امولسیونی تشکیل می‌دهد که جدا نمی‌شود؟

پاسخ: زیرا اجزای فعال سطحی در نفت خام در سطح مشترک آب و نفت جمع می‌شوند و یک فیلم مکانیکی قوی تشکیل می‌دهند که از تجمع قطرات جلوگیری می‌کند. آسفالتن‌ها، رزین‌ها، اسیدهای نفتنیک، کریستال‌های موم و جامدات ریز مانند رس، رسوب و محصولات خوردگی همگی در سطح مشترک جذب می‌شوند و فیلم حاصل می‌تواند به اندازه‌ای قوی باشد که قطرات چند میکرومتری اساساً برای همیشه معلق بمانند. این مشکل با کاهش گرانش API بدتر می‌شود، زیرا نفت‌های سنگین حاوی آسفالتن‌ها و رزین‌های بیشتری هستند و اختلاف چگالی کمتری برای رانش ته‌نشینی دارند، و با افزایش سن بدتر می‌شود زیرا میدان آب و جامدات بیشتری تولید می‌کند. شکستن امولسیون نیاز به حمله به آن فیلم دارد: گرما برای کاهش ویسکوزیته و ناپایدار کردن آن، یک امولسیون‌زدا برای جابجایی ماده فعال سطحی، زمان نگهداری، و در جایی که گرانش کافی نیست، یک میدان الکتریکی با ولتاژ بالا برای شکستن آن.

س: عملکرد جداکننده تولید نفت چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟

پاسخ: چهار اندازه‌گیری. رسوب و آب پایه، یا BS&W، در نفتی که از جداکننده خارج می‌شود، که با سانتریفیوژ کردن یک نمونه رقیق شده تعیین می‌شود، با مشخصات فروش معمولاً کمتر از 0.5٪ و خروجی جداکننده معمولاً کمتر از 1-2٪ نگه داشته می‌شود تا تجهیزات تصفیه حاشیه داشته باشند. محتوای نمک نفت، که بر حسب پوند در هزار بشکه بیان می‌شود، با مشخصات کمتر از 10 PTB و اندازه‌گیری شده با استخراج و تیتراسیون؛ این توسط نمک‌زدا تعیین می‌شود تا جداکننده. کیفیت آب در خروجی آب، که معمولاً به عنوان نفت در آب در میلی‌گرم در لیتر گزارش می‌شود، که بر اینکه آیا آب تولید شده می‌تواند تخلیه شود، تزریق مجدد شود یا باید بیشتر تصفیه شود، تأثیر می‌گذارد. و حمل گاز، نفت در گازی که از مخزن خارج می‌شود، که به عنوان حمل گزارش می‌شود، که نشان می‌دهد آیا ظرفیت گاز بیش از حد است یا حذف کننده مه شکست خورده است.