เครื่องแยกของไหลจากการผลิตคืออะไร: หน้าที่หลายเฟส ประเภท และการออกแบบ

ตอบคำถามหลัก: เครื่องแยกของไหลจากการผลิตคืออะไร? เครื่องแยกของไหลจากการผลิตคือถังแยกหลักที่รับกระแสของไหลจากหลุมผลิตหลายเฟสจากหลุมผลิตหนึ่งหลุมหรือมากกว่า และแยกออกเป็นก๊าซ น้ำมัน น้ำ และของแข็ง ซึ่งแตกต่างจากเครื่องแยกในกระบวนการที่อยู่ปลายน้ำ ซึ่งจัดการกับกระแสที่จำแนกประเภทแล้ว เครื่องแยกนี้ต้องรับมือกับส่วนผสมที่มีองค์ประกอบเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา: สัดส่วนปริมาตรก๊าซตั้งแต่ 50 ถึง 99%, ปริมาณน้ำตั้งแต่ 0 ถึง 95%, ทรายสูงถึงหลายร้อยส่วนในล้านส่วน และสลัก (slug) ขนาด 5-500 ลบ.ม. ที่มาถึงโดยไม่คาดคิดจากการทำความสะอาดท่อหรือจากผลกระทบของภูมิประเทศ การคำนวณขนาดจะพิจารณาจากสองเกณฑ์อิสระ คือ ความสามารถในการรับก๊าซของ Souders-Brown ที่มีค่า K factor 0.08-0.25 ม./วินาที และเวลาการกักเก็บของเหลว 3-30 นาทีที่จำเป็นเพื่อให้เฟสแยกออกจากกัน และผลลัพธ์ที่ได้ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์สุดท้าย แต่เป็นกระแสที่สะอาดเพียงพอสำหรับอุปกรณ์ปลายน้ำที่จะจัดการได้

1. อะไรที่ทำให้การแยกของไหลจากการผลิตเป็นเรื่องยาก

ลักษณะสี่ประการของกระแสของไหลดิบจากหลุมผลิตที่ไม่มีอยู่ในกระแสปลายน้ำทุกกระแส และแต่ละลักษณะสร้างปัญหาการออกแบบที่แตกต่างกัน:

• องค์ประกอบที่ไม่ทราบและเปลี่ยนแปลงได้: เครื่องแยกต้องทำงานกับสิ่งที่แหล่งกักเก็บส่งมา และสิ่งนั้นจะเปลี่ยนแปลงไปตลอดอายุของแหล่งผลิต ในช่วงแรก อัตราส่วนก๊าซต่อของเหลวจะอยู่ที่ค่าที่ออกแบบไว้ และปริมาณน้ำอาจใกล้เคียงศูนย์ ในช่วงที่อัตราการผลิตลดลง อัตราก๊าซจะลดลง ปริมาณน้ำอาจสูงเกิน 90% และการผลิตทรายอาจเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มแรงดูดเพื่อรักษาอัตราการผลิต การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่ใช่แค่เชิงปริมาณเท่านั้น: เกณฑ์การคำนวณขนาดจะเปลี่ยนจากความสามารถในการรับก๊าซไปเป็นการกักเก็บของเหลว และถังที่คำนวณขนาดไว้เพียงพอสำหรับก๊าซอาจมีขนาดเล็กเกินไปสำหรับน้ำ ดังนั้นผู้ออกแบบจึงตรวจสอบกรณีเริ่มต้น กรณีที่อัตราการผลิตคงที่ และกรณีปลายอายุการผลิตอย่างชัดเจน และคำนวณขนาดสำหรับกรณีที่เลวร้ายที่สุดของแต่ละกรณี และผู้ปฏิบัติงานจะตรวจสอบความเร็วและเวลาการกักเก็บอีกครั้งเมื่ออัตราการผลิตเปลี่ยนแปลงไปจากพื้นฐานเดิมอย่างมีนัยสำคัญ
• สลักและการบรรทุกชั่วคราว: การไหลแบบหลายเฟสในท่อส่งมักไม่ราบรื่น ของเหลวจะสะสมในจุดต่ำและถูกดันออกเป็นสลักที่เคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วเฉลี่ยของของเหลว ดังนั้นเครื่องแยกจะเห็นการไหลที่โดยเฉลี่ยแล้วคงที่ แต่มาเป็นช่วงๆ การทำความสะอาดท่อจะทำให้สิ่งนี้เข้มข้นขึ้น: สลักเดียวสามารถส่งของเหลวได้ 5-500 ลบ.ม. ในเวลาไม่กี่นาที เครื่องแยกหลักเพียงอย่างเดียวไม่สามารถรองรับสิ่งนี้ได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมท่อรวบรวมที่ยาวจึงมีเครื่องดักสลัก ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นรูปแบบนิ้วหรือพิณของท่อขนาดใหญ่ที่มีพื้นที่จัดเก็บ 100-3,000 ลบ.ม. ซึ่งคำนวณขนาดจากการจำลองการไหลชั่วคราวของท่อนั้นๆ โดยเฉพาะ แทนที่จะเป็นอัตราการไหลคงที่ เครื่องแยกจะต้องมีระบบควบคุมระดับและวาล์วระบายที่คำนวณขนาดตามอัตราสูงสุด ไม่ใช่อัตราเฉลี่ย และระบบตัดระดับสูง-สูงที่ป้องกันทางออกก๊าซ
• ของแข็ง: ทราย ตะกรัน และผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อน: ของแข็งจะมาพร้อมกับของไหลและสร้างความเสียหายได้สามทาง: ทำให้หัวฉีด วาล์วระบาย และปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ปลายน้ำสึกหรอ; สะสมที่ก้นถังและลดปริมาตรใช้งานและเวลาการกักเก็บ; และทำให้เกิดอิมัลชันคงตัวโดยการสะสมที่ส่วนต่อประสานระหว่างน้ำมันกับน้ำ เครื่องแยกจะจัดการกับสิ่งเหล่านี้ด้วยโซนสะสมเฉพาะที่ก้นถัง การเชื่อมต่อสำหรับฉีดทราย และระบบระบายน้ำไปยังไซโคลนทรายหรือระบบระบายน้ำแบบปิด และความถี่ในการฉีดทราย ตั้งแต่รายชั่วโมงถึงรายเดือน เป็นตัวบ่งชี้การควบคุมทรายใต้หลุมผลิตที่มีประโยชน์และราคาถูก ในกรณีที่มีการผลิตทรายอย่างต่อเนื่องและรุนแรง จะมีการติดตั้งไซโคลนแยกทรายโดยเฉพาะก่อนเครื่องแยก แทนที่จะพึ่งพาถังเป็นกับดักทราย
• โฟม อิมัลชัน และแว็กซ์: ปรากฏการณ์ที่พื้นผิวสามอย่างทำให้สูญเสียการผลิตมากกว่าความล้มเหลวทางกลใดๆ โฟมเกิดขึ้นเมื่อก๊าซแยกตัวออกจากน้ำมันที่มีความหนืดหรือปนเปื้อนสารเคมี และสามารถเติมพื้นที่ไอ ทำให้ถูกพัดพาไปยังทางออกก๊าซและท่วมตัวกรองหมอก อิมัลชันที่ทำให้คงตัวโดยแอสฟัลทีน เรซิน และของแข็งละเอียด จะต้านทานการรวมตัวและก่อตัวเป็นชั้นที่ส่วนต่อประสานซึ่งต้องระบายออกเป็นระยะๆ แว็กซ์จะตกตะกอนเมื่อของไหลเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิที่ปรากฏของแว็กซ์ ซึ่งบางครั้งอาจสูงถึง 30-60°C สำหรับน้ำมันดิบที่มีแว็กซ์ โดยจะสะสมบนชิ้นส่วนภายในถังและบนตัวกรองหมอก และจำกัดการไหลอย่างต่อเนื่อง แต่ละอย่างมีวิธีแก้ไขที่แตกต่างกัน คือ สารป้องกันโฟม สารทำลายอิมัลชัน และความร้อน หรือสารยับยั้งแว็กซ์ตามลำดับ และแต่ละอย่างสามารถจัดการได้ในราคาที่ถูกกว่าโดยการฉีดสารเคมีที่ต้นน้ำ มากกว่าการปรับขนาดถัง

2. การกำหนดค่าและตำแหน่งในระบบ

การกำหนดค่าสี่แบบครอบคลุมระบบการผลิตตั้งแต่ปากหลุมจนถึงการส่งออก และแต่ละแบบจะคำนวณขนาดตามเกณฑ์หลักที่แตกต่างกัน:

• ท่อร่วมขาเข้าและเครื่องแยกปากหลุม: ในกรณีที่มีหลุมผลิตหลายหลุมป้อนเข้าสู่โรงงานส่วนกลาง ท่อร่วมขาเข้าจะรวบรวมหลุมเหล่านั้นและอนุญาตให้ส่งหลุมใดหลุมหนึ่งเพื่อการผลิตหรือไปยังเครื่องแยกทดสอบ ในกรณีที่หลุมผลิตอยู่ห่างไกลหรือภูมิประเทศขรุขระ เครื่องแยกปากหลุมขนาดเล็กจะติดตั้งที่หลุมผลิตแต่ละหลุมเพื่อทำการแยกก๊าซ-ของเหลวหลักครั้งแรก ซึ่งมีประโยชน์สองประการ: ช่วยลดปริมาตรของเหลวในท่อรวบรวม ลดแรงดันตกคร่อมและความเสี่ยงจากสลัก และช่วยให้ก๊าซและของเหลวสามารถขนส่งแยกกันได้ โดยมักจะให้ก๊าซมีแรงดันสูงกว่า เครื่องแยกเหล่านี้เป็นถังแนวตั้งแบบง่ายๆ ที่คำนวณขนาดโดยพิจารณาจากความสามารถในการรับก๊าซเป็นหลัก โดยมีเวลาการกักเก็บของเหลวขั้นต่ำและระบบควบคุมระดับที่แข็งแรง เนื่องจากทำงานโดยไม่ต้องมีผู้ดูแลและมักจะมีการเข้าตรวจเป็นระยะๆ เท่านั้น
• เครื่องแยกหลักหรือเครื่องแยกเบื้องต้น: ถังหลักที่ทางเข้าโรงงาน รับกระแสของไหลที่รวมกัน โดยทั่วไปจะเป็นถังสามเฟสแนวนอน เนื่องจากความต้องการเวลาการกักเก็บของเหลวมีความสำคัญ และถังแนวนอนให้พื้นที่ผิวของเหลวขนาดใหญ่สำหรับการทำลายโฟมและการปล่อยก๊าซ การคำนวณขนาดจะตรวจสอบทั้งความสามารถในการรับก๊าซและเวลาการกักเก็บของเหลว และถังจะมาพร้อมกับอุปกรณ์ไซโคลนขาเข้า แผ่นกั้นกระจาย ตัวกรองหมอก แผ่นกั้นน้ำ และตัวควบคุมระดับส่วนต่อประสาน พร้อมกับหัวฉีดทรายและหัวต่อระบายอิมัลชัน เครื่องแยกหลักยังเป็นถังที่มีแนวโน้มที่จะติดตั้งระบบทำความร้อนมากที่สุด เนื่องจากการเพิ่มอุณหภูมิของกระแสเป็น 40-70°C จะช่วยปรับปรุงกลไกการแยกทั้งหมดในคราวเดียว ลดความหนืด เพิ่มความแตกต่างของความหนาแน่น และทำให้โฟมและอิมัลชันไม่คงตัว
• เครื่องแยกน้ำอิสระและการจัดการน้ำ: ที่ปริมาณน้ำสูง เครื่องแยกหลักอาจมีปริมาตรน้ำมากเกินไปแม้ว่าหน้าที่ของก๊าซและน้ำมันจะเหมาะสมแล้วก็ตาม ดังนั้นจึงมีการติดตั้งเครื่องแยกน้ำอิสระแบบขนานหรือปลายน้ำ เป็นถังแนวนอนขนาดใหญ่ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการกำจัดน้ำ โดยมีเวลาการกักเก็บ 10-30 นาที รับของเหลวจากเครื่องแยกหลัก หรือในบางการออกแบบรับกระแสทั้งหมดโดยตรง และปล่อยน้ำที่สะอาดเพียงพอสำหรับระบบบำบัดน้ำ และน้ำมันที่มีปริมาณน้ำลดลงสำหรับชุดบำบัด เนื่องจากทรายส่วนใหญ่จะตกตะกอนที่นี่ ถังนี้จึงรับภาระทรายหนักที่สุด และเป็นถังที่มักจะติดตั้งระบบกำจัดทรายแบบต่อเนื่อง แทนที่จะเป็นการฉีดเป็นระยะๆ
• การวัดปริมาณหลายเฟสและการแยกแบบกะทัดรัด: สองเทคโนโลยีที่กำลังเปลี่ยนแปลงวิธีการจัดการของไหลจากการผลิต เครื่องวัดการไหลหลายเฟสจะวัดอัตราก๊าซ น้ำมัน และน้ำโดยไม่ต้องแยก ดังนั้นโรงงานจึงสามารถจัดสรรการผลิตได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องส่งหลุมไปยังเครื่องแยกทดสอบ โดยมีความแม่นยำทั่วไปบวกหรือลบ 5-10% ต่อเฟส เครื่องแยกแบบกะทัดรัด โดยใช้การแยกก๊าซ-ของเหลวแบบไซโคลนหรือแบบอินไลน์ในปริมาตรถังเพียงเศษเสี้ยว ช่วยให้สามารถแยกที่ใต้ทะเลและที่ปากหลุมซึ่งก่อนหน้านี้ไม่สามารถทำได้ ทำให้สามารถฉีดน้ำที่ผลิตได้กลับเข้าไปใหม่และยกก๊าซที่ปากหลุมแทนที่จะเป็นที่โรงงานส่วนกลาง อย่างไรก็ตาม ทั้งสองเทคโนโลยีนี้ไม่ได้ลดความจำเป็นในการแยกหลักที่ต้องมีการบำบัดหรือส่งออกของไหลจริง แต่ทั้งสองอย่างช่วยลดขนาดและจำนวนถังแบบดั้งเดิมที่จำเป็นลง

ตารางเปรียบเทียบตำแหน่งของเครื่องแยกของไหลจากการผลิต

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

ถาม: อะไรคือความแตกต่างระหว่างเครื่องแยกของไหลจากการผลิตกับเครื่องแยกในกระบวนการ?

ตอบ: เครื่องแยกของไหลจากการผลิตจะจัดการกับกระแสของไหลดิบจากหลุมผลิต ซึ่งเป็นส่วนผสมหลายเฟสที่ไม่ได้จำแนกประเภทของก๊าซ น้ำมัน น้ำ และของแข็ง ซึ่งองค์ประกอบจะเปลี่ยนแปลงไปตามพฤติกรรมของแหล่งกักเก็บ การทำความสะอาดท่อ และสภาพอากาศ มีการคำนวณขนาดโดยมีค่าเผื่อที่เพียงพอ มีความสามารถในการรับสลัก และการจัดการทราย และผลลัพธ์ที่ได้ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ แต่เป็นกระแสที่สะอาดเพียงพอสำหรับอุปกรณ์ปลายน้ำ เครื่องแยกในกระบวนการจะจัดการกับกระแสที่ผ่านการแยกอย่างน้อยหนึ่งขั้นตอนแล้ว ซึ่งองค์ประกอบเป็นที่ทราบและคงที่ และโดยทั่วไปจะเป็นกระแสเฟสเดียวหรือสองเฟส มีการคำนวณขนาดสำหรับอัตราการแยกหยดที่กำหนดและเวลาการกักเก็บที่กำหนด และผลลัพธ์ที่ได้คือผลิตภัณฑ์ตามข้อกำหนดหรือวัตถุดิบสำหรับหน่วยแปลง ในทางปฏิบัติ เครื่องแยกการผลิตคือขั้นตอนแรกที่แข็งแรงและออกแบบเผื่อไว้เกิน และเครื่องแยกในกระบวนการคือเครื่องที่ปรับให้เหมาะสมและมีข้อกำหนดที่เข้มงวดซึ่งตามมา

ถาม: คุณจัดการกับการไหลแบบสลักในเครื่องแยกการผลิตอย่างไร?

ตอบ: ด้วยมาตรการสี่ประการที่ใช้ร่วมกัน การจัดเก็บ: จัดหาปริมาตรของเหลวให้เพียงพอ ไม่ว่าจะในเครื่องแยกเองหรือในเครื่องดักสลักเฉพาะขนาด 100-3,000 ลบ.ม. เพื่อรองรับสลักที่คาดว่าจะเกิดขึ้นโดยที่ระดับไม่ถึงตัวกรองหมอก การคำนวณขนาดทางออก: วาล์วระบายและระบบควบคุมระดับต้องสามารถระบายของเหลวได้ตามอัตราการมาถึงสูงสุด ไม่ใช่อัตราเฉลี่ย มิฉะนั้นถังจะเต็มแม้ว่าจะมีพื้นที่จัดเก็บเพียงพอ การควบคุม: ระบบตัดระดับสูง-สูงที่ปิดทางออกก๊าซหรือลดปริมาณการไหลจะช่วยป้องกันอุปกรณ์ปลายน้ำจากผลกระทบของการหลุดรอด และตัวควบคุมระดับที่ปรับอย่างดีจะหลีกเลี่ยงการแกว่งที่สลักอาจก่อให้เกิด และการบรรเทาผลกระทบต้นน้ำ: การระงับสลักโดยการควบคุมอัตราการไหลหรือแรงดันท่อ การทำความสะอาดท่อเป็นประจำในอัตราที่ทำให้ของเหลวสะสมมีปริมาณน้อย และในภูมิประเทศที่ขรุขระ เครื่องดักสลักที่ออกแบบจากการจำลองชั่วคราวของท่อนั้นๆ โดยเฉพาะ

ถาม: ทำไมปริมาณน้ำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบเครื่องแยก?

ตอบ: เนื่องจากเป็นตัวกำหนดว่าเกณฑ์การคำนวณขนาดใดจะถูกนำมาใช้ และปริมาณน้ำจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากตลอดอายุของแหล่งผลิต ที่ปริมาณน้ำต่ำ ถังจะถูกคำนวณขนาดตามความสามารถในการรับก๊าซและเวลาการกักเก็บน้ำมันที่จำเป็นในการกำจัดน้ำปริมาณเล็กน้อย เมื่อปริมาณน้ำเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นแนวโน้มปกติในแหล่งผลิตที่สมบูรณ์และอาจสูงถึง 90% หรือมากกว่านั้น ปริมาตรน้ำจะครอบงำ: เวลาการกักเก็บของเหลวที่มีอยู่สำหรับการแยกน้ำมัน-น้ำจะลดลงเนื่องจากถังเต็มไปด้วยน้ำ ส่วนต่อประสานจะสูงขึ้น ทางออกน้ำและวาล์วระบายจะกลายเป็นข้อจำกัด และคุณภาพของน้ำมันจะแย่ลง แม้ว่าอัตราของเหลวทั้งหมดอาจไม่เปลี่ยนแปลงก็ตาม นี่คือเหตุผลว่าทำไมกรณีปริมาณน้ำสูงในปลายอายุการผลิตจึงถูกตรวจสอบแยกต่างหาก ทำไมเครื่องแยกน้ำอิสิจึงถูกติดตั้งเพิ่มเติมเมื่อแหล่งผลิตมีอายุมากขึ้น และทำไมหัวต่อทางออกน้ำ ตัวควบคุมส่วนต่อประสาน และวาล์วระบายจึงถูกคำนวณขนาดโดยมีค่าเผื่อที่สำคัญ แม้ว่าปริมาณน้ำเริ่มต้นจะน้อยก็ตาม

ถาม: การบำรุงรักษาที่เครื่องแยกของไหลจากการผลิตต้องการมีอะไรบ้าง?

ตอบ: กิจกรรมห้าประการ การทดสอบเครื่องมือวัดระดับและส่วนต่อประสาน โดยทั่วไปทุก 3-6 เดือน และทุกครั้งที่ปิดซ่อม เนื่องจากเป็นส่วนประกอบที่ความล้มเหลวจะทำให้เกิดการหลุดรอด การจัดการทราย: การฉีดตามความถี่ที่กำหนดโดยการสังเกต ตั้งแต่รายชั่วโมงในหลุมที่มีทรายมาก ไปจนถึงรายเดือนในหลุมที่สะอาด โดยมีการบันทึกปริมาตรที่สะสมไว้เป็นตัวบ่งชี้การควบคุมทรายใต้หลุมผลิต การตรวจสอบภายในระหว่างการซ่อมบำรุง โดยทั่วไปทุก 3-5 ปี โดยตรวจสอบอุปกรณ์ขาเข้าและตัวกรองหมอกเพื่อหาร่องรอยการสึกหรอและความเสียหาย แผ่นกั้นน้ำและแผ่นกั้นเพื่อหาร่องรอยการกัดกร่อนและการบิดเบี้ยว ผนังถังและโซนส่วนต่อประสานน้ำ-น้ำมันเพื่อหาร่องรอยการเป็นรูพรุนและการบางลง และระบบฉีดทรายเพื่อหาร่องรอยการอุดตัน การทบทวนโปรแกรมสารเคมี เพื่อยืนยันว่าปริมาณสารทำลายอิมัลชัน สารป้องกันโฟม สารยับยั้งการกัดกร่อนและตะกรันยังคงถูกต้องสำหรับของไหลปัจจุบัน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในเคมีของน้ำที่ผลิตได้หรือในของเหลวจากการทำงานซ้ำอาจทำให้โปรแกรมที่เคยใช้งานได้ผลมาหลายปีไม่ถูกต้อง และการตรวจสอบการกัดกร่อนผ่านคูปอง โพรบความต้านทานไฟฟ้า และการสำรวจความหนาตามกำหนด โดยมีช่วงเวลาที่กำหนดโดยโปรแกรมการตรวจสอบตามความเสี่ยงภายใต้ API 580