В статье рассмотрен принцип действия 3s сепаратора, эффективность его применения в технологии низкотемпературной сепарации и его преимущества в сравнении с обычным сепаратором.

Ключевые слова: сепарация, газ, газоконденсат, сверхзвуковой, низкотемпературная., осушка.

Для подготовки природного газа, который идет вместе с конденсатом и водометанольным раствором обычно используют технологию низкотемпературной сепарации, где низкотемпературная сепарация (НТС) происходит за счёт эффекта Джоуля-Томпсона. Однако данная технология уже не отвечает задачам снижения капитальных и эксплуатационных затрат при строительстве и обустройстве месторождений.

3S сепаратор — это низкотемпературный сепаратор принцип действия которого основан на сверхзвуковых скоростях, принципиальная схема на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема 3S сепаратора: 1 — закручивающие устройство, 2 — сверхзвуковое сопло, 3 — рабочая секция, где происходит сепарация, 4 — отводы для жидкости, 5 — сверхзвуковой и дозвуковой диффузоры

На вход подается поток сырого газа, который может содержать до 20 % жидкости по массе, на выходе имеется два потока, первый это полностью подготовленный природный газ, второй это газожидкостная смесь, обогащенная водой и углеводородами С5+.

Входящий поток закручивается в насадке 1 с центробежной силой более 100G и попадает в сопло 2, где его давление и температура снижается, но резко возрастает скорость. Из-за сильного снижения температуры из природного газа выпадают капли жидкости. Увеличение объема выпадающей жидкости продолжается в рабочей секции 3, где создается пограничный слой, состоящий преимущественно состоящий из жидкости, центральный поток состоит из очищенного газа. Далее поток подготовленного газа проходит диффузоры 4, где гасится скорость и возрастает давление.

3s сепарация сопровождается такими сложными процессами как:

1. Эффект Джоуля-Томпсона, охлаждение газа из-за адиабатического расширения.
2. Выпадение капельной жидкости в поле центробежных сил.
3. Создание двухфазной пограничной среды на поверхности сверхзвукового сопла.

В сверхзвуковом сепараторе жидкость выпадает в условиях низкой температуры при снижении давления в сверхзвуковом сопле, обеспечивая более эффективную сепарацию чем при использовании стандартной низкотемпературной сепарации. [1]

В сравнении с обычной низкотемпературной сепарацией сверхзвуковая имеет такие преимущества как:

1. Снижение точки росы по воде и углеводородам, увеличение удельного выхода нестабильного газоконденсата;
2. Предотвращение безвозвратных потерь конденсата из-за уноса вместе с газом из последнего низкотемпературного сепаратора.

Главные преимущества сверхзвукового сепаратора:

1. Низкая металлоёмкость, малогабаритность, размещение в ограниченных условиях;
2. Использование 3S сепаратора параллельно с оборудованием НТС;
3. Низкие капитальные и эксплуатационные затраты;

В таблице 1 и таблице 2 приводятся сравнительные параметры работы установки комплексной подготовки газа с установкой сверхзвуковой сепарации и без неё. [2] [3]

Таблица 1

Сравнительные характеристики блока НТС для северных месторождений

Таблица 2

Сравнительные характеристики блока НТС для Киринского месторождения

Литература:

1. Андреев О. П., Минигулов Р. М., Корытников Р. В., Багиров Л. А., Имаев С. З. Технологические схемы УКПГ на основе 3S-технологии для северных нефтегазоконденсатных месторождений // Наука и техника в газовой промышленности. 2009. № 2. С. 4–10.
2. Фарахов Т. М., Исхаков А. Р., Минигулов Р. М. Высокоэффективное сепарационное оборудование очистки природного газа от дисперсной среды // Электронный научный журнал “Нефтегазовое дело”. 2011. № 6. С. 263–277.
3. Куринов В. В. Анализ эффективности низкотемпературной сепарации на Киринском месторождении: дипл. работа (диссертация магистра технических наук). Тюменский индустриальный университет, Тюмень, 2020.