ABSTRACT
Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .608 17.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608
17.1.1 The Importance of Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609 17.1.1.1 Coalescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610
17.1.2 Indigenous Stabilizing Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611 17.1.2.1 Saturates and Aromatics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611 17.1.2.2 Resins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611 17.1.2.3 Asphaltenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611
17.2 Separator Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611 17.2.1 Production Related Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611 17.2.2 Inlet Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
17.2.2.1 Critical Droplet Size Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613 17.2.2.2 Droplet Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614 17.2.2.3 Effect of Upstream and Downstream Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615
17.2.3 Density Dependent Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616 17.2.4 Viscosity Models for Oil/Water Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616 17.2.5 Liquid-Liquid Separation Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617
17.2.5.1 Traditional Sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617 17.2.5.2 The Shell Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619 17.2.5.3 The Hartland Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620 17.2.5.4 The Hafskjold Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
17.3 Experimental Verification of Separator Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622 17.3.1 Sampling, PVT, and Assay Study Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623 17.3.2 Bottle Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623 17.3.3 Droplet Characterization Rigs 1 to 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623 17.3.4 Dynamic Flow-Loop Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624
17.4 Data Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624 17.5 Alternative Separator Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626 17.6 Control Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626
17.6.1 Slugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626 17.6.2 Level Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627
17.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 628 Further Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
The development, verification, and qualification of gravity separator design guidelines should have the highest focus in sub-sea projects as the design of sub-sea processing presents challenges not normally experienced by the process development team. Despite the fact that footprint real estate is easily obtained, new limitations are imposed because sub-sea installation traditionally occurs through the moonpool of a drilling rig, or with vessels with limited lifting capacity. Although large separators are found on platform processes, seabed processes should be as compact as possible. The purpose of this chapter is to present an overview of current understanding in how oil/water separator efficiency may be influenced by various parameters. The ability to predict separator performance based on fluid characterization is discussed. Additionally, the chapter includes a comparison between theoretical models for separation performance and laboratory experience. The main conclusions to be drawn are:
• Traditional design rules for topside separators are based on over-simplified models, and are not sufficient for sub-sea use.
