Технологический расчет и подбор стандартного оборудования для установок системы сбора и подготовки скважинной продукции (864752), страница 12
Текст из файла (страница 12)
- Общий материальный баланс установкиПриход%массЭмульсияв томчисле:нефтьводаИтогот/чт/гПодготовленнаяРасход%масс64,44т/чт/гнефть7525100133,9344,64178,5711250003750001500000в том числе:нефтьводаВсегоГазПодтоварнаяводав том числе:воданефтьВсегоИтого99,780,22100,0010,6824,88114,82 964223,80,26 2143,722115,08 966367,519,0716018599,90,1100100,0044,38 372856,30,05 591,222444,43 373477,5178,58 15000003.
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СТАНДАРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯПРИМЕНЯЕМОГО НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ3.1. Пример расчета сепаратора3.1.1.Определение пропускной способности и диаметранефтегазовых сепараторовПри сепарации нефти и газа происходят выделение из нефтирастворенного и окклюдированного газа и очистка этого газа отувлекаемой им распыленной жидкости.
При этом используют различныеслои, в основном гравитацию, инерцию и адгезию.В зависимости от преобладающего влияния указанных сил напроцесс разделения нефти и газа сепараторы подразделяются награвитационные, инерционные (циклонные) и смешанные (насадочные).В соответствии с назначением в нефтегазовых сепараторах имеютсятри зоны - секции: разделительная, осадительная и отбойная.
Вразделительной секции происходят отделение от жидкости основноймассы свободного газа и выделение из неё растворенного иокклюдированного газа. Это достигается при помощи различныхустройств, обеспечивающих или оптимальную скорость вращениягазожидкостного потока, или достаточно высокую поверхность раздела69фаз, что достигается оптимальным распылением жидкости и стеканием еётонким слоем по стенкам сепаратора или по специальным наклоннымполкам и насадкам. Вместе с тем необходимо обеспечить достаточноевремя пребывания нефти в сепараторе [7].В осадительной секции поднимающийся газ освобождается отсравнительно крупных частичек жидкости под действием гравитационныхсил.В отбойной секции происходит окончательная очистка газа отмелких частичек жидкости под влиянием сил инерции и адгезии.Эффективность процесса сепарации определяется степенью очисткигаза от капельной жидкости и жидкости от газа, что характеризуетсякоэффициентами уноса жидкости потоком газа Кж и газа потокомжидкости К, а также предельной средней скоростью газа в свободномсечении сепаратора ϑrmax и временем задержки жидкости в сепараторе.Коэффициенты уноса жидкости и газа и показатели совершенствасепаратора ϑr max и t3 зависят от физикохимических свойств, расходажидкости и газа, давления и температуры, уровня жидкости в сепараторе,способности жидкости к вспениванию и других факторов.Коэффициент уноса жидкости и коэффициент уноса газасоответственно равны (1.30-1.31)Κ ж = qж / QrK r = qr / Qж(3.1)где: qж.
- объемный расход капельной жидкости, уносимой потокомгаза из сепаратора, м3/ч; qr- объемный расход остаточного(окклюдированного) газа, уносимого потоком жидкости из сепаратора,м3/ч; Qr - объемный расход газа на выходе из сепаратора, м3/ч; Qж. объемный расход жидкости на выходе из сепаратора, м3/ч, при Р и Тсепарации.Чем меньше Кж и Кг при прочих равных условиях, тем совершеннеесепаратор. Однако уменьшение этих показателей обычно связано сусложнением конструкции сепаратора и увеличением его габаритныхразмеров.
Поэтому очень высокая степень очистки газа и жидкостиоказывается не всегда оправданной. Здесь необходимо ориентироваться натребуемую степень очистки, которая в известной мере зависит отконкретных условий сбора нефти и газа и сравнительно трудно поддаетсятеоретической оценке. По практическим же данным в настоящее времяприняты временные нормы, в соответствии с которыми коэффициентыуноса жидкости и газа имеют следующие ориентировочные значения: Кж≤ 50см3 /1000м3 газа и Кr ≤ 20- 103cм3/м3 жидкости.70Не менее важны для оценки технического совершенства сепараторапоказатели ϑr max и t3, так как одни и те же Кж и Кr- можно получить всепараторах различного конструктивного исполнения и с различнымитехнико-экономическимипоказателями.Предельноезначениеϑr max определяется скоростью осаждения капель жидкости минимальнозаданного размера. Этой величиной обычно пользуются для расчетапропускной способности сепаратора по газу.
Значения ϑr max для различныхконструкций сепараторов могут изменяться от 0,1 до 0,55 м/с.Время пребывания t3 существенно влияет на эффективность очисткикак газа от капельной жидкости, так и жидкости от газа. Установлено, чтодля невспенивающихся нефтей значение t3 может изменяться от 1 до 5мин. Для вспенивающихся нефтей t3 увеличивается от 5 до 20 мин. Выборконкретного значения t3 для различных условий работы сепараторавозможен только по результатам исследования уноса жидкости и газа.Таким образом, для полной оценки эффективности работы сепараторанаряду с показателями Кж и Кr необходимо учитывать и степеньтехнического совершенства сепаратора, т.е.
ϑr max и t3. Если сепараторисследуемого типа обеспечивает получение установленных норм уноса отКж и Кr при меньших t3 и больших ϑr max по сравнению с однотипным водних и тех же производственных условиях, то он технически болеесовершенен и экономичен.Для получения требуемой степени очистки газа и жидкости всепараторе необходимо правильно задаться расчетным размером частицжидкости и пузырьков газа. Несмотря на то, что четких рекомендаций наэтот счет не имеется, в подавляющем большинстве случаев диаметржидких частиц принимается равным примерно 100 мкм. Средний диаметрпузырьков окклюдированного газа в турбулентном потоке нефти втрубопроводе перед сепаратором можно определить в зависимости отплотности и вязкости нефти, поверхностного натяжения на границераздела фаз, диаметра трубопровода и скорости смеси по формуле В.Ф.Медведева.(3.2.) 1,4 DWe 0, 6 ; We 0, 6 Re 0,56 Fr −0,5 ≤ 1,36dr = 0,50 , 560, 60,5−0 , 5≤ 1,361,9 DFr Re ; We Re Fr,(3.2.)где: We = σ cr / ρ c Dω - число Вебера; Re = ωDρ c / µ c - число Рейнольдса;2Fr = ω / qD - число Фруда; σ cr - поверхностное натяжение на границе газдисперсионная среда; D - внутренний диаметр трубопровода; µ c ρ c динамическая вязкость и плотность дисперсионной среды; ω - средняяскорость течения [9].271Этот размер и следует принимать в качестве расчетного дополучения более надежных данных.Расчетом устанавливают условия, при которых достигаетсятребуемая степень очистки газа от жидкости (расчет по газу) и жидкостиот газа (расчет по жидкости).3.1.2.
Расчет гравитационных сепараторов по газуПри расчетах принимают, что скорость движения частиц жидкостипостоянна, частицы имеют шарообразную форму и в процессе сепарациине происходит ни их дробление, ни коагуляция [11, 13].Для определения скорости осаждения частиц любого размера силутяжести приравнивают силе сопротивления.Для частиц размером не более 80 мкм скорость осажденияопределяется по формуле Стокса (3.3)d 2 (ρч − ρ г ) gω=18µ г(3.3)где: ω - относительная скорость движения частиц, м/с; d- диаметрчастиц, м; ρ ч , ρ г - плотность соответственно частицы и среды (газа), кг/м3;µ г - абсолютная вязкость среды, Па с; g - ускорение свободного падения,м/с2.Для частиц размером 300-800 мкм скорость осаждения определяютпо формуле Аллена (3.4)ω = 0,153d 1,14 ( ρ ч − ρ г ) 0, 71 g 0, 71ν г 0, 43 ρ г0, 71(3.4)где ν г - кинематическая вязкость газаν = µ г / ρ г , м2/cОсаждение частиц размером более 800 мкм происходит согласноформуле Ньютона (3.5)ω = 1,74gd ( ρ ч − ρ г )ρг(3.5)На рис.
1.14. показан график зависимости скорости осаждения ωкапель воды различных размеров d в природном газе ( ρ = 0,6) при разныхдавлениях, построенный по этим формулам.Приведенные формулы справедливы для расчета скорости осажденияшарообразных частиц. На практике для частиц различной конфигурациискорость осаждения можно определить по следующей формуле (3.6)2 κ ⋅ µ г 4d ( ρ ч − ρ г ) g κ ⋅ µ гω = − −3ρ г ξ2dξρ г 2dgξ 72(3.6)где κ и ξ , - коэффициенты сопротивления (для шара κ = 24 и ξ =0,044; для круглых пластинок κ = 17,4 и ξ = 1,1).При конфигурации, отличной от шара, вместо диаметра шара берутэквивалентный диаметр частиц.Приведенные формулы справедливы при установившейся скоростидвижения частиц.Действительная картина движения частиц в сепараторе болеесложная.
Поток газа, входя в сепаратор, несет с собой частицы сопределенной скоростью. В сепараторе изменяется скорость газа и частиц.Однако это изменение длится некоторый промежуток времени, что имеетопределенное значение для отделения частиц. За время пребывания частицв сепараторе они не всегда могут достичь постоянной скорости осаждения.С учетом этого для частиц размером не более 100 мкм скорость приустановившемся движении частиц определяют по формуле (3.7)18 µ г t − 2d 2 (ρч − ρ г ) g d 2 (ρч − ρ г ) g−− ω е d ρгω=18µ ч18µ ч(3.7)Рис.3.1. Зависимость скорости осаждения капель воды от диаметрапри разных давлениях.73где: ω0 - начальная скорость движения частиц на входе в сепаратор; t- время, необходимое для достижения частицей скорости установившегосядвижения.При ω0 = 0 и t → ∞ уравнение (3.7) представляет собой формулуСтокса.Как видно из формулы (3.7), фактическая скорость осаждения всепараторе будет меньше рассчитанной по формуле Стокса.Гидравлический расчет сепараторов по газу сводится к расчету напропускную способность или к выбору размеров (диаметра) аппарата взависимости от расхода газа.
В основу расчета сепараторовгравитационного типа положен выбор допустимой скорости газа, прикоторой осаждаются частицы заданного размера.Расчетная формула при заданном поперечном сечении аппарата F,рабочем давлении р и рабочей температуре Т имеет вид (3.8)Qг = 86400 FϑгpT0pamTz(3.8)pT0p amTz(3.9)или (3.9)Qг = 67858 D 2ϑггде: Qг - производительность сепаратора по газу, м3/сут; рат -атмосферное давление, Па; Т0 - нормальная температура, К; z коэффициент сжимаемости газа; ϑг - допустимая скорость газа, м/с; D диаметр аппарата, м.В вертикальных сепараторах допустимые скорости относятся кполному поперечному сечению аппарата, а в горизонтальных - кпоперечному сечению аппарата, не занятому жидкостью.Практикаэксплуатациигравитационныхсепараторовнагазоконденсатных месторождениях показала, что при давлении 6,0 МПаоптимальная скорость движения газа в свободном сечении аппарата недолжна превышать 0,1 м/с.
Если давление в сепараторе иное, оптимальнуюскорость движения газа в свободном сечении гравитационного сепаратораможно определить по формуле (3.10)ϑопт = ϑ1опт p1 / p(310)где: ϑопт - оптимальная скорость газа при р1; для р1 - 6 МПа, ϑопт - = 0,1м/с; р - давление в сепараторе, МПа.Для приближенных расчетов допустимую скорость газа можноопределить по эмпирической формуле (3.11)ϑ1 = A1ρч − ρ гρг74(3.11)где А1 - постоянный коэффициент. Значения А1 для вертикального 0,047 (h = 0,6м) и горизонтального сепараторов - 0,117 (l = 3 м).Для горизонтальных сепараторов длиной более 3 м при определениидопустимой скорости газа вводится поправочный коэффициент(множитель) К0 (3.12)K 0 = (l / 3) 0,52(3.12)где l - фактическое расстояние между патрубками входа и выходагаза, м.Для вертикальных сепараторов увеличение высоты сепарационнойсекции более 0,6 м качества сепарации практически не улучшает.Применение вертикальных сепараторов с h <0,6 и горизонтальныхсепараторов с l <3 м не рекомендуется, так как в этом случае качествосепарации резко ухудшается, и допустимые скорости должны бытьзначительно уменьшены.Пропускнуюспособностьгравитационногосепараторагоризонтального типа можно определить по формулам (3.8), (3.9) свведением в них коэффициента n, представляющего собой отношениедлины сепаратора к его диаметру, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
