Технологический расчет и подбор стандартного оборудования для установок системы сбора и подготовки скважинной продукции (864752), страница 13
Текст из файла (страница 13)
п = l/D, тогда (3.13)Q = 86400 Fϑг npT0pamTzили (3.14)Q = 67858 D 2ϑг npT0pamTz(3.13)(3.14)3.1.3. Расчет гравитационных сепараторов по жидкостиРасчет гравитационных сепараторов по жидкости заключается или вопределениинеобходимыхразмероваппаратапризаданнойпроизводительности по жидкости или в определении пропускнойспособности сепаратора при известных его размерах [11, 13].Необходимый объем, заполняемый жидкостью у газовых сепараторов, определяется из соотношения (3.15)Vc = Qж / 4(3.15)3где: Vc - объем, заполняемый жидкостью, м ; Qж- - суточный объемобрабатываемой жидкости, м3.Объем, заполняемый жидкостью, должен составлять 1/3 объематехнологической емкости.Для газонефтяных сепараторов технологический расчет по жидкости(нефти) вызывается необходимостью уменьшения или поддержания впределах требуемых норм количества газа, уносимого потоком жидкостииз сепаратора в свободном (окклюдированном) состоянии.75Необходимое условие эффективного выделения газа из нефти (3.16)ϑж < ϑг или t ж > t г(3.16)ϑгде: ж скорость стока жидкости из сепаратора, м/с; ω - скоростьвсплывания пузырьков газа в жидкости, м/с; tж - время пребыванияжидкости в сепараторе, с; tг - время всплывания пузырьков газа из слояжидкости, с.Пропускную способность по жидкости для различных по положениюв пространстве сепараторов определяют по формуле (3.17)ϑ ж=илиQж86400 F(3.17)Qж ≤ 86400 Fωг(3.18)где: Qж - расход жидкости, м /сут; F - площадь зеркала жидкости всепараторе, м2.
Для горизонтального сепаратора площадь зеркалажидкости является функцией уровня жидкости в сепараторе.Скорость всплывания в жидкости пузырьков газа определяют поформуле Стокса, т.е. так же, как и скорость осаждения жидких частиц впотоке газа.Большие затруднения встречаются при выборе размеровгазонефтяных сепараторов для сильно вспенивающихся нефтей, так каквспенивание нефти существенно снижает производительность сепараторов. Пенообразование зависит от условий ввода продукции скважинв сепаратор, а также от наличия в продукции пенообразующих веществ.Образовавшийся слой пены оказывает значительное диффузионноесопротивление выделению пузырьков газа, всплывающих на поверхность.В связи с этим продолжительность пребывания нефти в сепараторе дляпенящихся нефтей должна быть увеличена в несколько раз по сравнению снепенящимися нефтями.
Как отмечалось ранее, если нефть непенящаяся,то достаточно, чтобы время пребывания составляло 1-3 мин; если нефтьпенящаяся, оно должно быть увеличено от 5 до 20 мин.Для разрушения пены применяют химическое, механическое итермическое воздействие. Одним из самых эффективных способовснижения пенообразования является пропуск нефти через подогретуюводу. Для этого применяют сепараторы, в нижнюю часть которых встроенапечь, подогревающая пластовую воду.3.1.4.Расчет циклонных сепараторов3Теория расчета циклонов основана на предположении, чтоцентробежная сила, действующая на частицу, равна силе сопротивления,которую оказывает газ, препятствующий её движению в радиальномнаправлении [11, 13].76Скорость движения частиц в циклоне в зависимости от их размераопределяют по формулам:для самых мелких частиц (диаметром менее 100 мкм) (3.19)ω=d 2 ρчω 2 r18µ гдля более крупных частиц (диаметром 100-800 мкм) (1.50)ω=0,153d 1,14 ρчνч0 , 43ρг0 , 71g 0, 710 , 71(ω ⋅ r )0, 71для самых крупных частиц (диаметром более 800 мкм) (3.21)ω = 1,74dρ 4 gρг(3.19)(3.20)ω 2r(3.21)где r - расстояние в радиальном направлении от оси циклона дочастицы, м; ω -угловая скорость газа, 1/с.Из формул (3.19-3.21) следует, что скорость движения частиц вциклоне при прочих равных условиях зависит не только от их диаметра, нои от размеров циклона.Диаметр циклонного сепаратора D при заданном расходе газа Qопределяют по формуле (3.22)D = 0,385Q 2 ρ гТzpат∆ррстT0(3.22)где: D - диаметр циклона, м; Q - расход газа при стандартных условиях,тыс.
м3/сут; ρ г - плотность газа при стандартных условиях, кг/м3; рср абсолютное среднее давление в циклоне, Па; Т - температура газа вциклоне, К; z - коэффициент сжимаемости; рam - 1,01∙105 Па; Т = 293 К; Δр- потери давления в циклоне, Па. Потери давления в циклоне определяютсяпо формуле (3.23)∆ρ = ξρ гϑг 22g(3.23)где: ϑг - скорость газа во входном патрубке; ρ г - плотность газа в рабочихусловиях; ξ - коэффициент сопротивления, отнесенный к входномусечению.Коэффициент сопротивления практически не зависит от скоростипотока, а зависит от соотношения площади сечения выходого и входногопатрубков ( ξ =2-4).3.1.5. Расчет сепаратора первой ступени сепарацииИз материального баланса первой ступени сепарации следует, что всепаратор поступает пластовая нефть в количестве: G Ж = 178570 кг/ч, изсепаратора выходит газ в количестве GГ =6510 кг/ч (Таблица 2.7).77Для предварительного выбора сепаратора необходимо определитьобъемный расход жидкости и газа в сепараторе.Объемный расход жидкости:GV Ж = 30Жρ ЭМ30ρ ЭМ- плотность поступающей пластовой нефти (эмульсии) приГде30 С, рабочей температуре в сепараторе, кг/м3.Предварительно рассчитаем плотность эмульсии при 200С поуравнению аддитивности, зная соотношение нефти и воды:1120ρ ЭМ=== 884,49кг / м30,75 0,250,75 0,25++ρ Н20 ρ В20850,5 10050Гдеρ H20= 850,5 кг/м3 плотность нефти при 200С (из условия см.
п.2);ρ В20= 1005 кг/м3 плотность пластовой воды при 200С (из условиясм. п. 2).Относительную плотность эмульсии при 300С определим поуравнению:20ρ 4t = ρ эм− α ⋅ (t − 20)20α = 0,001838 − 0,00132 ⋅ ρ эмВ нашем случае:α = 0,001838 - 0,00132 ⋅ 0,88449 = 0,00067Относительная плотность эмульсии при рабочей температуре:30ρ эм= 0,88449-0,00067∙(30-20)= 0,87779Абсолютная плотность эмульсии:3030ρ ЭМρэм=∙1000 = 877,79 кг/м3Объемный расход жидкости:VЖ =GЖ30ρ ЭМ=178570= 203,43 м3 / ч877,79Для выбора сепаратора объемныйопределить при нормальных условиях:Vг =GГρнуг=расходгаза6510= 5815,76 м3 / ч1,119578необходимоρ гну =Где1,1195 кг/м3- плотность газа при нормальных условиях(см.
п. 2.1.)Из приложения 8 выбираем сепаратор, который обеспечитнеобходимую производительность по жидкости и газу. Принимаем кустановке горизонтальный сепаратор типа НГС- 0,6-1600, со следующимихарактеристиками:- объем V = 12,5 м3;- внутренний диаметр DВ = 1,6 м;- длинна L = 6,22 м- производительность по жидкости – 45 – 225м3/ч- производительность по газу – 41400 м3/ч.Определяем максимальную пропускную способность этогосепаратора по пластовой нефти (эмульсии):F ⋅ d 2 ⋅ ( ρ ЭМ − ρ г ) ⋅ gmax⋅ 3600, м3 / чVЖ =18 ⋅ µ ЭМГде F – площадь зеркала нефти, м2.Обычно уровень жидкости в сепараторе находиться несколько вышеосевой линии. Для упрощения расчетов можно с достаточной точностьпринять площадь зеркала нефти равной 95% от максимального значения:F ≈ 0,95 ∙ DB ∙ L = 0,95∙1,6∙6,22 = 9,45 м2d – диаметр пузырьков газа, который не должен превышать 1..2 мм.Пример d = 1,55∙10-3м.кг/м3.30ρ эм- плотность эмульсии при рабочих условиях в сепараторе,ρ гр.
у. = 8,07 кг/м3 – плотность газа при рабочих условиях всепараторе (см. п. 2.1.)µ эм - динамическая вязкость эмульсии при 300С, Па∙с. Для ее расчетанеобходимо предварительно определить динамическую вязкость нефтипри 300С. Для расчета последней предварительно находим динамическуювязкость нефти при 200С и 500С.Из условия известно, что кинематическая вязкость нефти при 200С и500С составляет соответственно (из условия см. п.
2):ν 20 = 12,3cCm = 12,3 ⋅ 10−6 м 2 / сν 50 = 5,3cCm = 5,3 ⋅ 10 −6 м 2 / сДинамическая вязкость нефти при 200С:µ 20 = ν 20 ⋅ ρ н20 = 12,3 ⋅ 10 −6 ⋅ 850,5 = 10,46 мПа ⋅ с79Для определения динамической вязкости нефти при 500С находимсначала относительную плотность нефти при 500С:α = 0,001838 – 0,00132∙0,8505 = 0,000715кг/м3.ρ н50 = 0,8505 – 0,000715 ∙ (50 – 20) = 0,8290450ρ0нАбсолютная плотность нефти при 50 С составляет= 829,04Динамическая вязкость нефти при 500С:µ 50 = ν 50 ⋅ ρ н50 = 5,3 ⋅ 10 −6 ⋅ 829,04 = 4,394 ⋅ 10 −3 = 4,394 мПа ⋅ сДинамическую вязкость нефти при 300С определяем из уравнения: lg µ50 lg µ30 = lg µ 20 ⋅ µlg20 lg µ 30 lg 4,394 = lg 10,46 ⋅ lg 10,46 30 − 20300 , 333= 0,87µ 30 = 10 0,87 = 7,49 мПа ⋅ сДинамическую вязкость эмульсии определяем по формуле:µ 307,49µ эм === 15,36836 мПа ⋅ с2,5(1 − В)(1 − 0,25) 2,5Где В = 0,25 – доля воды в эмульсии.Максимальная пропускная способность сепаратора по жидкости:9,45 ⋅ (1,55 ⋅10 −3 ) ⋅ (877,79 − 8,07) ⋅ 9,81Vжmax =⋅ 3600 = 2255,01м 3 / ч−318 ⋅15,36836 ⋅10Таким образом, расчет показывает, что максимальная пропускнаяспособность выбранного сепаратора по жидкости превышает реальныйрасход пластовой нефти на входе:2255,01 м3/ч > 203,43 м3/чСледовательно, выбранный сепаратор обеспечит необходимыеусловия первой ступени сепарации нефти.3.2.
Пример расчета отстойника3.2.1.ОтстаиваниеРазделение дисперсных систем под действием силы земногопритяжения называют отстаиванием. Если дисперсная фаза (взвешенныечастицы или капли жидкости) имеет плотность выше, чем дисперсионная(сплошная) фаза, то она движется вниз и, достигнув ограничительнойповерхности, образует слой осадка или тяжелой жидкости и наоборот, если80плотность дисперсной фазы меньше, то частицы всплывают.
Послеразделения фаз они могут быть выведены из аппарата раздельно. Процессотстаивания широко применяется в нефтегазопереработке и нефтехимиидля обезвоживания и обессоливания нефти, отделения дистиллятов отводы после перегонки с водяным паром, очистки нефтяных топлив отзагрязнений (вода, частицы катализатора, продукты коррозии, соединениякремния, кальция, алюминия), отделения газа от жидкости вгазосепараторах, очистки сточных вод от загрязнений (нефть,нефтепродукты, нефтесодержащий шлам, избыточный активный ил,твердые механические примеси) и т.п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
