М И Н О Б Р Н А У К И Р О С С И И
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
К а ф е д р а «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых скважин»
Ю.П. БОРИСЕВИЧ
Г.З. КРАСНОВА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам
(часть 1)
Технологический расчет на РС основного оборудования установок:
ДНС, УПСВ, КС, УКПН, УКПГ, КНС
Утверждено редакционно-издательским советом университета
Самара
Самарский государственный технический университет
2011
УДК 622.276
Б82
Рецензент проф. д.т.н. Тян В.К.
Борисевич Ю.П., Краснова Г.З.
Б82 Сбор и подготовка нефти, газа и воды и экологическая безопасность: Методические указания к лабораторным работам./ Ю.П.Борисевич, Г.З.Краснова.- Самара: Самар.гос.техн. ун-т, 2011. – 60 с.:: ил.
Предназначены для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Сбор и подготовка нефти, газа и воды и экологическая безопасность» студентами, обучающимися в бакалавриате по специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» очной, заочной и дистанционной формы обучения.
Приведены необходимые теоретические и справочные сведения, алгоритм, блок – схема расчета, исходные данные и пошаговый порядок осуществления расчетов на РС.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ТЕХНОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОТСТОЙНОЙ АППАРАТУРЫ
Цель лабораторной работы:
Овладение методикой поверочного расчета и подбора необходимого оборудования на промыслах с помощью РС.
Структура лабораторной работы:
Лабораторная работа состоит из:
- набора необходимых теоретических и справочных сведений;
- алгоритма расчета;
- блок – схемы расчета;
- вводного теста;
- основного теста;
- текста задания на расчет;
- 10 вариантов исходных данных;
- пошаговой инструкции выполнения лабораторной работы;
- порядка оформления отчета;
- списка рекомендованной литературы;
- программ сопровождения.
Набор необходимых теоретических и справочных сведений:
Весь набор необходимых теоретических и справочных сведений изложен в работе [1], являющейся приложением к данным методическим указаниям, и может быть в любой момент выведен на экран РС путем нажатия кнопки «ТЕОРИЯ», активной в течении всего времени выполнения лабораторной работы № 1.
1.Алгоритм расчета
Первое допущение:
Температура во всех точках гравитационного аппарата одинакова, т.е. конвекционные токи отсутствуют.
Второе допущение:
Скорость движения частиц дисперсной фазы постоянна в любой момент времени и в любой точке траектории.
Третье допущение:
Частицы дисперсной фазы сферичны.
Четвертое допущение:
Скорость течения эмульсии в аппарате не влияет на скорость осаждения частиц дисперсной фазы.
Пятое допущение:
Все конструкции гравитационных аппаратов сводятся к одной из двух схем, приведенных на рис.1 и 2.
Схема горизонтального отстойника
Нефть
Dв
Рис.1
Схема вертикального отстойника
Рис.2
Порядок расчета:
1. Зная начальную (φн) и конечную (φк) концентрацию дисперсной фазы в эмульсии, с помощью табл. 1 определяют минимальный размер частиц (dmin), удаляемых в данном аппарате.
Таблица 1.1
Усредненное распределение дисперсной фазы по диаметрам для водонефтяных эмульсий
Ø, м.10-6 |
3 |
4 |
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
80 |
100 |
≥200 |
φ |
0,05 |
0,15 |
0,20 |
0,18 |
0,15 |
0,08 |
0,05 |
0,03 |
0,03 |
0,02 |
0,02 |
0,04 |
Для этого вычисляют Δφ как разницу φн и φк и, двигаясь справа налево по нижней строке таблицы, суммируют указанные в ячейках величины φ до тех пор, пока найденное слагаемое не станет равным (или минимально не превысит) Δφ. Соответствующее значение d и будет искомым dmin.
2. По формуле (1) рассчитывают критерий Архимеда (Ar):
(1)
где:
- плотность дисперсной фазы;
- плотность дисперсионной среды;
- динамическая вязкость дисперсионной
среды.
3. В зависимости
от численного значения критерия Архимеда
рассчитывают скорость свободного
осаждения одиночной частицы дисперсной
фазы (
)
в покоящейся жидкости по одной из формул
(2 - 4).
При ламинарном
режиме осаждения (всплытия) частиц
дисперсной фазы (
):
(2)
При турбулентном
режиме осаждения (всплытия) частиц
дисперсной фазы (
):
(3)
При переходном режиме осаждения (всплытия) частиц дисперсной фазы
(
):
(4)
В реальных условиях гравитационного разделения фаз осаждение (всплытие) частиц дисперсной фазы в турбулентном режиме не применяется, т.к. направление векторной составляющей скорости осаждения в этом случае будет произвольным образом ориентировано в пространстве, что неизбежно приведет к непрерывному перемешиванию фаз и потери всякого физического смысла данного процесса.
Кроме того, в реальных условиях гравитационного разделения фаз осаждение (всплытие) частиц дисперсной фазы в ламинарном режиме при уменьшении значений критерия Архимеда ниже 18.10-6 так же не применяется, т.к. в этом случае роль броуновского движения возрастает настолько, что суммарная векторная составляющая скорости осаждения вновь будет произвольным образом ориентирована в пространстве, что неизбежно приведет к непрерывному перемешиванию фаз и потери всякого физического смысла данного процесса.
4. При необходимости
скорость свободного осаждения (всплытия)
одиночной частицы дисперсной фазы
(
)
в покоящейся жидкости пересчитывается
на стесненные условия 
по одной из формул (5 – 8):
(5)
(6)
(7)
(8)
Формула (5) применима при любых режимах осаждения (всплытия) одиночной частицы дисперсной фазы в неподвижной жидкости.
Формула (6) получена экспериментальным путем и так же применима при любых режимах осаждения (всплытия) одиночной частицы дисперсной фазы в неподвижной жидкости; причем, эмпирический коэффициент (n) в практических расчетах можно считать равным -4,7.
Формула (7) справедлива
при 
.
Формула (8) справедлива
при 
;
где:
- относительная доля дисперсионной
среды в исходной смеси.
(9)
где:
- объёмный расход дисперсионной среды;
- объёмный расход дисперсной фазы.
Необходимость пересчета скорости свободного осаждении (всплытия) одиночной частицы дисперсной фазы в неподвижной жидкости на стеснённые условия определяется величиной среднего объёмного содержания дисперсной фазы (φс).
Если 
пересчет становится необходимым;
причем:
(10)
5. Рассчитывают объёмную пропускную способность отстойника по исходной эмульсии:
(11)
где:
- средняя скорость движения эмульсии в
аппарате;
- часть площади сечения аппарата, занятая
нефтью.
Для горизонтального отстойника:
- если эмульсия подаётся под водяную подушку:
(12)
- если эмульсия подаётся выше водяной подушки:
(13)
Для любого способа подачи эмульсии:
-
(14)
где:
(15)
(16)
Для вертикального отстойника:
(17)
(18)
6. Полученную
расчетную пропускную способность
отстойника по исходной эмульсии
сравнивают
с заданной 
и делают соответствующий вывод.
Если 
- отстойник перегружен.
Если 
- отстойник недогружен.
Если 
- отстойник работает в оптимальном
режиме.