Добавил:

spbguap9 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Предмет:

Добыча нефти и газа

Файл:

Дросселирование

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

01.02.2021

Размер:

1.78 Mб

Скачать

☆

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ДЖОУЛЯ — ТОМСОНА

Дросселирование — расширение газа при прохождении через дроссель — местное гидравлическое сопротивление (вентиль, кран, сужение трубопровода и т. д.), сопровождающееся изменением температуры. Дросселирование — термодинамический процесс, характеризующийся постоянством энтальпии (i = соnst)

В процессе дросселирования реального природного газа при его движении через штуцер, задвижку, регулятор давления, клапан-отсекатель, колонны труб в скважине, не плотности в оборудовании промыслов температура газа уменьшается.

Изменение температуры газов и жидкостей при изоэнтальпийном расширении называется эффектом Джоуля— Томсона, а μi часто называют коэффициентом Джоуля — Томсона:

i T p i [T V T p V ] / c p

(1)

Остаточный объем газа V0 есть реального (V) газов:

	V
	0
где V0	f P,T .

разность между объемами идеального (RТ/P) и

RT Р V ,

(2)

Дифференцируя уравнение (2) по Т при P = соnst и подставляя результат дифференцирования и V из (2) в (1), получим:

или

i [V0

T V0

]

c p

К/МПа

f p

пр

кр

пр

кр

где обобщенная функция коэффициента Джоуля-Томсона:

f p

пр

,T 1,44 [V

( V

/ T )

пр

0пр

пр

0пр

пр

0пр

0кр

пр

(3)

(4)

(5)

Значение функции f(Pпр,Tпр) можно определить по зависимости f(Pпр,Tпр) от приведенных абсолютных давления Pпр и температуры Тпр (рис.) или рассчитать с погрешностью менее 7 % по корреляционной зависимости Гухмана и Нагаревой:

f p		,T	2,343 T	2,04	0,071 p		0,8
	пр					пр
		пр		пр

(6)

при 1,6<Tпр<2,1 и 0,8<Pпр<3,5.

Для реальных природных газов коэффициент Джоуля—Томсона можно выразить через коэффициент сверхсжимаемости газа z:

	м	2		z
	A RT			z	,	(7)
i					,	(7)
i	c p Р		T p
	c p Р		T p

(дz/дТ)р можно определить из уравнения состояния реальных природных газов, например из уравнения состояния Пенга—Робинсона.

Если (дz/дТ)>0, μi >0, то газ в процессе дросселирования охлаждается. При (дz/дТ)р<0, μi <0 газ в процессе расширения нагревается. В случае, если (дz/дТ)р = 0, μi=0, имеем точку инверсии. В большинстве случаев газ в процессе дросселирования охлаждается, а жидкость нагревается.

Определив Ср, можно найти коэффициент адиабаты природных газов k по формуле:

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

C p

A R z T

пр

Tпр

Рпр

Обработка результатов исследование некоторых газов показала, что вычитаемое в

знаменателе можно выразить так:

Т пр ,

1 / 4

AM R z Tпр

3,57 Pпр

Tпр Рпр

тогда		/ C		3,57 Р1/ 4	/T ,
k C	р		р			(8)
				пр	пр

Изменение температуры газа (жидкости) в процессе изоэнтальпийного расширения при значительном перепаде давления на дросселе называется интегральным дроссель эффектом. Он может вычисляться из соотношения

T	T
1	2

i	dp

(9)

или определяться по энтальпийным номограммам (рис.).

Приближенно конечную температуру газа в процессе дросселирования можно определить по формуле

3,57Pпр1/ 4

0,29 10 7 P2

209 10

7 P P ], (10)

[0,005 10 3 ln

c p Tпр1

где

P 2P

, T

; c

(

, T

Pпр

кр

пр1

кр

пр1

Среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона для природного газа изменяется от 2 до 4 К/МПа в зависимости от состава газа, падения давления и начальной температуры газа.

2.ИЗОЭНТРОПИЙНЫЙ ПРОЦЕСС

Вслучае изоэнтропийного процесса газовый поток при своем расширении совершает внешнюю работу в детандере.

Дифференциальный эффект изменения температуры при изоэнтропийном расширении:

		V	,
S	i	C	,
S	i

		P

	T	1		V
S			T	.
S		CP	T	.
	P S	CP		T P

т.е. дифференциальный коэффициент изменения температуры

при изоэнтропийном расширении газа всегда больше аналогичногокоэффициента при изоэнтальпийном расширении газа.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Следовательно, использование в промысловых условиях изоэнтропийного расширения газа позволяет более эффективно использовать пластовую энергию природного газа.

Изменение температуры газа при адиабатическом изоэнтропийном расширении газа:

T	T	P
T	T	2
2	1	P
		P
		1

k 1

k ,

(11)

Тi, Рi - температуры и давления до и после расширения, К, Па; k – показатель адиабаты.

3. ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ

Пример 1. Определить молярную изобарную теплоемкость, коэффициент адиабаты, коэффициент дифференциального дроссель - эффекта для газа Шебелинского газоконденсатного месторождения при следующих давлениях и температурах: P = 15,6; МПа; Т = 323 К. Объемный состав газа, % : СН4 - 92, С2Н6- 4; С3Н8 - 1,1; С4Н10 - 0,52, С5Н12 -

0.26; С02 - 0,12; N2 – 2.

Решение

1.	Находим молекулярную массу газа:
	M	см	( y	i	M	i	) 17,56;
		см		i		i
2.	Находим относительную плотность газа:

СМ

М СМ

0,606;

М В

3. Находим критические и приведенные параметры газа:

кр

4,72

МПа;

кр

197 К;

пр

;

пр

4. Рассчитываем изобарную молярную теплоемкость природного газа по формуле

Гухмана и Нагаревой

3,15 0,02203 Т 0,149

0,238 М

1,124

кДж /(кмоль К )

5,08

Т /100

где Р – текущее давление, кГ/см2.

3,15 0,022 323 0,149 10 4

3232

0,238 17,56 1561,124

11,88;

323 100 5,08

5. Находим коэффициент адиабаты природных газов (8):

k Cр / Cр 3,57 Р

1/ 4

/ T ,

пр

k 11,88 11,88 3,57 3,31/ 4

1,64 1,327;

6. Определяем значение функции

f Рпр ,Tпр

(6):

fРпр ,Tпр 2,343 1,64 2,04 0,071 3,3 0,8 0,72;

7.Определяем коэффициент дифференциального дроссель-эффекта (4):

i 0,72 197 11,88 4,72 2,53 К / МПа .

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Пример 2. Рассчитать конечную температуру газа t2 в конце процесса дросселирования газа Южно-Советского газоконденсатного месторождения и среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона при следующих исходных данных Р1 = 8 МПа,

T1 = 318,3 К, Р2 = 6 МПа. Объемный состав газа, %: СН4 — 82,76, С2Н6 — 9,68; С3Н8 — 3,23;

С4Н10— 1,29; С5Н12-0,42; С6Н14-0,14; С02 - 2,48; МСМ = 19,88; РКР = 4,67 МПа; ТКР= 208,5 К.

Решение
1. Находим среднее давление:
~		(8 6) / 2 7 МПа;
Р		(8 6) / 2 7 МПа;
2. Находим среднее приведенное давление:
		~		7 / 4,67		1,5;
		Р	пр	7 / 4,67		1,5;
			пр
3. Находим приведенную температуру:
Т	пр1		318,3		208,5 1,53;
	пр1

4. Рассчитываем изобарную молярную теплоемкость природного газа по формуле

Гухмана и Нагаревой (см Пример 1):							0,238 19,88 70
							0,238 19,88 70
							1,124
c		3,15 0,022 318,3 0,149	10	4	318,3	2		10,2;
c	p	3,15 0,022 318,3 0,149	10		318,3		5,08	10,2;
	p						5,08
							318,3 /100

5. Определяем конечную температуру газа в процессе дросселирования (10):

	1			1/ 4	0,005 10 3		80 0,29 10 7 802	602 209 10 7
1		3,57 1,5				2,3lg
318,3	T	10,2 1,53					60

	2		3
2,58 0,336 10				/10,2 1/11750;


80 60

T	318,311750 /12068 310 K 37	0	C ;
		0
2

6. Понижение температуры:

t		t	t		45,3 37 8,3	0
	Р			2		C ;
		1

7. Среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона:

	i	8,3/ 8 6 4,15 K / МПа.
	i

4.РАСЧЕТНАЯ ЗАДАЧА

4.1Рассчитать конечную температуру газа t2 в конце процесса дросселирования газа

исреднее значение коэффициента Джоуля—Томсона при известных данных: Р1, T1, Р2, объемный состав газа.

4.2Исследовать влияние величины понижения давления (ΔР = Р1 – Р2) на величину среднего значения коэффициента Джоуля—Томсона и, следовательно, на температуру газа после дросселирования Т2. Построить график Т2 = ƒ(ΔР) при Т1 = const.

4.3Исследовать влияние значения начальной температуры газа на величину среднего значения коэффициента Джоуля—Томсона и, следовательно, на температуру газа

после дросселирования Т2. Построить график Т2 = ƒ(Т1) при Р1, Р2 = const.

4.4Определить температуру газа Т2 после адиабатического расширения при

постоянной энтропии.

4.5Оценить во сколько раз эффективнее изоэнтропийный процесс расширения газа по сравнению с изоэнтальпийным (Т2S / T2i).

Результаты изложить в выводах по каждому пункту задания.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ЗАДАНИЮ 4

Вари		Состав газа, % мольн.						Влияние		Р		Влияние Т1
Вари				С4Н1	C5H1	C6H1	Р1,		Р2,	t1, оС	Р1,		Р2,	t1, оС
ант	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н1	C5H1	C6H1	Р1,		Р2,		Р1,		Р2,
ант	СН4	С2Н6	С3Н8	0	2	4	МПа		МПа		МПа		МПа
				0	2	4	МПа		МПа		МПа		МПа
1	79,5	9,06	4,40	1,64	4,38	1,02	14		6	22	14		9	22
							14		8	22	14		9	18
							14		10	22	14		9	10
							14		12	22	14		9	2
2	97,9	0,40	0,20	0,10	1,10	0,30	16		7	12	16		10	12
							16		9	12	16		10	8
							16		11	12	16		10	2
							16		13	12	16		10	0
3	78,5	8,46	5,32	1,92	4,49	1,31	8		1	9	8		3	9
							8		3	9	8		3	4
							8		5	9	8		3	0
							8		7	9	8		3	-3
4	83,1	6,07	3,06	1,13	6,07	0,57	9		2	5	9		2	10
							9		4	5	9		2	5
							9		6	5	9		2	0
							9		8	5	9		2	-5
5	75,3	8,12	4,54	1,76	8,96	1,32	12		3	7	12		5	12
							12		6	7	12		5	9
							12		8	7	12		5	5
							12		10	7	12		5	-1
6	77,3	8,03	5,15	1,96	5,97	1,59	15		6	4	15		8	12
							15		8	4	15		8	9
							15		10	4	15		8	5
							15		12	4	15		8	1
7	89,7	5,03	1,39	0,38	2,78	0,72	24		12	5	24		15	12
							24		15	5	24		15	8
							24		18	5	24		15	5
							24		20	5	24		15	1
8	98,6	0,03	0,16	-	—	1,21	13		5	8	13		7	20
							13		7	8	13		7	17
							13		9	8	13		7	10
							13		11	8	13		7	4
9	96,0	2,48	0,12	0,84	0,07	0,49	20		8	12	20		15	15
							20		12	12	20		15	10
							20		15	12	20		15	5
							20		17	12	20		15	0
10	91,6	4,66	1,34	0,55	1.37	0,48	10		2	6	10		3	18
							10		5	6	10		3	15
							10		7	6	10		3	6
							10		9	6	10		3	2
11	99,1	0,01	0,1	—	—	0,79	22		8	10	22		16	12
							22		12	10	22		16	10
							22		16	10	22		16	6
							22		19	10	22		16	2
12	90,7	6,94	0,28	0,36	0,66	1,06	18		8	15	18		8	10
							18		10	15	18		8	7
							18		13	15	18		8	3

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

							18	15	15	18	8	-1
13	88,7	7,64	1,72	0,58	0,84	0,52	21	10	12	21	15	8
							21	14	12	21	15	5
							21	17	12	21	15	2
							21	19	12	21	15	-2
14	99,0	0,03	-	0,06	-	0,91	11	3	3	11	6	6
							11	5	3	11	6	3
							11	7	3	11	6	0
							11	9	3	11	6	-3
15	96,3	2,89	0,05	0,03	0,01	0,72	17	9	21	17	10	10
							17	11	21	17	10	7
							17	13	21	17	10	4
							17	15	21	17	10	1
16	96,0	2,72	0,03	0,13	0,03	1,09	7	1	25	7	2	17
							7	3	25	7	2	12
							7	5	25	7	2	8
							7	6	25	7	2	2
17	89,9	4,99	1,56	0,80	1,40	1,35	14	5	23	14	8	15
							14	7	23	14	8	12
							14	9	23	14	8	8
							14	11	23	14	8	3
18	90,3	4,83	1,81	0,73	1,48	0,85	12	4	30	12	6	9
							12	6	30	12	6	6
							12	8	30	12	6	3
							12	10	30	12	6	0
19	87,2	6,51	2,34	0,60	1,39	1,96	19	7	10	19	10	15
							19	10	10	19	10	11
							19	14	10	19	10	5
							19	17	10	19	10	-4
20	86,1	7,06	2,07	0,56	1,87	2,34	9	1	14	9	2	17
							9	3	14	9	2	14
							9	5	14	9	2	10
							9	7	14	9	2	1
21	90,6	5,42	0,76	0,52	0,89	1,81	29	15	18	29	20	25
							29	18	18	29	20	20
							29	22	18	29	20	10
							29	25	18	29	20	3
22	90,1	5,19	1,79	0,59	1,28	1,05	23	8	11	23	14	22
							23	12	11	23	14	18
							23	18	11	23	14	10
							23	20	11	23	14	0
23	86,8	6,40	1,82	0,70	3,39	0,89	15	5	8	15	7	18
							15	8	8	15	7	11
							15	10	8	15	7	3
							15	12	8	15	7	-2
24	90,1	4,30	1,21	0,79	0,46	3,14	25	13	27	25	18	15
							25	16	27	25	18	10
							25	19	27	25	18	6
							25	21	27	25	18	1
25	96,7	1,15	0,37	0,23	0,04	1,51	20	8	5	20	10	14
							20	11	5	20	10	9
							20	14	5	20	10	3

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

													20		17		5			20		10	-1
26													16		6		2			16		9	20
		85,4	7,00		2,55			0,84		3,44		0,77	16		9		2			16		9	17
		85,4	7,00		2,55			0,84		3,44		0,77	16		12		2			16		9	10
													16		12		2			16		9	10
													16		14		2			16		9	-5
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ТАБЛИЦА 1 РЕЗУЛЬТАТОВ по пунктам задания 4.1 и 4.2, 4.4, 4.5

Р1,	Р2,		t1,		Р,	Мсм			Рср,		Рпр	Тпр1		Ср,	Т2i,		t2,		t,		μi,	k		Т2S,	Т2S/
МП	МПа		оС	МП			,		МП		ср,	, К		кД	К	оС		оС			К/			К	Т2i
а					а	кг/к			а		МП			ж/(							МП
						мол					а			кмо							а
							ь							ль·
														К)
15	6		30
15	8		30
15	10		30
15	12		30
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ТАБЛИЦА 2 РЕЗУЛЬТАТОВ по пунктам задания 4.1 и 4.3, 4.4, 4.5

Р1,	Р2,		t1,	Мсм			Рср,		Рпр		Тпр1	Ср,		Т2i,	t2,		t,	μi,			k	Т2S,		Т2S/
МП	МПа		оС	,		МП			ср,		, К	кД		К	оС	оС		К/				К		Т2i
а				кг/к			а		МП			ж/(						МП
				мол					а			кмо						а
					ь							ль·
												К)
15	10		30
15	10		20
15	10		10
15	10		0

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

У Р АЛЬ СКИЙ Ф ЕДЕР АЛЬ НЫ Й

О КР У Г

ЯМАЛО -НЕНЕЦКИЙАВТО НО МНЫ ЙО

КРУ Г

КАРТАМЕСТО РО ЖДЕНИЙГО РЮ ЧИХ

П О ЛЕЗ НЫ Х

ИСКО П АЕМЫ Х

60°00'

66°00'

72°00'

00'

84°00'

90°00'

78°

м.Белый

о.Вилькицкого

О.БЕЛЫЙ

коева

о.Неупо

м.Скуратова

п ро л

ив

на

Мал ыги

о.Шокальского

1&!

2°

ен

00'

3&! &!2

! !

Юрацк

губа

ая

5%#

Ес

9&!

м.

8#$

10&!

Хонарасаля

У Б А

ки

11%$

%$14%

оз.Ярато

залив

Шарапов

Шар

сё

16%#

22"

17%$

18#$

оя

м.БелужийНос

рт

ха

24&"

КИ

РС

19&$

БИ

ЫЙ

20#

Нгарка-

45"$

СИ

25%$

ЛЬ

ыбнаг

РА

ДЕ

ФЕ

о.Литке

26%

28!

! !!

%$а

36%"

30#$

То

! !

31%#

49#!

Т34

48#"

38#"

39%" #$40

37&"

68°

! !

МысКаменный

хя

51&"

00'

ла

52&#

рк

42#"

оё

СЕВЕРО

ут

оз.Ярато 2-е

57&"

Щучья

аяха

оз.Ярато 1-е

айдарат

ЗАПАД

Ме59 %$

! !

ФЕДЕРАЛЬН

НЫЙ

ха

55# &#54

вая

! !

ЫЙО

65#!

КР

ло

РУГ

УГ!

Та

ут

ЛЯРНЫ

Хад69#!

68!$ !

от

ВЕРНЫ

ъе

ган

76#

ха

#$67

75%$

ъя

! !

аб

#74

Т80

73!$ !

78#

82&"

101

! ! !

! !

ях

аб

100

Об

-Т

102

ка88

ар

ады

Нг

мск

бь

ыда

ая

89#

104

#$103

98!$

83#"

108

! !

Еваяха

105

106

97&# 114

112#$

! ! !

94&"

#$ #

109

92&$

115

117

119

107#

113

! !

#$110

117

127 128&#!

#$116!

126

120

150#"!$ 129

118#"

111

125

! !

121

#$ 123

! ! !

152#"!$

130

179

##$

163

122#$

143144

162

134!

160

165

137

171

124

182

151156 #"159

161

131

!$164

181

64°

133

145

!$ !

175#$

178!$

&$180#$

136!$

138&

! !

166

132

146

157

139

167!"

140

!$173

!!#

155&

#"153

176

177

147

158

174

186!#

141!

154

!$183

142!

#$148

204

169#"

209!

187

210

211"#

! !

#" !$

168

208

212

! ! !

192

189!191

# 149#

220

214

188!#

190#

207

206

219!$

199!#201

218

184

189"$ 194!

213

185

203

205

"$ 217

221!$

196!$

216

АНТЫ -М

198

215

АНС

ИЙСКИЙАВТО НО МНЫ ЙО

КР

197!$

222

193

200

224!$

195!

223#"

Картасоставленапосостоянию на01.09.2019г.

в1сантиметре50километров

П одготовленоФ ГБУ

«ВСЕГЕИ»в рамкахвыполнения

СведенияополезныхископаемыхприведеныпоГБЗ на01.01.2019.

100

150

200

250

км

Государственного

задания

Ф едерального агентства

понедропользованию от27.12.2018г.№049-00013-19-00

У СЛО ВНЫ ЕО БО З НАЧЕНИЯ

Топографическаяоснова:

Нефть(крупное)

Горючие полезные ископаемые:

Газгорючий(среднее)

Нефтьигазоконденсат(уникальное)

Границы:

! !

Ф едеральныхокругов

Нефть(среднее)

Нефтьигазоконденсат(крупное)

Газгорючий(малое)

! !

Субъектов РФ

Районов иавтономныхокругов

Нефть(малое)

Нефтьигазоконденсат(среднее)

Газоконденсатигаз(уникальное)

Гидрография:

Моря,озера,водохранилища,реки

" Нефтьигаз(крупное)

Нефтьигазоконденсат(малое)

&" Газоконденсатигаз(крупное)

Речнаясеть,береговаялиния

"# Нефтьигаз(среднее)

Газгорючий(уникальное)

&# Газоконденсатигаз(среднее)

"$ Нефтьигаз(малое)

Газгорючий(крупное)

Газоконденсатигаз(малое)

Соседние файлы в предмете Добыча нефти и газа

#
24.01.20213.87 Mб47Дизайн и выбор буровых долот.pdf
#
16.01.2021838.67 Кб56Дипломная работа Проект бурения и крепление эксплуатационной скважины на Песчаной площади.pdf
#
14.02.2021537.69 Кб9Добыча Тяжелой Нефти в России.pdf
#
24.01.2021236.11 Кб7Долото буровое 2.pdf
#
17.01.2021719.31 Кб4Допополнение к методичке по сейсморазведке.pdf
#
01.02.20211.78 Mб11Дросселирование.pdf
#
03.02.20211.61 Mб5ервичная переработка нефти-1.pdf
#
03.02.20211.61 Mб6ервичная переработка нефти.pdf
#
07.02.2021543.78 Кб11Заводнение пластов.pdf
#
29.01.2021239.59 Кб5ЗАГАДКА ИЗ АЛЮМИНИЯ.pdf
#
10.01.20211.33 Mб16Заканчивание скважин в сложных горно геологических условиях.pdf