Софинско-Дзержинского месторождения
.pdf
145
Такой сложный характер поведения реальной эмульсии в аппарате неизбежно требует ряда упрощений:
− пренебрежем толщиной входного слоя, который образуется между нефтью и водяной подушкой.
− будем вести расчет, используя понятие ( |
d |
MIN |
). |
|
− будем считать время отстоя равным среднему времени движения эмульсии вдоль зоны отстоя.
Схема горизонтального отстойника приведена на рисунке 5.3.
|
|
L |
|
|
|
|
h |
|
Н |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
D |
Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Э |
|
|
|
|
|
Водянаяподушка |
|
h |
|
|
|
|
1 |
|
h |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
Рисунок 5.3 - Схема горизонтального отстойника |
|
||
Консорциум « Н е д р а »
145
146
Зная φвх и φвых с помощью таблице 5.6 определяют минимальный размер капель дисперсной фазы φmin, которые удаляются в данном отстойнике.
Таблица 5.6 - Усредненное распределение дисперсной фазы по d
|
d,∙ 10−6 м |
3 |
4 |
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
80 |
100 |
200 |
|
|
|
∆φ |
|
0,05 |
0,15 |
0,2 |
0,18 |
0,15 |
0,08 |
0,05 |
0,03 |
0,03 |
0,02 |
0,02 |
0,04 |
|
Для этого, вычисляют |
как разницу φвх и φвых двигаясь справа налево по нижней строке табл., суммируются |
||||||||||||||
указанные в ячейках величины ∆φ до тех пор пока найденное слагаемое не станет равным (или минимальным не превышая) ∆φ.
|
|
d = (dmin) = 5 ∙ 10−6; |
|
|
|
|
|
|
Рассчитываются критерий Архимеда, заменял dr на (dmin): |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
(ρ |
− ρ |
) ∙ ρ ∙ d3 |
∙ g |
|
|
|
Ar = |
дс |
дф |
дф r |
|
(5.24) |
|
|
|
|
μд.с2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Ar = |
(1192 − 811) ∙ 811 ∙ (5 ∙ 10−6)3 |
∙ 9,81 |
= 0,00245 |
|
|
||
|
(1,1 ∙ 10−3)2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При r 36 |
, следовательно режим Ламинарный. |
|
|
|
|
|
|
|
Для Ламинарных условий оседания: |
|
|
|
|
|
|
||
Консорциум « Н е д р а »
146
147
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
4,7 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Qн = { |
(ρд.ф − ρд.с) ∙ g ∙ dmin |
∙ [ |
|
|
|
|
1 − φср |
|
|
|
] |
|
|
+ |
(ρд.ф − ρд.с) ∙ g ∙ dmin |
|
∙ [ |
1 − φср |
|
|
|
] |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
μд.с ∙ 18 |
|
|
1 − φ ∙ √1 |
− (d |
min |
)2 |
|
1 − φ ∙ √1 − (d |
min |
)2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
μд.с ∙ 18 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
||||
∙ |
|
|
|
|
L |
|
|
} ∙ |
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
∙ Sн |
∙ |
|
|
1 − φвх |
|
|
|
(5.25) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
(D |
− h − h |
) |
(D − h |
− h |
) |
|
|
1 − 0,5(φ |
− φ |
вых |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
0 |
1 2 |
|
|
|
в |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
(1192 − 811) ∙ 9,81 ∙ (5 ∙ 10−6)2 |
|
|
|
|
|
|
1 − 0,423 |
|
|
4,7 |
|
(1192 − 811) ∙ 9,81 ∙ (5 ∙ 10−6)2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
Qн = { |
∙ [ |
|
|
|
|
|
|
|
] |
|
+ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
1,1 ∙ 10−3 ∙ 18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 ∙ 1,0 ∙ 10−3 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 − 0,423 ∙ √1 − (5 ∙ 10−6)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 − 0,423 |
|
|
4,7 |
|
|
|
|
|
|
|
19,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19,8 |
|
|
|
|
|
|
1 − 0,826 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
∙ [ |
|
|
|
|
|
] |
∙ |
|
|
|
|
|
|
|
|
} ∙ |
|
|
|
|
|
|
∙ 4,43 ∙ |
|
|
= |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
(3 − 1,25 − 1) |
(3,6 − 1,25 − 1) |
1 − 0,5(0,83 − 0,02) |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 − 0,423 ∙ √1 − (5 ∙ 10−6) |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= 0,069 т/с = 5987 т/сут
где Sн- часть аппарата занятого нефтью. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Для горизонтального отстойника: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Sн = πR2 − R2в ( |
απ |
|
− sin α ∙ cos α) − Rв ( |
βπ |
|
− sin β ∙ cos β) |
(5.26) |
||||
180 |
180 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Sн = 3,14 ∙ 1,52 ( |
8,41 ∙ 3,14 |
|
− sin 8,41 ∙ cos 8,14) − |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||||
180 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
−1,52 ( |
80 ∙ 3,14 |
− sin 80 ∙ cos 80) = 4,3 |
|
||
180 |
|
|
где:
Консорциум « Н е д р а »
147
α = arccos Rв − h1 ; Rв
α = arccos 1,5 − 1,25 = 8,41 1,5
β = arccos Rв − h2 ; Rв
β = arccos 1,5 − 1,25 = 80 1,5
|
|
|
|
|
φ |
|
= |
φн + φк |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
ср |
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
φср = |
0,826 + 0,02 |
= 0,423 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
Qрасч = 5987 |
т |
|
> Qреал = 5873,7 |
|
т |
|
|
||
сут |
сут |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||
Отстойник не перегружен, поэтому, на УПСВ необходимость разместить, еще один отстойник отсутствует.
Расчет линейной скорости и времени пребывания жидкости в отстойнике Диаметр отстойника для обеспечения ламинарного режима в отстойнике рассчитываем по формуле
d = |
Vж |
1820 ∙ vж |
где d – минимальный диаметр отстойника, обеспечивающий в нем ламинарный режим, м;
Vж – объемный расход жидкости, м3/мин;
148
(5.27)
(5.28)
(5.29)
(5.30)
Консорциум « Н е д р а »
148
vж – кинематическая вязкость жидкости, м2/с.
Объемный расход жидкости, проходящей через отстойник, рассчитываем по формуле:
Gж Vж = 60 ∙ ρ20ж
где Gж – массовый расход жидкости, походящей через отстойник, кг/ч;
Gж = 5873,7 т/сут= 244737,5 кг/ч;
ρ20ж – плотность жидкости при температуре в отстойнике , кг/м3.
ρ20ж =1192 кг/м3.
ρ20н – плотность нефти при 20 0С, кг/м3;
ρ20н = 811 кг/м3;
t – температура в отстойнике, 0С; t = 20 0С
Рассчитываем плотность жидкости при температуре в ОГ-200:
ρж = ρн ∙ (1 − В) + ρв ∙ В ρж = 811 ∙ 0,174 + 1192 ∙ 0,826 = 141,1 + 985,6 = 1125,7 кг/м3
Для обеспечения ламинарного режима в отстойнике, поставим 1 отстойник, расход в нем составит:
Рассчитываем объемный расход жидкости:
244737,5
Vж = 60 ∙ 1125,7 ∙ 1 = 3,6 м3/мин
149
(5.31)
(5.32)
Консорциум « Н е д р а »
149
Кинематическую вязкость жидкости рассчитываем по формуле:
μ20
v20 = ж
ж ρ20ж
где ν20ж – кинематическая вязкость жидкости при температуре в отстойнике м2/с;
μ20ж – динамическая вязкость жидкости при температуре, Па . с;
Вязкость жидкости определяем по формуле Бринкмана:
μж20 |
= |
μн20 |
|
(1 − ВвхОГ−200)2,5 |
|||
|
|
где Ввх – обводненность жидкости на входе в отстойник, доли единицы;
Ввх = 82,6 %
Рассчитываем динамическую вязкость жидкости при температуре в отстойнике:
0,001 μ20ж = (1 − 0,826)2,5 = 0,82 Па ∙ с
Рассчитаем кинематическая вязкость жидкости:
vж20 = 1125,70,82 = 7,3 ∙ 10−3м2/с.
Рассчитываем минимальный диаметр отстойника:
3,6
dmin = 1820 ∙ 7,3 ∙ 10−4 = 2,7 м.
Необходимо установить 1 отстойник с диаметром dф=1,2 м, для обеспечения ламинарного режима.
150
(5.33)
(5.34)
Консорциум « Н е д р а »
150
|
|
|
|
|
151 |
Линейную скорость движения жидкости в отстойнике рассчитываем по формуле: |
|
||||
|
|
W = |
Vж |
|
(5.35) |
|
S |
||||
|
|
|
|
||
где W – линейная скорость движения жидкости в отстойнике, м/мин; |
|
|
|
||
V – объемный расход жидкости в отстойнике, м3/мин; |
|
|
|
|
|
ж |
|
|
|
|
|
V = 3,6 м3/мин; |
|
|
|
|
|
ж |
|
|
|
|
|
S – площадь сечения отстойника, м2. |
|
|
|
|
|
Рассчитываем площадь сечения отстойника ОГ-200: |
|
|
|
|
|
|
πdф2 |
|
|
|
|
S = |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
||
4
где ф – фактический диаметр отстойника ОГ-200, м;
ф = 3,0 м
= 3,14 ∙ 3,02 = 7,1 м2. 4
Рассчитываем скорость движения жидкости в отстойнике:
3,6
W = 7,1 = 0,51 м/мин;
Рассчитываем время пребывания жидкости в отстойнике:
τ = |
L |
(5.36) |
W |
Консорциум « Н е д р а »
151
152
где L – длина отстойника, м;
L = 19,8 м;
19,8 τ = 0,51 = 38,8 мин
Вывод:
Расчет показал, что фактически установленный отстойник справляется с поставленной задачей, время пребывания жидкой фазы в отстойнике больше 10 мин.
Консорциум « Н е д р а »
152
153
5.3 Материальный баланс сепаратора и отстойника
Материальный баланс сепаратора приведен в таблице 5.7
|
|
|
|
|
Таблица 5.7 |
|
|
Материальный баланс сепаратора |
|
|
|
№ |
Поступило |
|
% |
т/сут |
кг/ч |
1 |
Газожидкостная смесь |
|
100 |
5955,5 |
248146 |
|
Получено |
|
|
|
|
1 |
Газ |
|
1,4 |
81,8 |
3408,5 |
2 |
Нефть+вода |
|
98,6 |
5873,7 |
244737,5 |
а |
вода |
|
82,6 |
4919,2 |
204968,0 |
б |
Нефть |
|
16,0 |
954,5 |
39769,5 |
|
Итого |
|
100 |
5955,5 |
248146,0 |
После сепаратора продукция поступает в отстойник. В отстойник поступает 5873,7 т/сут эмульсии. Обводненность на входе 82,6% (17,4% нефть, 82,6% вода). В отстойнике происходит обезвоживание. Обводненность на выходе из отстойника составляет 2%. (98% нефти – 954,5 т/сут) Следовательно баланс отстойника выглядит следующим образом:
|
0,98 |
= |
|
954,5 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
x |
|
||||
x = |
1 ∙ 954,5 |
= 974,0 |
т |
||||
|
|
|
|||||
0,98 |
|
сут |
|||||
974,0 т/сут это выход обезвоженной нефти с обводненностью 2%. Остальная жидкость это отделенная пластовая вода.
5873,7 − 974,0 = 4899,7 т/сут.
4899,7 т/сут это отделенная пластовая вода.
Консорциум « Н е д р а »
153
Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:
«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»
Консорциум « Н е д р а »