Карагайского месторождения
.pdf
150
Вертикальный сепаратор
Рис. 10.1
Еще до входа в сепаратор газ, выделившийся из нефти в результате снижения давления, представляет полидисперсную систему, в которой собственно газ является дисперсионной средой, а частицы нефти (и воды при
наличии ее в продукции скважины), диспергированные в газе - дисперсионной фазой.
Для эффективной сепарации необходимо, чтобы расчетная скорость движения газового потока в сепараторе была меньше скорости осаждения жидких и твердых частиц, движущихся под влиянием силы тяжести во встречном потоке
газа, т.е. |
W |
Г |
W |
|
Ч . |
Консорциум « Н е д р а »
151
При расчете гравитационных сепараторов по газу принимаются следующие допущения:
1)частица (твердая или жидкая) имеет форму шара;
2)движение газа в сепараторе установившееся, т.е. такое, когда скорость газа в любой точке сепаратора независимо от времени остается постоянной, но по абсолютному значению может быть разной;
3)движение частички принимается свободным, т.е. на нее не оказывают влияние другие частицы;
4)скорость оседания частицы постоянная, это тот случай, когда сила сопротивления газовой среды становится равной массе частицы.
Зная
|
Н |
|
и
|
К |
|
, с помощью табл. 10.2
определяют минимальный размер капель дисперсной фазы (
d |
m in |
|
), которые
удаляются в данном сепараторе.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 10.2 |
||
|
|
|
|
Усредненное распределение дисперсной фазы по d |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d м 10 |
−6 |
3 |
4 |
|
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
80 |
100 |
|
|
200 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 |
|||
|
|
|||||
указанные в ячейках величины |
|
|
||||
|
|
|||||
превышая) |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
d = (d |
m in |
) = |
||
|
|
|
|
|
||
разницу |
|
Н |
и |
|
В |
, двигаясь справа налево по нижней строке табл., суммируются |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
до тех пор пока найденное слагаемое не станет равным (или минимальным не
80 10 |
−6 |
м |
(10.1) |
|
|||
|
|
|
Консорциум « Н е д р а »
152
Рассчитываются критерий Архимеда, заменял
Ar = |
4 |
|
( |
д.ф. − |
д.с. ) д.с. dr3 |
g |
3 |
|
|
2 |
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
д.с. |
|
d |
r |
на |
(d |
m in |
) |
: |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
(10.2)
|
4 |
|
(875−1,211) 1,211 (80 10 |
−6 |
3 |
9,8 |
|
||
Ar = |
|
|
) |
= 7,95 |
|||||
3 |
(0,89 10 |
−6 |
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
При
r
36
, следовательно режим ламинарный.Для ламинарных условий оседания:
|
|
( д.ф − д.с ) g dm in |
2 |
|
1−ср |
|
|
|
|
4.7 |
( д.ф − д.с ) g d |
2 |
|
|||||||||||||
Qн |
|
|
|
|
|
|
m in |
|
||||||||||||||||||
= |
|
|
д.с 18 |
|
|
|
|
|
1− (d |
|
) |
2 |
|
+ |
|
18 д.с |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 − |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
m in |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1− |
ср |
|
|
|
|
H − h − h |
|
|
H − h − h |
SН |
|
1 − |
вх |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
||||||
1− |
|
1 − (d |
|
) |
2 |
|
|
|
|
Dв |
|
|
|
|
Dв |
|
|
|
1− 0,5( вх −вых ) |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
m in |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(10.3)
где Sн - часть аппарата занятого нефтью.
Для вертикального газосепаратора:
Sн |
= R2 |
= 0,82 |
= 2,01 |
м2 |
|
ср |
= н + к |
|
2 |
|
|
|
|
|
= |
0,1+ 0,02 |
= 0,06 |
|
ср |
2 |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
(10.4)
(10.5)
Консорциум « Н е д р а »
153
|
|
|
|
|
|
(80 10 |
−6 |
) |
2 |
|
|
1 − 0,06 |
|
|
|
|
4.7 |
(875 −1,211) 9,8 (80 10 |
−6 |
) |
2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Qн |
(875 −1,211) 9,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
= |
|
|
0,89 10 |
−3 |
18 |
|
|
|
|
|
|
− 0,06 |
1 − (80 10 |
−6 |
) |
2 |
|
+ |
0,89 10 |
−3 |
18 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 − 0,06 |
|
|
|
(5,5 − 0,8 |
− 4) |
|
|
(5,5 − 0,8 − 4) |
|
|
1 − 0,1 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2,01 |
|
= |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
− 0,06 |
|
1 − (80 10−6 )2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,5 |
|
|
|
|
1 − 0,5 (0,1 − 0,02) |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0,207м |
3 |
/ сек |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Выводы по технологическому расчету
Так как реальный объем аэрозоли проходящей через сепаратор меньше, чем его пропускная способность,
следовательно, аппарат справляется. Дополнительного оборудования для сепарации газа не требуется.
Консорциум « Н е д р а »
Консорциум « Н е д р а »
154
9. Гидравлический расчет сложного трубопровода, транспортирующего двухфазную жидкость
Технические условия для выполнения расчета
Определить потери давления, которые возникнут при движении по трубопроводу газожидкостной смеси от скв. 204
до УПСВ «Карагайская» рис. 11.1.
Схема движения газожидкостной смеси
B C
А
Скв.204
|
АГЗУ-2 |
УПСВ |
|
|
|
|
«Карагайская» |
|
|
|
|
Рис. 71.1 |
|
|
|
Исходные данные для расчета |
|
|
|
1. |
Длина участка АB, м |
|
L1 |
800 |
|
|
|
||
2. |
Внутренний диаметр трубопровода на участке АB, м |
D1 |
0,105 |
|
|
|
|||
3. |
3 |
|
Q1 |
0,0000058 |
Расход смеси на участке АB, м /сек |
|
|
|
|
4. |
Длина участка ВС, м |
|
L2 |
700 |
|
|
|
||
Консорциум « Н е д р а »
5. |
Внутренний диаметр трубопровода на участке ВС, м |
D2 |
0,259 |
|||
|
|
|||||
6. |
|
|
3 |
|
Q2 |
0,00042 |
Расход смеси на участке ВС, м /сек |
|
|
|
|||
7. |
Плотность нефти, кг/м |
3 |
|
ρн |
848 |
|
|
|
|
|
|||
8. |
Плотность растворенного в нефти газа, кг/м |
3 |
ρг |
1,179 |
||
|
|
|
||||
9. |
Динамическая вязкость нефти, Па·с |
|
μн |
0,00243 |
||
|
|
|
||||
10. |
Динамическая вязкость газа, Па·с; |
|
μg |
0,00000091 |
||
|
|
|
||||
11. |
Объемная доля растворенного в нефти газа |
α |
0,25 |
|||
|
|
|||||
12. |
Массовая доля растворенного в нефти газа |
|
х |
0,015 |
||
|
|
|
||||
13. |
Абсолютная шероховатость, м |
|
e |
0,0002 |
||
|
|
|
||||
Результаты расчета
1.Определим методику расчёта.
Для этого найдём значения показателей W и н/ г и сравним их с табличными [9].
|
|
= |
0,00243 |
= 2670,33 |
н |
9,1·10-7 |
|||
|
|
|
||
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
Удельную массовую скорость квазижидкости находим по формуле, (кг·м2/с):
W = |
G |
, |
|
|
S |
(71.2) |
|||
|
|
где G – массовый расход, кг/с;
155
(71.1)
Консорциум « Н е д р а »
156
S – площадь сечения трубы, м2.
|
|
|
|
|
G = Q , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(71.3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
= |
0,0000058 · 848 = 0,00049 кг/с |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
G |
|
= |
0,00042 · 848 = 0,36 кг/с |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S = |
вн |
, |
(71.4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
= |
|
|
3.14 · 0,1052 |
|
|
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
4 |
= 0,008655 м |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
= |
3.14 · 0,2592 |
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
4 |
=0,05 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W = |
|
0,00049 |
|
2 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0,008655 =0,057 кг·м |
/с |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
= |
0,36 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
0,05 =7,2 кг·м |
/с |
|
|
|
|
|
Так как |
|
н |
|
1000 |
и W 100 в обоих случаях, то применяем методику Локкарта-Мартенелли [9]. Следовательно, |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
базовым уравнением для расчёта является:
Р |
= |
|
Р |
|
= |
Р |
|
|
2 |
|
|
2 |
|
тр |
|
f |
|
f |
g |
g |
(71.5)
где Рf - потери давления, которые были бы, если бы по трубе текла только нефть с тем же массовым расходом, Па;
Рg – потери давления, которые были бы, если бы по трубе тёк только газ с тем же массовым расходом, Па;
Консорциум « Н е д р а »
157
Фf, Фg – поправочные коэффициенты.
|
2 |
= 1 |
+ |
С |
+ |
1 |
|
, |
|
|
|
|
|||||||
f |
Х |
Х |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
=1+ C Х + Х |
2 |
, |
|
|
|
||
|
g |
|
|
|
(71.6)
(71.7)
где Х2 – параметр Мартенелли;
С – параметр двухфазности, берётся из таблицы в зависимости от Ref и Reg.
Для этого по формуле найдём значения чисел Рейнольдса по жидкости и по газу:
Re |
|
= |
4 Q |
f |
|
f |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
f |
|
D |
|
|
||
|
|
|
f |
||||
|
|
|
в |
|
|
|
|
Reg |
= |
4 Qg g |
||
|
|
|||
Dв |
g |
|||
|
|
|||
Q |
f |
= Q (1−) |
|
|
где Qf – расход жидкой фазы в объёме трубопровода, м3/с;
- объёмное газосодержание.
(71.8)
(71.9)
(71.10)
Qf |
1 |
= |
0,0000058 · (1- 0,25)= 4,35·10-6 м3/с |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Qf |
2 |
= 0,00042 · (1- 0,25)= 0,0003 м3/с |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Re f 1 = |
4 · 4,35·10-6 |
· 848 |
= 18,417 |
|||
|
3.14 · 0,105 ·0,00243 |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
Консорциум « Н е д р а »
158
|
|
|
Re f 2 |
= |
4 · 0,0003 · 848 |
= 514,922 |
|
|
|
3.14 · 0,259 ·0,00243 |
|||
Q |
= Q − Q |
f |
, |
|
|
(71.11) |
g |
|
|
|
|
где Qg – расход газовой фазы в объёме трубопровода, м3/с.
Q |
= |
0,0000058 - 4,35·10 |
-6 |
=1,45·10 |
-6 |
3 |
|||
g1 |
|
|
|
|
м /с |
||||
|
|
Reg1 = |
4 · 1,45·10-6 · 1,179 |
= 22,79 |
|||||
|
|
-7 |
|||||||
|
|
|
3.14 · 0,105 |
·9,1·10 |
|
|
|||
Qg2 =0,00042 - 0,0003 =0,00012 м3/с
4 · 0,00012 · 1,179
Reg 2 = 3.14 · 0,259 ·9,1·10-7 = 764,688
Параметр Мартенелли можно найти следующим способом:
|
2 |
1 |
|
2 |
−n |
|
g |
|
f |
|
n |
||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Х |
|
= |
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
g |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
(71.12)
где х – массовое газосодержание;
n – эмпирический показатель степени. Для участка АВ принимаем n=0,2.
|
|
|
|
|
|
|
2-0,2 |
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
0,015 |
1,179 |
0,00243 |
|
||||||||
|
2 |
1- |
|
|
|
||||||||
Х |
1 |
= |
0,0152 |
|
|
· |
848 |
· |
9,1·10 |
-7 |
=12,579 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Для участка ВС принимаем n=1.
Консорциум « Н е д р а »