Кинель-Черкасского месторождения
.pdf129
9. Технологический расчет отстойника
Исходные данные для расчета нефтяного отстойника, установленного на УКПН-1.
Точный расчет отстойника с подачей эмульсии под водяную подушку
Исходные данные.
1.Реальный расход эмульсии, Q =0,104 м3/с;
2.Длина отстойника, L=22 м;
3.Радиус отстойника, RB=1,7 м;
4.Высота водяной подушки, h1=1,45 м;
5.Максимальный взлив, h2=1,35 м;
6.Минимальный взлив, h3=0,35 м;
7.Объемная доля дисперсной фазы до отстоя, φН=0,85;
8.Объемная доля дисперсной фазы после отстоя, φК=0,65;
9.Плотность дисперсной фазы, ρф=835 кг/м3;
10.Плотность дисперсной среды, ρс=1117 кг/м3;
11.Вязкость дисперсной среды, μс=1,1×10-3 Па×с.
Результаты расчета
Консорциум « Н е д р а »
130
Расчет базируется на ряде следующих положений, качественно описывающих реальную картину гравитационного
осаждения полидисперсной эмульсии в типа В/Н в стесненных условиях в двигающей жидкости.
1.За время прохождения эмульсии от входа до выхода отстойника концентрация дисперсной фазы изменяется как вдоль аппарата, так и по его высоте.
2.За время прохождения эмульсии от входа до выхода отстойника ее вязкость изменяется как вдоль аппарата, так и по его высоте.
3.За время прохождения эмульсии от входа до выхода отстойника ее линейная скорость изменяется как вдоль
аппарата, так и по его высоте.
Такой сложный характер поведения реальной эмульсии в аппарате неизбежно требует ряда упрощений:
1.Пренебрежем толщиной входного слоя, который образуется между нефтью и водяной подушкой.
2.Будем вести расчет, используя понятие (
d |
MIN |
|
).
3.Будем считать время отстоя равным среднему времени движения эмульсии вдоль зоны отстоя.
Схема горизонтального отстойника
Консорциум « Н е д р а »
L
h |
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
D |
Э |
|
Э
Водянаяподушка
h |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
Зная |
|
|
и |
|
|
|
|
|
Рис. 9.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Н |
|
К |
, с помощью таблице 3.2. определяют минимальный |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Размер капель дисперсной фазы ( |
d |
m in |
), которые удаляются в данном отстойнике. |
|||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Усредненное распределение дисперсной фазы по d |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
d м *10 |
−6 |
3 |
|
|
|
|
4 |
5 |
10 |
|
20 |
|
30 |
40 |
50 |
60 |
80 |
100 |
200 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
131
Н
h1
Таблица 9.1
Консорциум « Н е д р а »
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 »
132
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 |
|
|
указанные в ячейках величины превышая) .
как разницу
|
до тех |
|
|
Н |
и |
|
В |
, двигаясь справа налево по нижней строке табл. 9.1, суммируются |
|
|
||||
|
|
|
|
пор пока найденное слагаемое не станет равным (или минимальным не
d = (d min ) = 0,00004 м
Рассчитываются критерий Архимеда:
Ar = |
4 |
|
( |
ф.с. |
− |
д.с. |
) |
д.с. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д.с. |
|
|
|
Ar = |
4 |
|
3 |
||
|
где Sн - часть аппарата занятого нефтью.
Для горизонтального отстойника:
d |
3 |
|
|
(9.1) |
|
|
|
|
· |
(1117 - 835)· 1117 0,00004·3 |
= ·2,22·10-2 |
2 |
||
|
0,0011 · |
|
S |
= R |
2 |
2 |
|
− sin cos |
|
2 |
|
|
|
|
|
− R |
в |
|
− R |
в |
− sin cos |
, |
||||
н |
|
|
|
180 |
|
|
|
|
180 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
− h |
|
|
|
|
|
|
|
|
= arccos |
в |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
(9.2)
(9.3)
Консорциум « Н е д р а »
133
При
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
− h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= arccos |
в |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(9.4) |
|
|
||||||
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
н |
+ |
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(9.5) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
3,4/2 - 1,45 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
arccos |
3,4/2 |
|
= 1,42 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,4/2 - 1,35 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= arccos |
3,4/2 |
|
= 1,37 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
0,85 + 0,65 |
= 0,75 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
2 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Sн |
= π· |
3,42 |
- |
3,42 |
1,42·π |
- sin 1,42·cos 1,42 |
|
· |
3,42 |
1,37·π |
- sin 1,37·cos 1,37 |
|
2 |
||||||||||
|
4 |
|
|
4 |
|
|
|
|
4 |
|
|
180 |
|
= 9,93 м |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
180 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
r 36 |
, следовательно режим ламинарный. Для ламинарных условий оседания: |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
4.7 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
Q |
= |
( д.ф − д.с ) g dm in |
|
1 − ср |
|
|
|
|
+ |
( д.ф − д.с ) g d |
|
m in |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
н |
|
|
|
д.с 18 |
|
1 − ср |
1 − (dm in ) |
2 |
|
|
|
|
18 д.с |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
− |
ср |
|
|
|
|
L |
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
1 − |
вх |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SН |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 − |
|
1 − (d |
|
) |
2 |
|
D − h − h |
|
D − h − h |
|
|
|
1 − 0,5 ( |
вх |
− |
вых |
) |
|
|||||||||||
|
|
|
ср |
|
|
m in |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(9.6)
где Sн - часть аппарата занятого нефтью.
Qн |
= ( |
(835 - 1117)· 9.8 0,00004·2 |
|
1 - 0,75 |
|
|
|
4.7 |
||
18 · 0,0011 |
· |
|
|
|
|
|
|
+ |
||
|
|
2 |
||||||||
|
|
1- 0,75· |
1 - 0,00004 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
Консорциум « Н е д р а »
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
134 |
|
(835 - 1117)· 9.8 0,00004·2 |
|
1 - 0,75 |
|
|
4.7 |
22 |
|
22 |
|
1 - 0,85 |
|
3 |
||
+ |
18 · 0,0011 |
· |
|
|
|
|
|
|
(3,4 - 1,45 - 1,35) |
)· · |
(3,4 - 1,45 - 1,35) |
·9,93· |
|
= 0,510 |
м /сек |
|
|
2 |
|
||||||||||||
|
1- 0,75· |
1 - 0,00004 |
|
|
|
|
1- 0.5 (0,85-0,65) |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Вывод
Так как реальный объем эмульсии проходящей через отстойник меньше, чем его пропускная способность,
следовательно, аппарат справляется. Дополнительного оборудования для отстоя нефти не требуется.
1. 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. 100
до АГЗУ-457, от АГЗУ-457 до врезки в напорный нефтепровод УПСВ «Козловская» - УКПН-1 рис. 10.1.
Схема движения газожидкостной смеси
А 
Скв. 25
C |
B |
|
|
Точка врезки в |
АГЗУ-457 |
|
|
коллектор |
|
Консорциум « Н е д р а »
135
Рис. 50.1
Таблица 50.1
Исходные данные для расчета
1. |
Длина участка АB, м |
|
|
L1 |
1800 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
2. |
Внутренний диаметр трубопровода на участке АB, м |
D1 |
0,104 |
||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
3. |
|
3 |
|
Q1 |
0,000058 |
Расход смеси на участке АB, м /сек |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
4. |
Длина участка ВС, м |
|
|
L2 |
390 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
5. |
Внутренний диаметр трубопровода на участке ВС, м |
D2 |
0,098 |
||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
6. |
|
3 |
|
Q2 |
0,000058 |
Расход смеси на участке ВС, м /сек |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
7. |
Плотность нефти, кг/м |
3 |
|
ρf |
860 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
8. |
Плотность растворенного в нефти газа, кг/м |
3 |
ρg |
0,921 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
9. |
Динамическая вязкость нефти, Па·с |
|
μf |
0,00157 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
10. Динамическая вязкость газа, Па·с; |
|
μg |
0,0000094 |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
11. Объемная доля растворенного в нефти газа |
α |
0,29 |
|||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
12. Массовая доля растворенного в нефти газа |
|
х |
0,016 |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
13. Абсолютная шероховатость, м |
|
e |
0,0015 |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Результаты расчета
Консорциум « Н е д р а »
1.Определим методику расчёта.
Для этого найдём значения показателей W и f/ g и сравним их с табличными [12].
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
= |
0,00157 |
|
= 167,02 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g |
0,0000094 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Удельную массовую скорость квазижидкости находим по формуле, (кг·м2/с): |
|
|
|
|||||||||||||
W = |
G |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
(50.2) |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где G – массовый расход, кг/с; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S – площадь сечения трубы, м2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G = Q , |
|
|
|
|
|
|
|
|
(50.3) |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
G1 |
= 0,000058 · 860 = 0,05 кг/с |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
G2 |
= 0,000058 · 860 = 0,05 кг/с |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S = |
|
2 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вн |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
3.14 · 0,1042 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
S1 = |
|
|
|
4 |
|
= 0,008491 м2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.14 · 0,0982 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
S2 |
= |
|
4 |
|
=0,01 м2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W1 = |
|
|
0,05 |
|
=5,89 кг·м2/с |
|
|
|
|
||||
|
|
|
0,008491 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
W2 |
= 0,05 |
=5 кг·м2/с |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
0,01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
136
(50.1)
(50.4)
Консорциум « Н е д р а »
Так как
f g
137
< 1000 на участке АВ и ВС, то применяем методику Фриделя. Согласно выбранной методике находим
потери по формуле:
Согласно данной методике потери давления на трение могут быть определены из соотношения:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
P = 1 − |
2 |
+ |
2 |
f |
g |
+ 3.23 F H Fr |
−0.045 |
W |
−0.035 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
g |
|
f |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
F = |
0.78 |
(1 − ) |
0.224 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
(50.5)
(50.6)
|
|
|
|
0.91 |
|
|
|
|
0.19 |
|
|
|
|
|
0.7 |
f |
|
g |
|
− |
g |
|
|||||||||
H = |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g |
|
|
f |
|
|
|
|
f |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Средняя скорость движения жидкости в трубе равна:
(50.7)
v |
|
= |
Q |
f |
, |
(50.8) |
|
|
|
||||||
c |
S |
||||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
Критерий Фруда определяется по формуле:
|
|
|
|
Fr = |
2 |
|
|
c |
(50.9) |
||
|
|||
c |
g D |
||
|
|
||
|
в |
|
Найдем расход жидкой фазы в объёме трубопровода по формуле:
Q |
|
= Q (1−) |
|
(50.10) |
f |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Qf |
1 |
= 0,000058 · (1- 0,29)= 0,000041 м3/с |
|
|
|
|
Консорциум « Н е д р а »