3 Расчет сепарации

Расчет процесса сепарации это расчет фазового равновесия углеводородных систем, который изучается в курсе физики пла­ста и описан в научной литературе. Составы жидкой и газовой фаз, их относительные количества и состав двухфазной компонентной системы связаны уравнениями фазовых содержаний компонентов смеси:

x_i== (3.1)

y_i== (3.2)

(3.3)

(3.4)

(3.5)

Здесь x_i, y_i, z_i это молярная доля i-го компонента соответст­венно в жидкой фазе, в газовой фазе и в двухфазной системе; L, ν это молярные доли жидкой и газовой фаз в двухфазной си­стеме; K_i это константа фазового равновесия i-гo компонента; n это число компонентов, причем

L+ ν+1; z_i= x_iL+ y_i ν; K_i= y_i/ x_i (3.6)

При расчете сепарации определяют относительные количе­ства и составы фаз, на которые разделяется система при задан­ных давлении, температуре и общем составе. Для решения нужно знать константы равновесия, которые зависят от давле­ния, температуры и давления схождения (давление, при кото­ром константы равновесия всех компонентов равны единице). А давление схождения определяют по составу равновесной жид­кой фазы, который сам подлежит определению. Поэтому рас­четы ведут итерационным методом. Вначале задают первое приближение давления схождения, которое для нефтегазовых систем должно быть не меньше 35 МПа. Затем с помощью гра­фиков или по уравнениям находят константы равновесия. Да­лее по известному составу смеси z_i и константам K_i из любого эквивалентного уравнения (3.3), (3.4) или (3.5) вычисляют молярную долю жидкой (либо газовой) фаз в смеси L (либо ν). Тогда по уравнениям (3.1) и (3.2) находят составы фаз x_i и y_i. Отметим, что константы равновесия в нефтегазовых си­стемах при давлениях, меньших 5 МПа, практически не зависят от давления схождения. В таком случае их выбирают по гра­фикам (таблицам), а расчет упрощают.

Анализ процесса сепарации показывает, что многоступенча­тая сепарация (с отводом газа) даст увеличение выхода нефти от 2 до 5 % и более по сравнению с однократным разгазированием. Это объясняется тем, что при однократном (контактном) разгазирование происходит резкое снижение давления, в резуль­тате чего нефть «кипит», при этом бурно выделяются легкие углеводороды, увлекая за собой большое количество тяжелых углеводородов, которые при нормальных условиях являются жидкостями. А при многократном (дифференциальном) разгазирование углеводороды выделяются в какой-то степени по­следовательно, причем на каждой ступени они отводятся из системы.

Данные уравнения используют для оптимизации многосту­пенчатой сепарации при сопоставлении прибыли от увеличения выхода нефти и капитальных вложений. Г. С. Лутошкин ре­комендует ограничиться трехступенчатой сепарацией при дав­лениях: на I ступени - 0,6 МПа, на II ступени от 0,15 от 0,25 МПа и на III ступени -0,02 МПа, а иногда даже вакуум.

Расчеты разгазирования нефти при небольших давлениях сепарации

(от 0,4 до 0,9 МПа) можно с достаточной для практики точностью выполнить по закону Дальтона — Рауля. Количество газа, выделившееся при сепарации, можно рассчитать по коэф­фициенту растворимости газа в нефти с использованием лабо­раторных данных разгазирования или закона Генри.