рпо. Практикум по сбору и подготовке продукции нефтяных и газовых скважин 2011 Содержание

• Название: Практикум по сбору и подготовке продукции нефтяных и газовых скважин 2011 Содержание
• Дата: 11.04.2022
• Размер: 5.39 Mb.
• Имя файла: Praktikum_po_SPPNGS.doc
• Тип: Практикум; #463047
• страница: 45 из 57

Исходные данные к заданию по теме 5.1

Вариант	Плотность нефти при 20 оС, кг/м3	Вариант	Плотность нефти при 20 оС, кг/м3
1	826	21	812
2	879	22	883
3	857	23	872
4	863	24	877
5	815	25	824
6	843	26	890
7	884	27	818
8	838	28	886
9	849	29	844
10	891	30	856
11	830	31	866
12	845	32	873
13	860	33	865
14	855	34	894
15	850	35	839
16	880	36	841
17	833	37	823
18	895	38	888
19	820	39	871
20	848	40	810

5.2.Оценка потерь нефти при хранении ее в резервуарах

Ориентировочные подсчеты показывают, что годовые потери нефти при перекачке от скважины до установки нефтеперерабатывающего завода и нефтепродуктов при доставке от завода до потребителя включительно составляют около 9% от годовой добычи нефти. При этом в результате испарения из нефти уходят главным образом наиболее легкие компоненты, являющиеся основным и ценнейшим сырьем для нефтехимических производств.

Потери легких фракций бензина приводят к ухудшению товарных качеств, понижению октанового числа, повышению температуры кипения, а иногда и к переводу нефтепродукта в более низкие сорта.

Процесс испарения происходит при любой температуре вследствие теплового движения молекул нефтепродукта. С возрастанием температуры, т.е. с ростом интенсивности теплового движения, скорость испарения увеличивается. В герметичном резервуаре испарение происходит до тех пор, пока, газовое пространство резервуара не будет заполнено насыщенными парами. Для насыщения замкнутого газового пространства резервуара парами нефтепродукта при различных температурах необходимо тем большее количество паров, чем выше температура поверхностного слоя нефтепродукта. Степень испаряемости нефтепродуктов определяется давлением насыщенных паров

Давлением насыщенных паров жидкости (р_y) называют парциальное давление паров над ее поверхностью, при котором пары находятся в равновесии с жидкостью. Парциальное давление паров равно той части общего давления газовой смеси, которая обусловлена присутствием этого компонента. Кроме того, оно также равно тому давлению газа, которым обладал бы, занимая один весь объем смеси. Давление насыщенных паров жидкости p_y зависит от температуры, и при достижении температуры кипения оно становится равным внешнему давлению. Таким образом, жидкость испаряется тогда, когда парциальное давление ее паров в окружающей атмосфере меньше давления насыщенных паров.

Для данного нефтепродукта p_y зависит только от температуры его поверхности Т

Потери от испарения являются результатом следующих причин:

Потери при опорожнении и заполнении резервуаров, т. е. потери от 'больших дыханий'.

При выкачке нефтепродуктов из емкости в освобождающийся объем газового пространства всасывается атмосферный воздух. При этом начинается испарение нефтепродукта. В момент окончания выкачки парциальное давление паров в газовом пространстве обычно бывает значительно меньше давления насыщенных паров при данной температуре. При последующем заполнении резервуара находящаяся в газовом пространстве паровоздушная смесь вытесняется из емкости. По удельному весу потери от 'больших дыханий' составляют более 2/3 суммарных потерь от испарения.

Таким образом, из самого определения потери от 'больших дыханий' зависят от частоты закачки-выкачки резервуаров, т.е. от коэффициента оборачиваемости k.

Потери от 'малых дыханий' происходит по двум причинам:

1) от суточного колебания температуры, а следовательно, от парциального давления паров, вследствие чего изменяется и абсолютное давление в газовом пространстве резервуара. При достижении давления, превышающего необходимую величину для подъема клапана, приподнимается тарелка клапана и часть паровоздушной смеси выходит в атмосферу (получается как бы 'выдох'). В ночное время суток газовое пространство и поверхность нефтепродукта охлаждаются, газ сжимается и происходит частичная кондесация паров нефтепродукта, давление в газовом пространстве падает, и как только вакуум в резервуаре достигнет величины, равной расчетной, откроется вакуумный клапан и из атмосферы в резервуар начнет поступать чистый воздух (получается как бы 'вдох');

2) от расширения паровоздушной смеси при понижении атмосферного давления, вследствие чего часть газа выйдет из резервуара (при условии, что разность давлений в резервуаре и атмосферного больше расчетного давления клапана).

Потери от вентиляции газового пространства резервуаров происходят при наличии двух отверстий на крыше, расположенных на расстояний h по вертикали. Вследствие того, что плотность паровоздушной смеси больше плотности воздуха, в резервуаре образуется газовый сифон, при котором паровоздушная смесь начинает вытекать через нижнее отверстие, а свежий воздух поступать через верхнее отверстие.

Таким образом, будет происходить непрерывная циркуляция в газовом пространстве резервуара под газовым давлением.
p = h∙g(ρ_см - ρ_в),
где ρ_см - плотность паровоздушной смеси в резервуаре

ρ_в - плотность воздуха.

Потери от насыщения газового пространства резервуара парами нефтепродуктов могут происходить при начальном заполнении резервуара нефтепродуктом, когда газовое пространство резервуара кроме воздуха начинает насыщаться еще и парами нефтепродукта. Эти потери могут быть и в случае смены продукта в резервуаре, когда в него закачивается нефтепродукт с более высоким давлением насыщения паров. В этом случае происходит дополнительное насыщение газового пространства резервуара.

Потери от обратного выхода возможны при частичной выкачке нефтепродуктов из емкости, когда ее газовое пространство оказывается ненасыщенным парами. Поэтому после окончания выкачки происходит дополнительное насыщение газового пространства вследствие испарения некоторого количества нефтепродукта. Если емкость оборудована дыхательным клапаном, то давление в газовом пространстве при этом повышается до давления, на которое этот клапан отрегулирован. Затем дыхательный клапан открывается и в атмосферу вытесняется некоторый объем паровоздушной смеси, соответствующий объему паров, которые образуются в процессе дополнительного насыщения газового пространства (обратный выход). Аналогичное явление происходит после частичного заполнения очищенной и проветренной емкости, если в конце заполнения газовое пространство еще не вполне насыщено парами (дополнительный выдох). Однако в этом случае дыхательный клапан после окончания наполнения емкости не закрывается, и сразу начинается 'дополнительный выдох'

Температурный режим резервуаров

Задача об изменениях температуры газового пространства резервуара под воздействием колебаний температуры внешнего воздуха, периодической солнечной радиации в строгой ее трактовке относится к области теории нестационарного теплообмена и решение ее связано с некоторыми трудностями.

Отсутствие определенной закономерности изменений температуры внешнего воздуха и интенсивности солнечной радиации не позволяют выразить их характер точными уравнениями. Большие трудности возникают при исследовании нестационарного теплообмена внутри резервуара.

Приближенное решение задачи о колебании температуры в газовом пространстве резервуара было выполнено И.А. Чарниным. Полученная расчетная формула оказалась весьма громоздкой и неудобной для практических расчетов. Поэтому она была преобразована в виде алгебраической суммы некоторых функций.

Таким образом, были получены простые формулы для определения суточного колебания температуры газового пространства резервуара:
Δt_г = t_в∙f₁ + 591∙[f₂∙f₃ + f₇∙f₆ + f₄∙(f₈ - f₅)] (5.71)
где f₁ - f₈ функции, определяемые по специальным графикам.

Зная амплитуду колебания температуры в газовом пространстве резервуара Δt_г, можно вычислить максимальную, минимальную и среднюю температуры. Как показывают наблюдения, амплитуда колебания температуры газа в резервуаре в летний период больше амплитуды колебания воздуха Δt_в. Однако минимальная температура воздуха (t_вmin). Поэтому приближенно можно принять:
t_гmin = t_вmin = t_вcp - Δt_в / 2 (5.72)
t_гmax = t_вmin + Δt_г = t_вср - Δt_в / 2 + Δt_в (5.73)
t_гcp = (t_гmax + t_гmin) / 2 = t_вcp + (Δt_г - Δt_в) / 2 (5.74)
t_в.сл.min = t_вср – 0,3∙Δt_г / 2 (5.75)
t_в.сл.max = t_вср + 0,3∙Δt_г / 2 (5.76)
Температура верхних слоев нефтепродукта t_в.сл.ср может быть принята приблизительно равной средней температуре воздуха t_в.ср. Поскольку испарение днем вызывает охлаждение поверхности нефтепродукта, а частичная конденсация паров ночью приводит к нагреванию поверхности нефтепродукта, то оба процесса стремятся к сохранению t_в.сл = const.

Из экспериментальных данных амплитуда колебания температуры верхних слоев нефтепродукта в среднем составляет Δt_в.сл = (0,2 – 0,4)∙Δt_г. Вышеприведенные рекомендации по определению температурного режима резервуаров применимы для ориентировочных расчетов по определению количества испаряющегося нефтепродукта в вертикальных стальных резервуарах.

Основы теории потерь нефтепродуктов от испарений в резервуарах.

Рассматриваемые основы теории потерь базируются на исследованиях П.В. Валявского и В.И. Черникина, которые с целью получения простых расчетных уравнений для подсчета потерь ввели следующие упрощающие положения:

1) концентрация паров испаряющегося в резервуаре нефтепродукта во всех точках газового пространства одинакова;

2) насыщение газового пространства резервуара парами испаряющегося нефтепродукта происходит мгновенно;

3) паровоздушная смесь в резервуаре строго подчиняется уравнению состояния газов и закону Дальтона;

4) предполагается, что резервуары (особенно крыши) абсолютно герметичны.

Положим, что в начальный момент времени в газовом пространстве резервуара (с легкоиспаряющимся нефтепродуктом) установились следующие параметры: объем V₁, абсолютная температура Т₁, давление Р₁ и концентрация паров С₁.По истечению некоторого времени в результате одностороннего процесса все эти параметры изменились и соотвесвенно стали равны V₂, T₂, Р₂, C₂.Определим вес воздуха G₁, находящегося в газовоздушной смеси, заполнившей все газовое пространство резервуара до начала процесса.

На основании уравнения состояния газов
V₁∙Р₁∙(1 - C₁) = G₁∙R∙T₁ (5.77)
где R -газовая постоянная воздуха

(5.78)
Заменяя R универсальной газовой постоянной R', получаем
R = R' / M_в (5.79)
где М_в - молекулярный вес воздуха,

Тогда

(5.80)

В конце процесса вес воздуха (в газовом пространстве резервуара G₂) можно определить аналогично предыдущему уравнению:

(5.81)

Вес воздуха, ушедшего из резервуара вместе с паровоздушной смесью за время процесса через дыхательный клапан,

(5.82)
Вместе с воздухом в паровоздушной смеси из резервуара уйдет некоторое количество паров нефтепродукта.

Весовое количество нефтепродукта, ушедшего с паровоздушной смесью, определится из соотношения

(5.83)
где V_в, V_б - объемы воздуха и паров нефтепродукта в ушедшей из резервуара паровоздушной смеси; ρ_в и ρ_б - плотности воздуха и паров нефтепродукта в паровоздушной смеси.

Объемы газов в смеси по закону Дальтона пропорциональны их объемным концентрациям
V_в / V_б = (1 - С) / С (5.84)
где С = (С₁ + С₂) / 2 - средняя объемная концентрация паров нефтепродукта в смеси.
Известно, что

ρ_в = М_в / 22,4; ρ_б = М_б / 22,4 (5.85)

Следовательно

ρ_в / ρ_б = М_в / М_б (5.86)
Подставляя найденные значения отношения объемов и молекулярных весов, получаем

(5.87)

Откуда

(5.88)

или

(5.89)
Уравнение (5.72) позволяет определить вес теряемых паров нефтепродукта в результате их испарения в резервуаре.

Уравнение (5.89) удобнее всего выразить через допускаемые значения избыточного давления Р₁ и вакуума Р₂, а также через давление насыщенных паров, соответствующие температурам Т₁ и Т₂. Подставляем значения С₁ = Р_y1 / Р₁,

C₂ = Р_y2 / Р₂ и С = Р_y / Р в (5.89), получаем

(5.90)
где Р_y1 - давление насыщенных паров при температуре Т₁;

Р_y2 - давление насыщенных паров при температуре Т₂;

Р_y - среднеарифметическое значение давления насыщенных паров;

Для удобства расчетов давление в газовом пространстве целесообразно выразить через допускаемое давление в дыхательном клапане: Р₁ = Р_а - Р_кв;

Р₂ = Р_а + Р_кд; Р = (Р₁ + Р₂) / ₂, где Р_кв - вакуум, Р_кд - избыточное давление.
Тогда уравнение (5.90) может быть преобразовано в виде

(5.91)

где Р_а - абсолютное атмосферное давление.

При практических расчетах давление насыщенных паров нефтепродуктов при различных температурах может быть найдено из графиков py = f(t).

Молекулярный вес бензиновых паров определяется эмпирической зависимостью
М_б = 60 + 0,3∙t_н.к + 0,001t_н.к ² (5.92)
где М_б - молекулярный вес бензиновых паров в кг/моль, t_н.к - температура начала кипения бензина в ^оС.

Молекулярная масса смеси газов М_см и плотность этих газов выражаются формулами
М_см = y₁∙M₁ + y₂∙M₂ +...+ y_n∙M_n

(5.93)

ρ_см = y₁∙ρ₁ + y₂∙ρ₂ +...+ y_n∙ρ_n
где y₁, y₂, ...,y_n - молекулярный состав, доли единицы; М₁, М₂, ...,М_n - молекулярная масса компонента, кг/моль; ρ₁, ρ₂, ..., ρ_n - плотность компонентов, кг/м³.

Исследование уравнения (5.90) позволяет получить расчетные формулы в зависимости от характера 'дыхания' резервуара и выяснить условия, при которых потери от испарения могут быть ликвидированы частично или полностью.

Потери от 'малых дыханий'.

В процессе 'малых дыханий' часть жидкого нефтепродукта, испаряясь, превращается в газообразное состояние, тем самым как бы уменьшается объем, занимаемый нефтепродуктом, и увеличивается объем газового пространства резервуара. Но при практических расчетах можно пренебречь этим колебанием газового пространства и принять V₁ = V₂ = V. Тогда уравнение (5.90) для подсчета потерь от 'малых дыханий' в наземных резервуарах примет вид

(5.94)

Представляет большой практический интерес задача о величине допускаемого избыточного давления в резервуаре (Р₂),при котором не будет потерь от 'малых дыханий'. Для решения этой задачи приравниваем нулю уравнение (5.94).Тогда можно записать:

(5.95)

Но Р₂ = (Р_а + Р_к.д)

Следовательно:

(5.96)

(5.97)

Для ориентировочных расчетов потери от 'малых дыханий' с 1 м³ газового пространства 'атмосферных' резервуаров составляют: при изменении температуры газа на 1^оС

(5.98)
при изменении атмосферного давления на 1 Па
G_pм.д = 0,44∙С, кг/(м³∙Па) (5.99)
Потери от 'больших дыханий'

Из самого определения 'больших дыханий' следует, что величина потерь должна быть пропорциональна объему закачанного в резервуар нефтепродукта.

Для 'атмосферных' резервуаров примем Р₁ = Р₂ = Р. Поскольку 'большие дыхания' происходят за короткий промежуток времени, то Т₁ = Т₂ = Т, а следовательно, и С₁ = С₂ = С.Тогда уравнение (5.89 ) примет вид

(5.100)
Здесь V₁ - V₂ = V_б - объем закачанного в резервуар нефтепродукта, а - плотность паров нефтепродукта.

Если резервуар рассчитан на какое-то избыточное давление, то в начале процесса 'большого дыхания' часть паров сожмется и газовое пространство резервуара уменьшится до V'₂.Сжатие газов будет происходить до тех пор, пока давление в газовом пространстве не станет больше Р₂. Следовательно, потери от 'больших дыханий' начнутся с объема газового пространства V'₂ < V₁.Тогда из резервуара уйдет объем паровоздушной смеси равный V_б - ΔV, где V_б - объем закачанного в резервуар нефтепродукта, а ΔV = V₁ - V'₂ - часть объема газового пространства резервуара, которая может быть заполнена нефтепродуктом без потерь от 'больших дыханий'.

Таким образом, для определения V'₂ уравнение (5.91) надо приравнять нулю

Тогда

(5.101)
Принимая Т₁ = Т₂ = Т и P_y1 = P_y2 = P_y и заменяя P₁ = P₂ - P_к.в и P₂ = P_а + P_к.в, получаем:



ΔV = V₁ -V'₂,



Объем газов, выходящих из резервуара, V_г = V_б - ΔV

Или

(5.102)
Вес паров нефтепродукта, теряемых из резервуара при одном 'большом дыхании':

при и С = Р_y / Р

т.е.

(5.103)

Уравнение (5.102) показывает, что с увеличением давления насыщения паров объем газов Vг, выходящих из резервуара при 'больших дыханиях', уменьшается, а концентрация паров нефтепродукта С увеличивается. Вероятно, что при определенном значении Р'_y потери от 'больших дыханий' будут достигать максимума. Значение G_max найдем из условия dG_б.д / dР_y = 0,а именно:

(5.104)

Отсюда

(5.105)

При полном заполнении резервуара можно принять V_б = V₁.Тогда

(5.106)

Подставив значение Р'_y из (5.106) в (5.103), получим уравнение для определения максимальных потерь от 'больших дыханий':

(5.107)

Избыточное давление в резервуаре, при котором не будет потерь от 'больших дыханий', можно получить, приравняв нулю уравнение (5.103):



или

Отсюда

(5.108)

Типовые задачи

Типовая задача 5.8

Определить потери бензина в июне от одного «малого дыхания» в стальном цилиндрическом вертикальном резервуаре объемом 4600 м³ (d = 22.8 м, H = 11.4 м, высота конуса крыши h = 0.47 м), установленного в Москве и заполненного наполовину (Н_г = 0.5 Н). Температура начала кипения бензина t_нк = 46 ^оС. Среднее атмосферное давление Р_а = 10⁵ Па. Среднемесячная температура воздуха в июне в Москве t_bср = 17.8 ^оС. Среднемесячная минимальная температура t_bmin = 12.3 ^оС. Амплитуда суточного колебания температуры газового пространства резервуара Δt_г = 27.8 ^оС.

Решение
Определяем температуру в газовом пространстве резервуара:

а) среднемесячная амплитуда колебания температуры воздуха:




в) минимальная температура в газовом пространстве резервуара:


с) максимальная температура в газовом пространстве резервуара:
t_г^max = t_г^min + Δt_г = 12,3 + 27,8 = 40,1 ^оС
Определяем температуру верхних слоев нефти:




Определяем объемную концентрацию паров нефти или нефтепродукта в газовом пространстве резервуара:

а) для этого, пользуясь графиком зависимости давления насыщенных паров нефтей или нефтепродуктов от температуры), находим давление насыщенных паров P_y при t_вc^min и t_вc^max:
P_y1 = 0,027 МПА и P_y2 = 0,04 МПа
в) соответствующие концентрации паров:
C₁ = P_y1 / P_a = 0,027 / 0,1 = 0,27 C₂ = P_y2 / P_a = 0,04 / 0,1 = 0,4
с) средняя объемная концентрация:
С = (С₁ + С₂) / 2 = (0,27 + 0,4) / 2 = 0,335
Определяем молекулярный вес бензиновых паров:
М_б = 60 + 0,3∙t_к + 0,001∙t_к² = 60 + 0,3∙46 + 0,001∙46² = 75,9 кг/(кмоль)
Потери бензина за одно «малое дыхание»

=



где Т₁ = t_г^min + 273, Т₂ = t_г^max + 273.

Типовая задача 5.9

По условиям типовой задачи 5.8 определить потери от одного «большого дыхания».

Решение

По графику определить давление насыщенных паров бензина при его средней температуре
t_вc^cp = t_в^cp = 17,8 ^оС, при t = 17,8 ^оС P_y = 0.035 МПа
Средняя объемная концентрация бензиновых паров в газовом пространстве резервуара:
C = P_y / P_a = 0,035 / 0,1 = 0,35
Средняя температура в газовом пространстве резервуара:
t_г^cp = (t_г^max + t_г^min) / 2 = t_вcp + (Δt_г – Δt_в) / 2 = 17,8 + (28,7 - 11) / 2 = 26,2
Потери бензина за одно «большое дыхание», при коэффициенте использования емкости 0,95, составляет:

=

Задания для домашней и самостоятельной работы

Задача 5.2

Определить потери нефти от одного «малого дыхания» в стальном цилиндрическом вертикальном резервуаре заданного объема (V), заполненного на определенную часть. Среднее атмосферное давление Р_а=10⁵ Па. Заданы: температура начала кипения нефти (t_нк), среднемесячная температура воздуха (t_вср), среднемесячная минимальная температура (t_вmin), амплитуда суточного колебания температуры газового пространства резервуара (Δ t_г), плотность нефти (ρ).
Задача 5.3
По условиям задачи 5.2 определить потери нефти от одного «большого дыхания».
Таблица5.5

Исходные данные к заданию по теме 5.2

N варианта	V, м3	Степень заполнения	tнk, оС	tвср, оС	tвmin, оС	Δ tг, оС	ρ, т/м3
1	3370	0,33	55	18	14	28	0,9
2	4866	0,6	50	20	15	33	0,84
3	2157	0,6	46	19	15	32	0,84
4	4866	0,3	60	17	13	29	0,9
5	10950	0,8	55	21	15	33	0,9
6	4866	0,6	43	19	15	32	0,84
7	3370	0,3	53	18	14	28	0,86
8	10950	0,3	62	17,8	12,5	27,8	0,87
9	4866	0,6	60	17	13	29	0,9
10	2157	0,75	46	19	15	32	0,85
11	10950	0,3	54	19	15	30	0,92
12	4866	0,75	50	20	15	33	0,83
13	3370	0,6	53	18	14	28	0,86
14	2157	0,3	56	18	14	29	0,93
15	4866	0,6	55	19	15	32	0,91
16	10950	0,75	52	18	14	28	0,84
17	4866	0,75	55	19	15	32	0,89
18	3370	0,6	46	17,8	12,3	28	0,82
19	2157	0,6	58	18	14	30	0,92
20	10950	0,4	52	18	14	28	0,85
21	4866	0,7	50	20	15	33	0,84
22	1066	0,4	49	25	18	26	0,81
23	4866	0,6	43	19	15	32	0,83
24	14900	0,7	42	20	16	30	0,81
25	10950	0,75	55	19	15	28	0,88
26	3370	0,65	58	18	18	26	0,9
27	4866	0,75	43	19	15	32	0,84
28	1066	0,6	50	20	16	31	0,85
29	19450	0,55	46	18	12	27	0,82
30	2157	0,25	48	19	14	29	0,86
31	14900	0,25	52	18	14	28	0,87
32	4866	0,55	51	27	25	20	0,82
33	1066	0,25	49	25	18	24	0,83
34	19450	0,6	60	17	12	26	0,9
35	1066	0,4	55	21	15	30	0,88
36	14900	0,65	46	17	13	26	0,82
37	10950	0,4	50	21	14	27	0,84
38	4866	0,7	52	18	13	25	0,85
39	3370	0,6	59	22	16	24	0,9
40	2150	0,6	50	24	17	23	0,81

ПРИЛОЖЕНИЕ К РАЗДЕЛУ 5

6. 
   
   
   
   
   Рис. 5.1 Зависимость давления насыщенных паров нефтей от температуры
   
   1-нефти легкие, ρ = 0,8 т/м³; 2-нефти средние, ρ = 0,87 т/м³ ; 3-нефти тяжелые, ρ = 0,97 т/м³
   
   ОСЛОЖНЕНИЯ ПРИ ТРАНСПОРТЕ ПРОДУКЦИИ СКВАЖИН.

Засорение выкидных линий, нефтесборных коллекторов и аппаратов первичной подготовки сырых нефтей происходит по следующим причинам:

1. 
   из-за недостаточной скорости потока твердые частицы, выносимые из скважины вместе с нефтью оседают, уменьшая рабочее проходное сечение трубопроводов.
   
2. 
   при определенных термодинамических условиях из водо-газо-нефтянного потока могут выпадать различные соли или парафин, создающие твердый осадок.
   
3. 
   за счет воздействия окружающей среды на металл происходит коррозия, приводящая к разрушению оборудования или уменьшению рабочего сечения за счет окалины.
   
4. 
   содержание паров воды в нефтяном газе приводит к гидратообразованию, а в тяжелых углеводородах к выделению конденсата.