Зад. 3 Задачи. Задача 1 На дожимной насосной станции (днс) в сепараторе первой ступени поддерживают давление 6 мпа. Длина сборного коллектора, идущего от агзу до днс, 10 км и (внутренний) диаметр его 3 м, абсолютная эквивалентная шероховатость 11мм.

• Название: Задача 1 На дожимной насосной станции (днс) в сепараторе первой ступени поддерживают давление 6 мпа. Длина сборного коллектора, идущего от агзу до днс, 10 км и (внутренний) диаметр его 3 м, абсолютная эквивалентная шероховатость 11мм.
• Дата: 10.03.2023
• Размер: 113.05 Kb.
• Имя файла: 3 Задачи.docx
• Тип: Задача; #978766

ЗАДАЧА 1

На дожимной насосной станции (ДНС) в сепараторе первой ступени поддерживают давление 0.6 МПа. Длина сборного коллектора, идущего от АГЗУ до ДНС, 10 км и (внутренний) диаметр его 0.3 м, абсолютная эквивалентная шероховатость Δ=0.11мм. Сборный коллектор горизонтальный. Объем перекачиваемой нефти 3800 т/сутки, ее плотность 800 кг/м³, кинематическая вязкость 1* 10^-4 м²/с. Определить необходимое начальное давление в трубопроводе.

Дано: P_к = 0.6 МПа; d = 0.3 м; ρ_н = 800 кг/м³; ν = 1* 10^-4 м²/с; l = 10 км; Q = 3800 т/сутки; мм

Найти: Р_н =?

Решение:

W = = = = 0.78 м/с;

Rе = = = 2340 > 2320;

т.к. , то



ΔP = = = 0.35 МПа;

P_н = Р_к + ΔP = 0.6 + 0.35 = 0.95 МПа;

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

ЗАДАЧА 1

На ДНС в сепараторе первой ступени поддерживается определенное давление. Известна длина сборного коллектора, идущего от «Спутника» до ДНС, его внутренний диаметр, абсолютная эквивалентная шероховатость (Δ), разность геодезических отметок начала и конца трубопровода, количество перекачиваемой нефти, ее плотность, кинематическая вязкость.

Определить необходимый начальный напор. Задания по вариантам приведены в таблице 1.

Таблица 1

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Давление конечное, МПа	0,6	0,2	0,5	0,8	0,4	0,6	0,3	0,5	0,1	0,4	0,6	0,3	0,2	0,8	0,1
Длина трубопровода, км	10	9	8	4	12	5	15	4	20	10	9	8	5	4	12
Диаметр трубопровода, м	0,31	0,26	0,32	0,25	0,30	0,31	0,35	0,26	0,37	0,32	0,31	0,26	0,32	0,25	0,30
Разность геодезических отметок, м	12	-5	15	-8	10	5	-20	-3	-8	10	12	-5	15	-8	10
Массовый расход нефти, *102 т/сут	38	32	30	25	35	32	40	25	35	32	38	32	30	25	35
Плотность нефти, кг/м3	849	848	921	823	869	869	892	892	862	823	845	840	920	815	850
Кинематическая вязкость нефти*10-4, м2/с	0,14	0,28	0,63	0,08	0,40	0,43	0,39	0,39	0,14	0,08	0,13	0,29	0,64	0,11	0,42

Продолжение таблицы 1

Исходные данные	Варианты
	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Давление конечное, МПа	0,6	0,2	0,5	0,8	0,4	0,6	0,3	0,5	0,1	0,4	0,6	0,3	0,2	0,8	0,1
Длина трубопровода, км	11	10	9	5	12	7	15	8	18	16	14	10	5	6	9
Диаметр трубопровода, м	0,31	0,26	0,32	0,25	0,30	0,31	0,35	0,26	0,37	0,32	0,31	0,26	0,32	0,25	0,30
Разность геодезических отметок, м	-12	5	10	-8	-10	5	20	-3	8	-10	2	5	17	-7	8
Массовый расход нефти, *102 т/сут	38	32	30	25	35	32	40	25	35	32	38	32	30	25	35
Плотность нефти, кг/м3	850	840	925	834	872	865	898	890	860	820	848	855	920	810	860
Кинематическая вязкость нефти*10-4, м2/с	0,14	0,28	0,63	0,08	0,40	0,43	0,39	0,39	0,14	0,08	0,13	0,29	0,63	0,11	0,42

2 Расчет вертикального гравитационного сепаратора по газу и по жидкости

Средняя скорость газа в сепараторе W^г_ср должна быть несколько меньше расчетной скорости оседания частиц жидкости W_r, определяемой формулой Стокса:

а) Re =< 1

W_r = , м/с (2.1)

где:

d - диаметр оседающей или всплывающей частицы (жидкости, газа), м; ρ_ж и ρ_г – соответственно, плотность жидкости и газа в условиях сепаратора, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с²; μ_г - абсолютная вязкость газа, Па*с

б) 2 < Re =< 500, формула Аллена

W_r = (2.2)

в) Re > 500, формула Ньютона- Ритингера

W_r = (2.3)

Условие осаждения частицы: W_r - W_г > 0 (2.4)

На практике при расчетах принимается, что W_r =1.2W_г (2.5)

Пропускная способность вертикального сепаратора по газу связана со скоростью газа следующим уравнением:

V = , (2.6)

где:

W_г - скорость подъема газа в вертикальном сепараторе, м/сек; F - площадь поперечного сечения сепаратора, м²; Р₁ и Р_о - соответственно давление в сепараторе и нормальное давление (101.3 * 10 ³), Па; Т и Т₀ - соответственно рабочая температура в сепараторе и нормальная (273 К); z - коэффициент сверхсжимаемости газа.

Отсюда:

W_г = , м/с (2.7)

Подставив уравнения (3.1) и (3.7) в (3.5) получаем:

=

или

V = , м³/сут (2.8)

Расчет вертикальных гравитационных сепараторов по жидкости сводится к выполнению условия, чтобы скорость подъема уровня жидкости W_ж в них была меньше скорости всплывания газовых пузырьков, т.е.

W_ж < W_г (2.9)

Скорость всплывания пузырьков газа W_г в жидкости можно определять по формуле Стокса (2.1), заменив в ней динамическую вязкость газа μ_г на динамическую вязкость жидкости μ_ж.

Учитывая соотношение (2.9), пропускную способность вертикального сепаратора по жидкости можно записать в следующем виде:

W_ж = < (2.10)

или

Q_н < (2.11)

После подстановки в формулу (2.11) величин F = , g = 9.81м/с², и соотношения W_г = 1.2W_ж, получим:

Q_н = , м³/сут (2.12)

ЗАДАЧА 2

При прохождении нефтегазовой смеси через штуцер в сепараторе образуются капли нефти диаметром 30 мкм. Смесь находится под давлением 2 МПа при 293 К. Найти скорость осаждения капель нефти и определить пропускную способность вертикального гравитационного сепаратора по газу, если его диаметр 0.9м, ρ_н = 800 кг/м³ ρ_ог = 1.21 кг/м³, Z = 1, μ_г = 0.000012 Па*с (вязкость газа в рабочих условиях).

Дано: D = 0.9 м, P = 2 МПа, T = 293 К, Z = 1, d = 30 мкм, ρ_н = 800 кг/м³, ρ_о = 1.21 кг/м³,

μ_г = 0.000012 Па*с

Найти: W_н =?, V =?

Решение:

1. Определим плотность газа в условиях сепаратора:

ρ_г = = = 22.3 кг/м³

2. Рассчитаем скорость осаждения капли нефти заданного диаметра:

W_н = = = 0.0318 м/c

3.Чтобы рассчитать пропускную способность сепаратора по газу необходимо знать скорость газа. Поскольку должно выполняться условие W_н = 1.2*W_г, чтобы происходило осаждение капель нефти, отсюда

W_г = = = 0.0265 м/сек

4. Пропускная способность по газу:

V = = = =26781.2 м³/сут

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

ЗАДАЧА 2

При прохождении нефтегазовой смеси через штуцер в сепараторе образуются капли нефти диаметром d мкм. Смесь находится под давлением P МПа при T⁰К. Найти скорость осаждения капель нефти и определить пропускную способность вертикального гравитационного сепаратора по газу, если его диаметр D. Известны плотность нефти, плотность газа и его вязкость, коэффициент сверхсжимаемости.

Задания по вариантам приведены в таблице 2.
Таблица 3.1

Параметр	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Давление сепарации, МПа	0,70	0,35	0,50	0,60	0,40	0,45	0,55	0,20	0,24	0,15	0,71	0,34	0,51	0,62	0,44
Температура сепарации, оС	25	30	20	22	32	40	24	28	18	26	20	21	35	33	22
Диаметр сепаратора, м	2,2	1,4	1,2	1,6	1,0	2,0	2,6	3,0	1,6	1,8	2,2	1,4	1,2	1,6	1,0
Диаметр капли нефти, мкм	95	95	100	75	65	80	70	90	50	85	55	60	70	82	91
Плотность нефти, кг/м3	818	838	860	820	815	845	870	852	887	893	815	824	830	840	880
Плотность газа при НУ, кг/м3	1,80	0,75	0,90	1,2	0,88	0,84	0,70	0,80	0,67	1,1	0,78	1,15	0,83	1,08	0,95
Вязкость газа, *10-5 Па*с	3	1,3	2	1,8	1,5	1,2	1,6	1,1	1,4	1,0	2,7	1,3	1,01	2,3	3
Коэффициент сверхсжимаемости	1	0,9	1	0,85	1	0,91	1	0,88	1	0,87	1	0,93	1	0,84	1
Параметр	Варианты
	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Давление сепарации, МПа	0,68	0,30	0,50	0,60	0,40	0,45	0,65	0,36	0,24	0,25	0,75	0,35	0,51	0,68	0,44
Температура сепарации, оС	25	30	27	19	30	36	24	28	20	26	20	21	31	33	22
Диаметр сепаратора, м	2,0	1,5	1,2	1,6	1,0	2,0	2,4	3,0	1,6	1,8	2,5	1,3	1,2	1,5	1,0
Диаметр капли нефти, мкм	95	90	95	77	67	83	70	60	50	85	55	60	75	82	92
Плотность нефти, кг/м3	808	840	870	820	815	845	870	850	890	853	830	864	830	840	880
Плотность газа при НУ, кг/м3	1,80	0,75	0,90	1,25	0,82	0,89	0,66	0,80	0,67	1,1	0,98	1,15	0,83	1,05	0,95
Вязкость газа, *10-5 Па*с	2,7	1,3	2	1,8	1,1	1,2	1,6	1,1	1,4	1,0	2,7	1,3	1,03	2,3	3
Коэффициент сверхсжимаемости	1	0,9	1	0,85	1	0,94	1	0,88	1	0,80	1	0,91	1	0,84	1

3 Расчеты плотности и вязкости нефти
Плотность сепарированной нефти в зависимости от температуры можно рассчитать исходя из определения коэффициента термического расширения нефти

ρ_н(t) = , (3.1)

где ρ_н, ρ_н(t) — плотность сепарированной нефти при 20 ^оС и при температуре t соответственно, кг/м³; α_н — коэффициент термического расширения нефти, который можно рассчитать по формулам

α_н = 10^-3 * (2.638(1.169-ρ_н * 10 ^{- 3})), если 780 =< ρ_н =< 860 кг/м³ (3.2)

α_н = 10^-3 * (1.975(1.272-ρ_н * 10 ^{- 3})), если 860 < ρ_н =< 960 кг/м³ (3.3)

Плотность нефти с растворенным в ней газом можно рассчитать по уравнению

ρ_нг = , (3.4)

где Г_о — отношение объема газа, растворяемого в нефти, к объему этой нефти, приведенные к стандартным условиям, м³/м³; b - объемный коэффициент нефти, доли ед.

Влияние температуры на давление насыщения нефти газом может быть оценено по эмпирической формуле

Р_st = Р_st0 + , (3.5)

где Р_st, Р_sto — давления насыщения при температурах t и t₀ соответственно, МПа;

f_ш = , (3.6)

где N_CH4, N_А - молярные доли метана и азота, соответственно, в газе однократного разгазирования нефти при 20 ^оС до атмосферного давления.

Используя два экспериментальных значения вязкости нефти при температуре 20 и 50 ^оС, температурную зависимость динамической вязкости нефти можно описать

lgμ_t = (3.7)

где μ₂₀, μ₅₀, μ_t — динамические вязкости сепарированной нефти при атмосферном давлении и температурах 20, 50, и t ^оС соответственно, выраженной в миллипаскалях в секунду.

Если известно только одно экспериментальное значение вязкости нефти при какой-либо температуре t₀, то значение ее при другой температуре можно определить по формуле

μ_t = ( ) * (С*μ_to)^φ (3.8)

где

φ = ; (3.9)

μ_t, μ_t0 — динамическая вязкость нефти при температуре t и t₀ соответственно, мПа*с; а С — эмпирические коэффициенты.

Если μ >= 1000 мПа*с, то

С = 10 ; а = 2.52 * 10^-3 ; (3.10)

если 10 =< μ =< 1000 мПа*с, то

С = 100 ; а = 1.44 * 10^-3 (3.11)

если μ < 10 мПа*С, то

С = 1000 ; а = 1.76 * 10^-3 (3.12)

При отсутствии экспериментальных данных для ориентировочных оценок вязкости нефти при 20 ^оС и атмосферном давлении можно воспользоваться следующими формулами:

если 845 < ρ_н < 924 кг/м³,

μ_н = , (3.13)

если 780 < ρ_н < 845 кг/м³,

μ_н = , (3.14)

где μ_н, ρ_н —- вязкость и плотность сепарированной нефти при 20 ^оС и атмосферном давлении, мПа*С и кг/м³,соответственно.

По формуле Чью и Каннели можно рассчитать вязкость газонасыщенной нефти при давлении насыщения

μ_s = А * μ_t^B, (3.15)

где μ_s — вязкость нефти, насыщенной газом, при температуре t и давлении насыщения, мПа*с; μ_t — вязкость сепарированной нефти при температуре t, мПа*с; А, В — эмпирические коэффициенты, определяемые по формулам

A = exp((12.4 * 10 ^{- 3} * Г_о - 8.576) * 10 ^{- 3} * Г_o) (3.16)

B = exp((8.02 * 10 ^{- 3} * Г_о - 4.631) * 10 ^{- 3} * Г_о) (3.17)

ЗАДАЧА 1.1

Найти плотность сепарированной нефти 1-го горизонта при температуре 68 ^оС, если плотность ее при 20 ^оС равна 849 кг/м³, и нефти 2-го горизонта при 73 ^оС, если плотность ее при 20 ^оС равна 893 кг /м³.

Дано: ρ_н (1_г) = 849 кг/м³; ρ_н (2_г) = 893 кг/м³; t (1_г) = 68 ^оС; t (2_г) = 73 ^оС;

Найти: ρ_н (1_г68) =?; ρ_н (2_г73) =?;

Решение:

если 780 ρ_н 860 кг/м³;

α_н =10 ^{- 3} * 2.638(1.169 - ρ_н * 10 ^{- 3});

α_н=2.638(1.169 – 849 * 10 ^-3) * 10 ^{- 3} = 0.8442 * 10 ^-3 ;

ρ_{н (t)} = ,

ρ_н(1_г68) = = 816 кг/м³;

аналогично для 2-го горизонта:

α_н=1.975 (1.272 – 893 * 10 ^{- 3}) * 10 ^{- 3} = 0.7485 * 10 ^-3 ;

ρ_н(2_г73) = = 859 кг/м³.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

ЗАДАЧА 3

Найти плотности сепарированных нефтей двух месторождений (подобрать самостоятельно) при заданной температуре, если известны их плотности при 20 ^оС. Дать заключение о влиянии температуры на плотность нефти.