контрольная. Задача 1 вар.6. Задача 1 Выбор типоразмера и определение необходимого количества гравитационных сепараторов для отделения газа от нефти (1я ступень сепарации)

• Название: Задача 1 Выбор типоразмера и определение необходимого количества гравитационных сепараторов для отделения газа от нефти (1я ступень сепарации)
• Анкор: контрольная
• Дата: 23.05.2021
• Размер: 99.72 Kb.
• Имя файла: Задача 1 вар.6.docx
• Тип: Задача; #208675

Задача №1 Выбор типоразмера и определение необходимого количества гравитационных сепараторов для отделения газа от нефти (1-я ступень сепарации).

Исходные данные (вариант 6):

N_скв. = 45 – количество добывающих скважин;

q_n = 42 т/сут. – средний дебит одной скважины по нефти;

Г_ф = 92 м³/т. – средний газовый фактор (газонасыщенность пластовой нефти);

ρ_н.д = 870 кг/м³ – плотность нефти дегазированной;

μ_н.д = 7,5 мПа × с – вязкость нефти дегазированной;

Р_сеп.1 = 0,45 МПа – давление сепарации (1ая ступень);

Т_сеп = 284 К – температура сепарации;

μ_г.с = 0,01 мПа × с – вязкость газа при условиях сепарации;

L_к=17,8км – длина нефтесборного коллектора;

Р_сеп.2 = 0,12 МПа – давление в сепараторах 1-ой ступени (ЦСП);

р_нас=11,4 МПа – давление насыщения нефти газом;

∆Н=78 м – повышение отметки ЦСП над ДНС;

К_з = 1,1 – коэффициент запаса по производительности (пропускной способности) нефтесборного коллектора, доли единиц;

ρ_го =1,32 кг/м³ – плотность газа (стандартные условия);

Основные положения.

Технологический (гидравлический) расчет гравитационных сепараторов ведется на пропускную способность по газу и (или) по жидкости. В первом случае газ рассматривается в виде сплошной фазы (сплошного потока), поднимающейся снизу вверх в сепараторе, а жидкость – в виде отдельных капель, опускающихся в потоке газа в нижнюю часть аппарата. При расчете на пропускную способность по жидкости она рассматривается в виде сплошной фазы, а газ – в виде отдельных пузырьков, всплывающих в опускающемся или поднимающемся слое жидкости.

Условие разделения фаз при расчете сепаратора на пропускную способность по газу

(1)

где: - скорость падения капли (частицы) жидкости под действием силы тяжести в неподвижном газе; - скорость восходящего газового потока. Скорость опускания частицы жидкости в восходящем потоке газа .

Условие разделения фаз при расчете сепаратора на пропускную способность по жидкости

(2)

где: - скорость всплывания газового пузырька в неподвижной жидкости; - скорость опускания или подъема слоя жидкости в сепараторе. Скорость подъема (всплывания) пузырька газа в опускающейся жидкости , в поднимающемся слое жидкости .

Скорость падения шарообразной частицы жидкости в неподвижном газе может быть определена по следующим формулам:

1. 
   при размере частиц не более 80 мкм
   

(формула Стокса), (3)

где: d_r – размер (диаметр) частицы, м; и – плотность жидкости и газа при условиях сепарации, кг/м³; – динамическая (абсолютная) вязкость газа при условиях сепарации, ; g – ускорение свободного падения, м/с²;

2. 
   для частиц размером 300-800 мкм (формула Аллена)
   

, (4)

где: – кинематическая вязкость газа;

3. 
   для частиц размером более 800 мкм (формула Ньютона)
   

(5)

При расчетах диаметр частиц можно принять равным 100 мкм. Для нахождения W_r следует выполнить вычисления по формуле Стокса, задавшись тремя значениями d_r (например, 50,65 и 80 мкм), и по формуле Алена (например, при d_r = 300, 350 и 400 мкм), построить график изменения W_r от d_r и по этому графику определить W_r при d_r = 100 мкм.

Скорость восходящего потока газа

, (6)

где: – объемный расход газа в сепараторе; F – площадь сечения сепаратора в плоскости, нормальной к потоку газа.

Очевидно, что

(7)

где: – объемный расход газа, приведенный к нормальным (T₀ = 273 К) или к стандартным (T₀ = 293 К) условиям;

P₀ и T₀ – атмосферное давление и нормальная (или стандартная) температура;

P и T –давление и температура газа в сепараторе;

Z₀ и Z – коэффициенты сверхсжимаемости газа при нормальных (стандартных) условиях и при P, T.

Отношение Z / Z₀ для условий первой ступени сепарации можно принять равным 0,95.

Скорость всплывания газового пузырька в неподвижной жидкости

(8)

где: d_п – диаметр пузырька;

– динамическая вязкость жидкости.

При расчете сепаратора на пропускную способность по жидкости диаметр пузырька газа можно принять равным 0,6 мм.

Скорость опускания или подъема слоя жидкости в сепараторе

, (9)

где: – объемный расход жидкости.

Решение:
Для выбора сепаратора необходимо рассчитать его нагрузку по газу, которую можно определить по методике ступенчатого разгазирования нефти.

Количество газа, выделяющееся из каждой тонны нефти в сепа­раторе, приведенное к нормальным условиям, может быть рас­считано по формуле

G= Г_TR[D₁(1 + R) — 1],

где Г_Т— газонасыщенность пластовой нефти, м³/т, объем газа при­веден к нормальным условиям;

,

p_S20 — давление насыщения нефти при 20°С, МПа;

,

,

—плотность дегазированной нефти при 20°С и атмосферном дав­лении, кг/м³;
— относительная (по воздуху) плотность газа однократного разгазирования нефти.

Рассчитывают вспомогательные коэффициенты



,

,

- плотность воздуха при 20°С

D₁ = 4,06 (0,87 ∙ 1,095 ‒ 1,045) = ‒ 0,37.

Зная вспомогательные коэффициенты, находят количество газа, выделяющееся из каждой тонны нефти при условиях в газонефтяном сепараторе,

G= Г_TR[D₁(1 + R) — 1] = 92 (‒ 0,68) [(‒ 0,37) (1 ‒ 0,68) ‒ 1] = 69,97 м³/т.

Суточный дебит всех скважин Q_н = q_н ^. N_скв = 42 ^. 45 = 1890 т/сут,

или Q_н^v = Q_н./ρ = 1890/0,86 = 2198 м³/сут.

Количество газа, поступающего в сепаратор в свободном состоянии вместе с нефтью

.

Плотность газа при температуре и давлении в сепараторе

.

С учетом формул (6), (7) и условия (1) при (при d_ч не более 80 мкм по формуле Стокса) определяется внутренний расчетный диаметр вертикального гравитационного сепаратора при d_ч= 50 мкм

;

.

=0,12 м/с; =2,12 м

при d_ч= 65 мкм: =0,2 м/с; =1,64 м

при d_ч= 80 мкм: =0,3 м/с; =1,34 м

С учетом формул (6), (7) и условия (1) при (при d_ч 300-800 мкм по формуле Аллена) определяется внутренний расчетный диаметр вертикального гравитационного сепаратора при d_ч = 305 мкм

;

.

=0,80м/с; =0,82 м

при d_ч = 350 мкм: =0,93м/с; =0,76 м

при d_ч = 410 мкм: =1,12м/с; =0,69 м

Строим график изменения от d_ч



по данному графику определяем при d_ч=100 мкм, = 0,4 м/с определяется внутренний расчетный диаметр вертикального гравитационного сепаратора



Выбирается ближайший больший стандартный размер (диаметр) сепаратора (табл. 1).

Характеристика вертикальных сепараторов

Таблица 1

Условный диаметр сепаратора, м	Рабочее давление (максимальное), МПа	Максимальная пропускная способность по газу, тыс. м3/сут	Высота корпуса, м
0,4	1,6	80,0	3,525
0,6	0,6	100,0	3,630
	1,6	180,0	3,630
0,8	0,6	175,0	3,710
	1,6	320,0	3,720
1,0	0,6	275,0	3,810
	1,6	500,0	3,820
1,2	0,6	400,0	3,900
	1,6	730,0	3,920
1,4	0,6	540,0	4,000
1,6	0,6	720,0	4,110

Подходит сепаратор: D = 1,2 м; Р = 0,6 МПа; Н = 3,9 м; Q_го = 400000 м³/сут.

Определяется расчетный диаметр горизонтального гравитационного сепаратора

.

где L – длина сепаратора – расстояние между входным и выходным патрубками сепаратора, м (можно принять L = 3 м).

Выбирается стандартный диаметр сепаратора (табл. 2).

Характеристика сепараторов типа НГС

Таблица 2

Сепарационная установка	Максимальное рабочее давление, МПа	Диаметр сепаратора, м	Пропускная способность (максимальная)
			по газу, тыс. м3/сут.	по жидкости, м3/сут
НГС 6-1400	0,6	1,4	150,0	2000,0
НГС 16-1400	1,6	1,4	260,0	2000,0
НГС 6-1600	0,6	1,6	340,0	5000,0
НГС 16-1600	1,6	1,6	590,0	5000,0
НГС 6-2200	0,6	2,2	600,0	10000,0
НГС 16-2200	1,6	2,2	1000,0	10000,0
НГС 6-2600	0,6	2,6	1000,0	20000,0
НГС 16-2600	1,6	2,6	1800,0	20000,0
НГС 6-3000	0,6	3,0	1500,0	30000,0
НГС 16-3000	1,6	3,0	2700,0	30000,0

Подходит сепаратор: D = 1,4 м; Р = 1,6 МПа; L = 3,0 м; Q_го = 260000 м³/сут.; Q_ж = 2000 м³/сут.

По результатам расчета на пропускную способность по газу выбирается сепаратор с меньшими габаритами – вертикальный.

Определяется пропускная способность выбранного сепаратора на пропускную способность по жидкости

, м³/сут, (13)

где F – площадь зеркала (поверхность раздела газовой и жидкой фаз) в сепараторе.

При расчете сепаратора на пропускную способность по жидкости диаметр пузырька газа можно принять равным 0,6 мм.

;



Пропускная способность сепаратора по жидкости, полученная по (13), оказалась меньше общего количества нефти, получаемой из скважин (по заданным условиям задачи). Определим размер (диаметр) газовых пузырьков, при котором выполняется условие

,

приняв пропускную способность сепаратора равной заданному количеству нефти.

Отсюда .