Расчет вертикального гравитационного сепаратора. Осложнения при транспорте продукции скважин

Страницы работы

Фрагмент текста работы

Сравнительно легко поддаются расчету вертикальные гравитационные сепараторы и гидроциклонные.

6.1 РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ГРАВИТАЦИОННОГО СЕПАРАТОРА

Средняя скорость газа в сепараторе Wгср должна быть несколько меньше расчетной скорости оседания частиц жидкости Wr, определяемой формулой Стокса:

а) Re =< 1

Wr = d 2 * (ρж - ρг) * g / 18 / μг, м/с                               (6.1)

где:

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

б) 2 < Re =< 500, формула  Аллена

Wr = 0.152 * d1.14 * ((ρr - ρг) * g / ρг0.71 / υг  0.43                         (6.2)

в) Re > 500, формула Ньютона- Ритингера

Wr = 1.75*(d * (ρr - ρг) * g)/ρг)1/2                                   (6.3)

Условие осаждения частицы: Wr - Wг > 0                                (6.4)

На практике при расчетах принимается, что Wr =1.2Wг          (6.5)

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

V = 86400 * F * Wг * (P / Po) * (To / T) * (1 / z),                        (6.6)

где:

Wг - скорость подъема газа в вертикальном сепараторе, м/сек; F   - площадь поперечного сечения сепаратора, м; Р1 и Ро - соответственно давление в сепараторе и нормальное давление (101.3 * 10 3), Па; Т1 и Т2 - соответственно рабочая температура в сепараторе и нормальная (273 К); z  - коэффициент сверхсжимаемости газа.

Отсюда:

Wг = 5.4 * 10 3 * V * T / D 2 / P * z,    м/с                     (6.7)

Подставив уравнения (5.2.4) и (5.2.10) в (5.2.8) получаем:

dн 2 * (ρr - ρг) * g / 18 / υг / ρг = 1.2 * 5.4 * 10 3 * V * T * z / D 2 / P

или

V = 84 * D 2 * P * dн 2 * (ρr - ρг) / z / T / υг / ρг,     м3/сут    (6.8)

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

Wж < Wг                                                                       (6.9)

Скорость всплывания пузырьков газа Wг в жидкости можно определять по формуле Стокса (6.1), заменив в ней динамическую вязкость газа μг на динамическую вязкость жидкости μж.

Учитывая соотношение (6.9), пропускную способность вертикального сепаратора по жидкости можно записать в следующем виде:

Wж = Qн / 86400 / F < Wг = d 2 * (ρж - ρг) * g / 18 / μж    (6.10)

или

Qн < 86400 * F * d 2 * (ρж - ρг) * g / 18 / μж                   (6.11)

После подстановки в формулу (5.2.14) величин F = π*D2/4, g = 9.81м/с2, и соотношения

Wг = 1.2Wж, получим:

Qн = 30803 * D 2 * d2г *(ρж - ρг) / μж, м3/сут                    (6.12)

6.2. РАСЧЕТ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ГРАВИТАЦИОННОГО СЕПАРАТОРА ПО ГАЗУ

В условиях горизонтального сепаратора:

Wн / Wг = h / l                                                              (6.13)

Где Wн — скорость оседания частиц нефти, м/с; Wг — скорость газа в сепараторе, м/с; h — расстояние по вертикали от верхней образующей до уровня нефти в сепараторе, м;

h = (0.5 - 0.55)D;

l —- длина сепаратора, м

Подставив в (5.2.16) выражения для скоростей (6.1) и (6.7), получаем уравнения для определения пропускной способности по газу:

V = 101 * l / h * D 2 * P * d 2 * (ρн - ρг) / (μг * Т * z) , м/с         (6.14)

При расчетах сепараторов на пропускную способность плотность газов в условиях сепаратора рассчитывается по формуле:

ρг = ρо *(Р / Ро)* (То / Т) * (1 / z),                                 (6.15)

где: ρо — плотность газа при Н.У., кг/м3; Р, Ро — соответственно давление в сепараторе и давление при Н.У.

о = 0.1013 МПа = 1.033 * 9.81 * 10 4 Па); Т, То — соответственно абсолютная температура в сепараторе, и абсолютная нормальная температура (273 К).

ТИПОВАЯ ЗАДАЧА 6.1

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, ρн = 800 кг/м3 ρог = 1.21 кг/м3, Z = 1, μг = 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, ρн = 800 кг/м3, ρо = 1.21 кг/м3,

μг = 0.000012 Па*

Найти: Wн =?, V =?

Решение:

1. Определим плотность газа в условиях сепаратора:

ρг = ρо * P / Po * To / T * 1 / Z = 1.21*2/0.1013*273/293*1 = 21.8 кг/м3

2. Рассчитаем скорость осаждения капли нефти заданного диаметра:

Wн = dн 2 * (ρнг) * g / 18 / μг = (30 * 10 -6) 2 * (800-21.8)*9.81/18/0.000012 = 0.0318 м/c

3. Рассчитать пропускную способность сепаратора по газу можно по нескольким формулам (6.6, 6.8). Для (6.6) необходимо знать скорость газа. Поскольку должно выполняться условие  Wн = 1.2*Wг, чтобы происходило осаждение капель нефти, отсюда

Wг = Wн / 1.2 = 0.0318/1.2 = 0.0265 м/сек

4. Пропускная способность по газу:

V = 86400 * π * D 2 / 4 * Wг * P / Po * To / T * 1 / Z = 86400 * 3 / 14 * 0.9 2 / 4 * 0 / 0265 * 2 * 10 6 * 273 / 1.033 / 9.81 / 10 4 / 293 / 1 = 267.71 м3/сут

ТИПОВАЯ ЗАДАЧА 6.2

Пропускная способность по газу вертикального сепаратора диаметром 0.8 м равна 5*104 м3/сут. Установить, будет ли происходить оседание капель нефти диаметром 80 мкм в потоке газа, если давление в сепараторе 4 МПа, температура 300 К, плотность нефти 780 кг/м3, плотность газа ( при Н.У.) 1.20 кг/м3, вязкость газа в рабочих условиях 0.000012 Па*с (кг/м3), Z = 0.7.

Дано: D = 0.8 м, P = 4 МПа, T = 300 К, Z = 0.7, dн = 80 мкм; ρн = 780 кг/м3; ρо = 1.20 кг/м3;

μг = 0.000012 Па*с;

Найти: Wн =?;

Решение:

Условием осаждения капель нефти является:

Wн > Wг

1. Определим скорость  газа:

Wг = V / S / 86400 * Po / P * T / To * Z = 5.4 * 10 -3 * V * T * Z / D 2 / P = 5.4 * 10 -3 * 5 * 10 4 * 300 * 0.7 / 0.8 2 / 4 / 10 6 = 0.021 м/с

2. Определим скорость оседания частицы (капли нефти) по формуле Стокса:

Wн = dн 2 * (ρн - ρг) * g / 18 / μг,

где   ρг = ρо * P / Po * To / T * 1 / Z = 1.2 * 4 * 10 6 / 1.033 / 9.81 / 10 4 * 273 / 300 / 0.7 =0.6158 * 10 2 = 61.58 кг/м3

Wг = (80 * 10 -6) 2 * (780 - 61.58) * 9.81 / 18 / 0.000012 / 10 -3 = 0.2088 м/с

Сравним скорость частицы и скорость газа:

Wн = 0.2088 м/с,  Wг = 0.0221 м/с,  Wн / Wг = 9.45

Если частица нефти заданного диаметра не осаждается при данных параметрах режима сепаратора, то рассчитайте:

а) величину давления сепарации, при котором частица заданного диаметра будет осаждаться;

б) минимальный диаметр частицы, которая будет осаждаться в заданных

Похожие материалы

Информация о работе