Вибір нафтогазових сепараторів (2 години)
Ефективність процесу сепарації залежить від ступеня відокремлення нафтового газу від крапельної рідини та рідини від газу, що характеризується: коефіцієнтами винесення рідини потоком газу Кж, газу потоком рідини Кr, граничною середньою швидкістю газу у вільному перерізі сепаратораVrmax та часом затримки рідини у сепараторі t3. Коефіцієнти винесення рідини та газу та показники досконалості сепараторівVrmax та t3 залежать від фізико-хімічних властивостей нафти та нафтового газу, їх витрат, робочих тисків і температур, здатності нафти до спінювання, рівня рідини у сепараторі, конструктивних сепаратора.
Коефіцієнти винесення рідини та газу визначаються за формулами:
де qж - об'ємний витрата краплинної рідини, що несуть потоком нафтового газу з сепаратора, м 3 /год; qr - об'ємна витрата газу, що виносить потоком рідини з сепаратора, м 3 /год; QK - об'ємна витрата рідини на виході з сепаратора, що визначаються при робочих тисках і температурах сепарації, м 3 /год; Qr - об'ємна витрата газу на виході із сепаратора, м 3 /год.
Чим менше Кж і Кr за інших рівних умов, тим досконаліше сепаратор. За практичними даними коефіцієнтами винесення рідини та газу мають такі значення Кж 3 /1000м3 газу та Кr 3 /м рідини.
1) за призначенням - вимірні та сепаруючі;
2) за геометричною формою та положенням у просторі - циліндричні, сферичні, вертикальні, горизонтальні та похилі;
3) за характером прояву основних сил - гравітаційні, інерційні (жалюзійні), відцентрові та ультразвукові;
4) по робочому тиску - високого тиску - 6,28 МПа (64 кГс/см 2 ), середнього 2,45 МПа (25 кГс/см 2 ), низького тиску 0,588 МПа (6 кГс/см 2 )вакуумні;
5) за кількістю свердловин, що обслуговуються - індивідуальні та групові сепараційні установки.
Розрахунок вертикального гравітаційного сепаратора.
Розрахунок цих сепараторів ведеться для газової та рідкої фаз. Для газової фази розраховується пропускна здатність сепаратораVr при відомих діаметрі сепаратора Dс, термобаричних умовах у ньому (Рс; Тс) властивостях газу та нафти.
Враховуючи осадження в газовому потоці рідких і твердих частинок у полі сили тяжіння, максимальна пропускна здатність газу визначається:
(4.3)
деVrmax - максимальна пропускна здатність сепаратора по газу, витрата якого приведена до нормальних умов, м 3 /сут; dж – діаметр краплі рідини, м (dж = 1х10 -4 м); Pс - тиск у сепараторі, Па; Тс – температура в сепараторі, К; - В'язкість газу, Па × С.
Виходячи з умов спливання бульбашок газу в нафті, що рухається в сепараторі, максимальна допустима здатність сепаратора м 3 /сут.
(4.4)
де dr-діаметр бульбашки газу, (приймається dr = 1х10 -3 ) м.
- в'язкість нафти, Па-с,
Завдання 4.1. Розрахувати пропускну здатність вертикального гравітаційного сепаратора діаметром Dc = 1,2м. Рідка фаза - нафта щільністю р = 860 кг/і"' (при тиску в сепараторі Рс = 1,5 МПа, температура Тс = 295 К) і в'язкістю за цих умов h = 7 мПа-с. Щільність газу в нормальних умовах = 1 ,30 кг/м 3. В'язкість газу в умовах сепаратора = 1,35х10 -5 Па-с.Коефіцієнт Z прийняти рівним 1.
Рішення : Обчислимо щільність газу за умов сепарації
За формулою (4.3) розрахуємо максимальну пропускну здатність сепаратора щодо газу
Пропускну здатність по рідині розрахуємо за формулою (4.4)
За заданої умовив даному сепараторі можна буде якісно сепарувати нафту до 6400 м 3 /сут. із газовим фактором до 626 м 3 /м 3 .
Підібрати горизонтальний сепаратор можна за такою методикою.
В основу базового варіанту апаратів прийнято нормальний ряд ємностей 25, 50, 100 та 200 м 3 на робочий тиск 0,6; 1,6; 2,5; 4,0 МПа різного кліматичного та корозійного виконання. Сепаратори оснащені різними конструктивними елементами, що формують зони введення, відстою та виведення продукції.
Обсяг сепаратора V розраховується з урахуванням навантаження по рідині та часу перебування у сепараторі
(4.5)
де Qж - навантаження рідини, м 3 /хв.;
tз - час перебування, хв.;
С-коефіцієнт заповнення об'єму апарату рідиною, рівний 0,5, коливається від 0,4 до 0,6D.
Орієнтовний час перебування рідини в апараті залежно від типу нафт та характеру технологічного процесу
Таблиця 4.1 – Орієнтовний час перебування рідини в апараті