Файл: 1. Назначение систем сбора и подготовки нефти, газа и воды. Существующие схемы сбора и подготовки.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.12.2023
Просмотров: 853
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1. Назначение систем сбора и подготовки нефти, газа и воды. Существующие схемы сбора и подготовки.Система сбора нефти, газа и воды – это совокупность трубопроводных коммуникаций и оборудования, предназначенных для сбора продукции скважин и доставки скважинной продукции в пункты подготовки нефти, газа и воды: насосы, емкостное оборудование и трубопроводы, запорная арматура, КИП и автоматика. Подготовка нефти, газа и воды – это технологические процессы, проводимые со скважинной продукцией для их разделения и дальнейшей подготовки с целью приведения их качества до нормируемых показателей. Унифицированная схема системы сбора и подготовки скважинной продукции (СП) нефтяного месторождения приведена ниже.2. Сепарация газа от нефти. Оценка эффективности сепарации. Сепарация газа от нефти - это процесс разделения газовых и жидких компонентов, которые находятся в смеси нефти и газа, с целью получения чистых фракций газа и нефти.Сепарация нефти - это процесс извлечения легких фракций из нефти путем однократного или многократного испарения при снижении давления. Сепарация может сопровождаться и усиливаться предварительным подогревом. Сепарация является составной частью стабилизации нефти. Отметим лишь, что второй схемой стабилизации нефти является ее ректификация - многократная конденсация и испарение с четким разделением углеводородов по заданной глубине стабилизации нефти.Оценка эффективности сепарации может проводиться различными способами, включая измерение количества газа и нефти, полученных после процесса сепарации, а также измерение показателей качества газа и нефти.Ключевыми параметрами, используемыми для оценки эффективности сепарации газа от нефти, являются:
Количественная оценка процесса разгазирования нефти может быть сделана теоретически или экспериментально. Изучение процесса разгазирования нефти в лабораторных условиях обычно проводят в бомбе PVT двумя способами: - контактным или однократным; - дифференциальным или многократным (постепенным). Контактным называют такой процесс разгазирования, при котором суммарный состав смеси (нефть + газ) во время процесса остается постоянным. Образующийся в бомбе PVT газ все время остается в контакте с нефтью, из которой он выделился. При дифференциальном разгазировании нефти суммарный состав фаз все время изменяется, так как образующийся свободный газ выводится из системы по мере его выделения. В результате этого нефть обогащается высококипящими компонентами (бутан и пентан), а с газом отводится наиболее легкие нефтепродукты: метан и этан. Поэтому при дифференциальном разгазировании нефти количество выделившегося газа всегда меньше, чем при контактном разгазировании. В связи с этим, одноступенчатую сепарацию приближенно можно оценивать как контактный процесс разгазирования, а многоступенчатую - как дифференциальный. Несмотря на то, что одинаковыми будут конечные значения давления и температуры, состав газа, выделившийся из нефти, будет разным при разных способах сепарации. Для оценки эффективности сепарации газа от нефти необходимо проводить регулярные технические проверки оборудования, использовать современные технологии сепарации, а также обеспечивать квалифицированный персонал для работы с этим оборудованием.3. Общая конструкция газосепараторов. Назначение и устройство секций газосепараторов.Газосепараторы используются для разделения газа и жидкости в системах транспортировки газа, нефти и других жидкостей. Назначение газосепараторов заключается в удалении жидких частиц из газа, чтобы предотвратить их нанесение ущерба оборудованию и процессам.Общая конструкция газосепаратора включает в себя корпус, входной коллектор, выходной коллектор, внутренние элементы сепаратора и систему управления. Корпус обычно изготавливается из стали и имеет форму цилиндра или сферы. Входной коллектор используется для подвода газожидкостной смеси к газосепаратору, а выходной коллектор - для вывода отдельных фаз.
Основными элементами внутри корпуса газосепаратора являются секции. Секции газосепаратора представляют собой отдельные отделения, которые содержат различные элементы, предназначенные для разделения газовой и жидкой фаз. Секции могут быть различных форм и размеров в зависимости от конструкции газосепаратора.В секциях газосепаратора могут использоваться различные элементы, такие как дефлекторы, циклоны, вихревые пластины, сетки и т.д. Они служат для разделения газовой и жидкой фаз и уменьшения скорости потока смеси. Это позволяет легче и более эффективно разделять фазы и предотвращать образование пены и эмульсий.4. Расчет процессов сепарации нефти от газа по компонентному составу ПНГ при известном давлении и температуре в сепараторе.Метод материального баланса по Д.Л.КатцуВ расчетах сепарации газа из нефти необходимо знать количественное распределение углеводородов в газовой и жидкой фазе системы, например в нефтепромысловом сепараторе. Для такой оценки обычно рассматривают условные одну или 100 молей углеводородной смеси. Выполним следующие обозначения:zi - мольная доля i-го компонента вещества в пластовой нефти;yi - мольной доли i-ого компонента в газовой фазе сепаратора;хi - мольной доли i-ого компонента в жидкой фазе сепаратора;V – мольная доля вещества в газовой фазе сепаратора;L – мольная доля вещества в жидкой фазе сепаратора;Тогда: L + Y = 1,000z1 +z2 + …+ zi = 1,000;y1 +y2 + …+ yi= 1,000;x1 +x2 + …+ xi= 1,000;Уравнение материального баланса для каждого компонента будет иметь вид, предложенный в 1933 Дональдом Л.Катцом: zi= L∙xi + V∙уi (8)Параметр хiвыведем за скобки: Отсюда (9)
(10)кi - константа фазового равновесия i-го компонента при известных значениях температуры и давления смеси (вещества) в сепараторе.Доказательства формулы Д.Л.Катца:где Ni – количество молей i-го компонента в пластовой нефтиТогда то есть мольная доля i-ой компоненты в жидкой фазе равняется количеству молей этой компоненты в жидкой фазе, отнесенное к количеству всех компонентов в жидкости. Аналогично поступаем и с параметром Остается разобраться с параметрами L и VПодставляем все обозначенные параметры в формулу Катца и получаем: Производим сокращения единых параметров в числителе и знаменателе двух дробей, подводим под общий знаменатель и получаем:ч. т. д.Уравнение (10) мы будем использовать на втором и третьем практическом занятии при расчете процесса сепарации газа из нефти. На первом этапе произвольным образом принимают, что L = 0,5 тогда V = 1,00 – 0,5 = 0,5. В конце всех расчетов необходимо чтобы сумма мольных концентраций i-го компонента в жидкой фазе и газовой фазе были равны 1,0: Если эти условия не соблюдаются, то расчеты повторяют с заданием новых значений L и V. Процесс называется итерационным (метод постепенного приближения к истине). Расчеты по уравнению (4.1 и 4.2) производят следующим образом:1. Выписывают данные о составе пластовой нефти в мольном выражении по результатам лабораторных исследований;2. Выбирают условие сепарации по температуре и давлению;
3. По таблицам констант фазовых равновесий определяют величины Ki для каждого компонента для заданных значений давления и температуры;4. По формуле 10 находят состав от сепарированнгой нефти – параметр хi. 5. Состав газовой фазы находят как произведение: 6. Исходное суточное количество молей пластовой нефти, поступающей на сепаратор первой ступени определяют по формуле:5. Вывод формулы Стокса для малых значений параметра Рейнольдса.Пропускную способность гравитационных аппаратов определяют в зависимости от допустимой скорости движения газа, которую определяют из условий равновесия сил, действующих на частицу, и силы сопротивления среды, возникающей при движении этой частицы. При расчете сепараторов принимают следующие допущения:1. частица (капля Н) имеет форму шара;2. режим движения газа в сепараторе – ламинарный;3. движение капель – свободное, т.е. они в потоке между собой не сталкиваются;4. капля Н находится в равновесном состоянии.Шарообразная частица диаметром d, объемом d3\6 и плотностью н подвергается в газовом потоке (плотностью г) действию силы тяжести: Сила сопротивления газа Fсопр при свободном оседании частицы: ,где ξ - коэффициент сопротивления среды (при ламинарном режиме Re = 1); г - плотность газа, кг\м3; d – диаметр капли нефти, м;υ - линейная скорость частицы, м\с;fм - миделево сечение (сечение перпендикулярное напр дв-я);При равномерном движении частицы сила сопротивления газовой среды становится равной действующей силы тяжести: Fсопр = F. Приравняем обе части:
-
КПД(кривая подения давления) сепарации - отношение количества отделенного газа к общему количеству газа, содержащегося в исходной смеси нефти и газа. -
Качество газа - содержание различных примесей в газе после сепарации, таких как сероводород, углекислый газ, кислород и другие. -
Качество нефти - содержание различных примесей в нефти после сепарации, таких как вода, сероводород, серы и других веществ. -
Общая эффективность сепарации - это соотношение между количеством газа и нефти, полученных после сепарации, и общим количеством газа и нефти, содержащихся в исходной смеси.
Количественная оценка процесса разгазирования нефти может быть сделана теоретически или экспериментально. Изучение процесса разгазирования нефти в лабораторных условиях обычно проводят в бомбе PVT двумя способами: - контактным или однократным; - дифференциальным или многократным (постепенным). Контактным называют такой процесс разгазирования, при котором суммарный состав смеси (нефть + газ) во время процесса остается постоянным. Образующийся в бомбе PVT газ все время остается в контакте с нефтью, из которой он выделился. При дифференциальном разгазировании нефти суммарный состав фаз все время изменяется, так как образующийся свободный газ выводится из системы по мере его выделения. В результате этого нефть обогащается высококипящими компонентами (бутан и пентан), а с газом отводится наиболее легкие нефтепродукты: метан и этан. Поэтому при дифференциальном разгазировании нефти количество выделившегося газа всегда меньше, чем при контактном разгазировании. В связи с этим, одноступенчатую сепарацию приближенно можно оценивать как контактный процесс разгазирования, а многоступенчатую - как дифференциальный. Несмотря на то, что одинаковыми будут конечные значения давления и температуры, состав газа, выделившийся из нефти, будет разным при разных способах сепарации. Для оценки эффективности сепарации газа от нефти необходимо проводить регулярные технические проверки оборудования, использовать современные технологии сепарации, а также обеспечивать квалифицированный персонал для работы с этим оборудованием.3. Общая конструкция газосепараторов. Назначение и устройство секций газосепараторов.Газосепараторы используются для разделения газа и жидкости в системах транспортировки газа, нефти и других жидкостей. Назначение газосепараторов заключается в удалении жидких частиц из газа, чтобы предотвратить их нанесение ущерба оборудованию и процессам.Общая конструкция газосепаратора включает в себя корпус, входной коллектор, выходной коллектор, внутренние элементы сепаратора и систему управления. Корпус обычно изготавливается из стали и имеет форму цилиндра или сферы. Входной коллектор используется для подвода газожидкостной смеси к газосепаратору, а выходной коллектор - для вывода отдельных фаз.
Основными элементами внутри корпуса газосепаратора являются секции. Секции газосепаратора представляют собой отдельные отделения, которые содержат различные элементы, предназначенные для разделения газовой и жидкой фаз. Секции могут быть различных форм и размеров в зависимости от конструкции газосепаратора.В секциях газосепаратора могут использоваться различные элементы, такие как дефлекторы, циклоны, вихревые пластины, сетки и т.д. Они служат для разделения газовой и жидкой фаз и уменьшения скорости потока смеси. Это позволяет легче и более эффективно разделять фазы и предотвращать образование пены и эмульсий.4. Расчет процессов сепарации нефти от газа по компонентному составу ПНГ при известном давлении и температуре в сепараторе.Метод материального баланса по Д.Л.КатцуВ расчетах сепарации газа из нефти необходимо знать количественное распределение углеводородов в газовой и жидкой фазе системы, например в нефтепромысловом сепараторе. Для такой оценки обычно рассматривают условные одну или 100 молей углеводородной смеси. Выполним следующие обозначения:zi - мольная доля i-го компонента вещества в пластовой нефти;yi - мольной доли i-ого компонента в газовой фазе сепаратора;хi - мольной доли i-ого компонента в жидкой фазе сепаратора;V – мольная доля вещества в газовой фазе сепаратора;L – мольная доля вещества в жидкой фазе сепаратора;Тогда: L + Y = 1,000z1 +z2 + …+ zi = 1,000;y1 +y2 + …+ yi= 1,000;x1 +x2 + …+ xi= 1,000;Уравнение материального баланса для каждого компонента будет иметь вид, предложенный в 1933 Дональдом Л.Катцом: zi= L∙xi + V∙уi (8)Параметр хiвыведем за скобки: Отсюда (9)
(10)кi - константа фазового равновесия i-го компонента при известных значениях температуры и давления смеси (вещества) в сепараторе.Доказательства формулы Д.Л.Катца:где Ni – количество молей i-го компонента в пластовой нефтиТогда то есть мольная доля i-ой компоненты в жидкой фазе равняется количеству молей этой компоненты в жидкой фазе, отнесенное к количеству всех компонентов в жидкости. Аналогично поступаем и с параметром Остается разобраться с параметрами L и VПодставляем все обозначенные параметры в формулу Катца и получаем: Производим сокращения единых параметров в числителе и знаменателе двух дробей, подводим под общий знаменатель и получаем:ч. т. д.Уравнение (10) мы будем использовать на втором и третьем практическом занятии при расчете процесса сепарации газа из нефти. На первом этапе произвольным образом принимают, что L = 0,5 тогда V = 1,00 – 0,5 = 0,5. В конце всех расчетов необходимо чтобы сумма мольных концентраций i-го компонента в жидкой фазе и газовой фазе были равны 1,0: Если эти условия не соблюдаются, то расчеты повторяют с заданием новых значений L и V. Процесс называется итерационным (метод постепенного приближения к истине). Расчеты по уравнению (4.1 и 4.2) производят следующим образом:1. Выписывают данные о составе пластовой нефти в мольном выражении по результатам лабораторных исследований;2. Выбирают условие сепарации по температуре и давлению;
3. По таблицам констант фазовых равновесий определяют величины Ki для каждого компонента для заданных значений давления и температуры;4. По формуле 10 находят состав от сепарированнгой нефти – параметр хi. 5. Состав газовой фазы находят как произведение: 6. Исходное суточное количество молей пластовой нефти, поступающей на сепаратор первой ступени определяют по формуле:5. Вывод формулы Стокса для малых значений параметра Рейнольдса.Пропускную способность гравитационных аппаратов определяют в зависимости от допустимой скорости движения газа, которую определяют из условий равновесия сил, действующих на частицу, и силы сопротивления среды, возникающей при движении этой частицы. При расчете сепараторов принимают следующие допущения:1. частица (капля Н) имеет форму шара;2. режим движения газа в сепараторе – ламинарный;3. движение капель – свободное, т.е. они в потоке между собой не сталкиваются;4. капля Н находится в равновесном состоянии.Шарообразная частица диаметром d, объемом d3\6 и плотностью н подвергается в газовом потоке (плотностью г) действию силы тяжести: Сила сопротивления газа Fсопр при свободном оседании частицы: ,где ξ - коэффициент сопротивления среды (при ламинарном режиме Re = 1); г - плотность газа, кг\м3; d – диаметр капли нефти, м;υ - линейная скорость частицы, м\с;fм - миделево сечение (сечение перпендикулярное напр дв-я);При равномерном движении частицы сила сопротивления газовой среды становится равной действующей силы тяжести: Fсопр = F. Приравняем обе части: