Г. А. Кирилов, В. М. Кудрявцев, Н. С. Чирков. К вопросу расчета

Г. А. Кирилов, В. М. Кудрявцев, Н. С. Чирков. К вопросу расчета газонефтяных
сепараторов. М., "Недра" 1958. страница 130
К ВОПРОСУ РАСЧЕТА ГАЗОНЕФТЯНЫХ СЕПАРАТОРОВ
В современных системах сбора, транспорта, подготовки нефти и газа сепараторы
применяются практически во всех технологических звеньях, начиная от скважин до пунктов
сдачи товарной нефти и газа.
Разнообразие технологических процессов, влияние на сам процесс сепарации
многочисленных факторов, таких как физико-химические свойства нефти и газа, газовые
факторы, условия сбора и транспорта продукции скважин и др., обусловили чрезвычайное
многообразие сепараторов, как по типоразмерам, так и по конструктивному исполнению.
Независимо от конструктивного исполнения, сепараторы должны обеспечивать разделение
газовой фазы от жидкой, необходимую степень очистки газовой фазы от капельной влаги,
максимальное извлечение из нефти газовой фазы (проведение процесса в условиях, близких к
равновесным между нефтью и газом), разрушение пены, поступающей в сепаратор, и создание
условий, уменьшающих пенообразование в самом сепараторе, необходимый гидрозатвор,
обеспечивающий
предотвращающий
нормальную
попадание
эксплуатацию
свободного
в
газа
условиях
в
пульсирующих
нефтесборные
потоков
коллекторы.
и
Анализ
перечисленных требований показывает, что их выполнение находится в прямой зависимости от
двух параметров - производительности сепаратора по газу и по нефти. При выборе сепараторов
для конкретных условий эксплуатации и при конструировании новых аппаратов знание этих
параметров является необходимым.
Однако даже наличие этих параметров приводит к трудностям при конструировании и
выборе сепараторов для определенных условий, так как отсутствуют единые методические
основы расчета отдельных элементов и сепараторов в целом.
Ниже приводится методика расчета конструктивных элементов сепараторов различной
конструкции и назначения.
Методика предусматривает решение двух типов задач.
1. По известным: производительности по нефти и газу, физико-химическим свойствам
нефти и газа, требуемому качеству сепарации определить тип и конструктивные
параметры сепаратора.
2. При известных конструкции и размерах сепаратора, а также физико-химических
свойствах нефти и газа и требуемом качестве сепарации определить
производительность сепаратора по нефти и газу.
В основу расчетов емкостей сепараторов с учетом производительности по газу положены
эмпирические формулы.
Для сепараторов без отбойных насадок:
Vg  8.64 10 4 W1 Sg
P T0 Z 0
P0 T Z
(1)
Где W1 – допустимая скорость газа в сепараторе, м/с
W1  vg
н  г
г
Для сепараторов с отбойными насадками
Vg  8.64 10 4 W1    Sg
P T0 Z 0
P0 T Z
где W2 – допустимая скорость газа в отбойной насадке, м/с
      
W2  Б  н н 2 г 
г


0 , 25
Необходимое качество сепарации – удельный унос жидкости для сепараторов без отбойных
насадок принимается по табл. 1 при различных значениях коэффициента vr или определяется по
формуле
e
Gн
BV г  0
(3)
Унос жидкости вместе с газом
q y  Vг  0 e
(4)
Необходимое качество сепарации для сепараторов с отбойными насадками принимается
по табл. 2, а унос жидкости с газом определится по уравнению (4).
Таблица 1
Тип газосепаратора
Степень
Удельный унос
Гравитационный
Гравитационный
сепарации газа
жидкости, кг/кг
вертикальный
горизонтальный
v,г
v,г
Безразмерный
коэффициент,
учитывающий
удельный унос
жидкости В
Четкая
<20010-5
0.03
0.075
500
Средняя
50010-5
0.047
0.117
200
Грубая
>100010-5
0.061
0.15
100
Для определения диаметра газосепаратора (площади поперечного сечения отбойной
насадки) уравнения (1) и (2) решаются относительно Sr площади поперечного сечения.
Для ускорения расчета газонефтяных сепараторов по газу можно попользовать
номограммы.
Номограмма (рис. 1) построена на основании формулы (1).
Таблица 2
510-5
110-5
1010-5
2010-5
510-5
насадки
6010-5
, м2/м2
Вертикальное
10010-5
отбойной
тальное
Тип
Горизон
Расположение отбойной насадки
Жалюзийная
0,9
0,1
0,19
0,18
0,16
0,15
0,14
0,13
Сетчатая
0,98
0,1
0,19
0,18
0,16
0,15
0,14
0,13
Уголковая
0,3
0,1
–
–
0,5
0,41
0,32
–
Значение коэффициента Б
Рис 1 Производительность газонефтяного сепаратора без отбойной насадки
по газу
Производительность на основном поле номограммы определена при отношении длины
горизонтального газосепаратора к диаметру 3:1, температуре 20С. коэффициенте
сжимаемости I, плотности нефти 840 кг/м3, плотности газа 1,1 кг/м3, коэффициенте скорости
0,117 м/с.
Решение задачи 1 - нахождение диаметра (площади поперечного сечения) производится с
вспомогательного поля (удельный унос жидкости, коэффициент скорости) снизу вверх с
исходного значения производительности по газу и удельного уноса жидкости.
Последовательность движения по вспомогательным полям номограммы – от исходного
значения параметра к значению параметра, по которому построено основное поле
номограммы, обозначенного на вспомогательном поле жирной линией.
Перечень основных обозначений
Индексы: г — газовая фаза, н — нефтяная фаза.
Обозначения: Vг, Vн - производительность по газу и нефти, нм3/сут и м3/сут; Сн—
производительность по нефти, кг/сут; г, н - плотность газа и нефти в рабочих условиях, кг/м3; н –
поверхностное натяжение на границе нефть – газ, дин/см; 0— плотность газа при нормальных
условиях, кг/нм3; P0 – абсолютное атмосферное давление, кгс/см2; P - абсолютное авление
сепарации, кгс/см2; T0 – абсолютная стандартная температура; °К; Т—абсолютная температура
сепарации K; Z0, Z – коэффициент сжимаемости газа в стандартных и рабочих условиях; v, Б—
постоянный коэффициент, зависящий от необходимой степени очистки газа в сепараторах без
отбойных и с отбойными насадками, м/с; q – содержание нефти в общем потоке
газонефтяной смеси, % (мас); e – удельный унос жидкости, кг/кг; qy – унос жидкости вместе с
газом, кг/сут; qн – удельная нагрузка по нефти, м3сут/м3 объема жидкости;  - живое сечение
отбойной насадки, м2/м2; Sг—площадь поперечного сечения газосепаратора или отбойной
насадки, м2; v - объем жидкости в сепараторе, м3; W - скорость газа, м/с; н - динамическая
вязкость нефти, кгс/м2; Ф - рабочий газовый фактор, нм3/м3.