3539

Разработка и исследование нефтегазового сепаратора с перфорированным коллектором для ввода газа-носителя. Магистерская работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

ID: 171643
Дата закачки: 13 Июля 2016
Продавец: leha.nakonechnyy.92@mail.ru (Напишите, если есть вопросы)
    Посмотреть другие работы этого продавца

Тип работы: Диссертация и связанное с ней
Форматы файлов: AutoCAD (DWG/DXF), КОМПАС, Microsoft Word
Сдано в учебном заведении: ИНиГ

Описание:

Общая характеристика работы
Для повышения качества разделения газожидкостной смеси необходимо совершенствование процесса дегазации и схем систем подготовки нефти, разработка новых способов, устройств и технологических линий дегазации.
Для повышения качества управления дегазацией нефти необходимо подробное математическое описание сепарационных устройств как объектов управления. Поэтому исследования в данной области являются актуальными.

Цели диссертационной работы
В связи с актуальностью проблемы ставится цель - повышение качества дегазации нефти при ее подготовке на основе совершенствования процесса дегазации нефти за счет применения процесса барботажа.
Задачи исследования
С учетом этого анализа и поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить современное состояние проблемы и перспектив совершенствования промысловых нефтегазовых сепараторов;
2. Провести анализ и исследование эффективности дегазации нефти в сепарационных установках подготовки нефти;
3. Моделирование и математическое описание процесса дегазации нефти в нефтегазовом сепараторе с перфорированным коллектором для ввода рабочего газа-носителя;
4. Провести экспериментальные исследования акклюдетации пузырьков газа в сепараторе с перфорированным коллектором.


Методы исследования
При решении поставленных задач использованы следующие методы исследования: методы теории гидромеханики, теория массобмена газожидкостной смеси, теория дифференциальных уравнений, преобразование Лапласа, теория автоматического управления.
Научная новизна
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Разработан способ дегазации нефти - барботаж;
2.Разработана математическая модель сепарационной установки с барботажем для ввода газа-носителя;
3. Экспериментально определена эффективность процесса барботажа.
Практическая ценность
Практическая ценность результатов работы:
1. Разработаны принципиальные схемы сепарации нефти;
2. Разработаны устройства для дегазации нефти с использованием процесса барботажа;
3. Получен Роспатент для оценки эффективности барботажа.
Практическое использование:
Результаты диссертационной работы рекомендуется использовать в учебном процессе Астраханского государственного технического университета (АГТУ), кафедры «Машины и оборудования нефтяных и газовых промыслов», дисциплины «Техника и технология добычи и подготовки нефти и газа».
Личный вклад автора
В диссертации изложены результаты исследований, выполненных лично автором: разработана математическая модель, лабораторная установка для проведения и исследования процесса барботажа. Проведены экспериментальные исследования на лабораторной установке; на модельной жидкости (воде) и модельном газе (воздухе); обработка, анализ и обобщение результатов.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы представлялись и докладывались: на ежегодных научно-технических конференциях АГТУ. Опубликована статья «Нефтегазовая сепарационная установка» в сборник научных статей студентов и молодых ученых «НАУКА: ПОИСК – 2010», участвовала в конкурсе научных статей «Золотой резерв нефтегаза». На научную новизну и устройство нефтегазовой сепарационной установки получен патент на полезную модель.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 47 наименований, приложений, изложенных на 95 страницах машинописного текста, в том числе 24 рисунков и 5 таблиц.
Устройство относится к нефтяной промышленности, в частности к дегазации нефти в сепараторах.
Технический результат – повышение эффективности сепарации нефти за счет подачи рабочего газа через перфорированные трубы под слой нефти.
Он достигается тем, что устройство имеет перфорированные трубы, выполненные из спечённых металлических шариков, расположенные горизонтально под слоем нефти и образующие циркуляционный контур с компрессором, ёмкостью и газосборником. Пузырьки рабочего газа при подъёме поглощают более мелкие пузырьки растворённого газа и выносят их на поверхность нефти.
Пример конкретного осуществления устройства.
Предлагаемое устройство изображено на рисунке 1.4.1
Устройство содержит компрессор (1), ёмкость с нефтью (2),
перфорированные трубы (3) и газосборник (4), образующие
циркуляционный контур.
Устройство работает следующим образом (Рисунок 1.4.1). Рабочий газ из компрессора (1) подаётся в ёмкость с нефтью (2) через перфорированные трубы (3). Образующиеся пузырьки рабочего газа за счёт подъёмной силы всплывают в толще нефти. При их подъёме вблизи растворённого пузырька газа в тонком слое нефти, разделяющем пузырьки, давление падает и возникает сила, двигающая маленький пузырёк к большому (Рисунок 1.4.2).
Происходит «слипание» пузырьков, при котором их разделяет стенка толщиной в молекулу нефти. Поскольку давление в газовом пузырьке обратно пропорционально радиусу, меньший пузырёк поглощается большим. Таким образом, происходит сепарация нефти от растворённого газа. Отсепарированный газ собирается в накопительном газосборнике (4), из которого поступает в компрессор и в сеть.
За счет организованной подачи пузырьков рабочего газа под слой нефти происходит сепарация нефти.
Устройство позволяет повысить эффективность сепарации нефти за счет подачи рабочего газа через перфорированные трубы под слой нефти.
 В условиях быстрого развития нефтяной и нефтехимической промыш¬ленности страны одной из актуальных проблем является совершенствование систем промыслового сбора и подготовки нефти, газа и воды и особенно улучшение качества сепарации нефти [4,5,7,8,11]. Повышение технико- экономических показателей систем сбора и подготовки нефти, включая ее де¬газацию, возможно в настоящее время за счет упрощения технологических схем сбора и подготовки нефти, газа и воды, унификации и совершенствова¬ния оборудования и аппаратуры и комплексной автоматизации.
Современное состояние процессов сепарации нефти ха¬рактеризуется тем, что фактически неэффективно производится полное отделение попутного газа от нефти из за несовершенства сепарационных устройств.
В результате этого происходят некачественная сепарация нефти, значительные потери легких фракций нефти, загазован¬ность территории товарного парка и возникновение условий пожарной опас¬ности. В этих случаях производится дополнительная дегазация нефти на неф-теперерабатывающих заводах, что приводит к дополнительным затратам.
Системы автоматического управления дегазацией нефти работают не-удовлетворительно в основном потому, что отсутствует математическое опи¬сание сепарационных установок как объектов автоматического управления.
На основании выше изложенного анализа современного состояния сепарации нефти ставится основная цель данной работы - повышение качества дегазации нефти при ее подготовке на основе применения процесса барботажа.
Для достижения поставленной цели ставятся следующие задачи:
1. Изучить современное состояние проблемы и перспектив совершенствования промысловых нефтегазовых сепараторов;
2. Провести анализ и исследование эффективности дегазации нефти в сепарационных установках подготовки нефти;
3. Моделирование и математическое описание процесса дегазации нефти в нефтегазовом сепараторе с перфорированным коллектором для ввода рабочего газа-носителя;
4. Провести экспериментальные исследования акклюдетации пузырьков газа в сепараторе с перфорированным коллектором.
При сравнении способов дегазации использовалась нефтегазовая смесь с одинаковыми реологическими и техническими параметрами, включая объ¬емный расход нефти, газосодержание, перепад давлений, плотность нефти и газа, температура и вязкость нефти. Сравнение производится с учетом конст¬рукций устройств, которые реализуют данные способы, при этом использо¬валось по одному устройству: сепаратор, устройство для барботажа.
В результате сравнения способов дегазации нефти с использованием сепарации, барботажа и динамической дегазации установлены параметры, для которых необходимы системы автоматического управления. Кроме этого расчетами установлено, что при использовании барботажа нефти выход газа увеличивается по сравнению с классической сепарацией в 1,5 раза.
Из этого следу¬ет, что разработанный способ существенно повы¬шает качество дегазации нефти.
На основе способа барботажа нефти был разработан нефтегазовый сепаратор. На нефтегазовый сепаратор получен патент на полезную модель.



Комментарии: Моделирование процесса сепарации нефти в нефтегазовом сепараторе с перфорированным коллектором для ввода рабочего газа-носителя

3.1 Постановка задачи и выбор вида моделирования

Рассматривается взаимодействие нескольких газовых пузырьков, радиально пульсирующих под действием переменного давления окружающей жидкости. Сила тяжести не учитывается. В результате взаимодействия пузырьки могут перемещаться в пространстве, испытывать малые соосные осесимметричные деформации. Перемещения пузырьков происходят вдоль оси симметрии деформаций пузырьков, так что данная ось является также и осью симметрии задачи.
Без учета эффектов вязкости и сжимаемости уравнения динамики жидкости (уравнение неразрывности и интеграл Коши-Лагранжа) в терминах
потенциала скорости Ф можно записать следующим образом
Для случая равенства этих сил, при котором пузырёк начинает двигаться вверх со скоростью, например, v = 0, 1· 10 м/с, плотности нефти, равной ρ = 800 кг/м , динамической вязкости η = 0,0212 , радиус пузырька r = 0,0348 мм. Растворённый газ имеет меньшие размеры и не может выйти на поверхность самостоятельно, поскольку объём пузырька растворённого газа недостаточен для создания подъёмной силы, превышающей силу трения, поэтому для дегазации необходимо создавать условия. Во-первых, это – повышение температуры нефти, требующее значительных затрат тепловой энергии. Во-вторых, пропускание через нефть более крупных пузырьков рабочего газа. Это тот же нефтяной газ, подаваемый через перфорированные трубы, например, из спечённых металлических шариков. При этом давление рабочего газа должно незначительно превышать сумму давлений газа в сепараторе и гидростатического давления слоя нефти на уровне перфорированных труб. Давление должно быть достаточным для выхода пузырьков газа из нефти без вспенивания, т.е. только для дегазации, но не выноса вспененной нефти.
Эффект прилипания пузырьков газа друг к другу возникает при движении большого пузырька рабочего газа вверх и прохождении его вблизи маленького пузырька растворенного газа (рисунок 3.2.).
Взаимодействие пузырьков, приводящее к их столкновению и последующему слиянию, обусловлено, с одной стороны, разностью скоростей их движения относительно жидкости за счет разных размеров, а с другой стороны молекулярными силами взаимодействия между пузырьками. За счёт разности в скоростях происходит сближение пузырьков на относительно больших (по сравнению с радиусами пузырьков) расстояниях. На малых расстояниях сближению пузырьков способствуют молекулярные силы притяжения (силы Ван-дер-Ваальса). Кроме того на малых расстояниях возникают силы сопротивление вязкой жидкости при вытеснении тонкого слоя, разделяющего сближающиеся пузырьки. На основании процесса барботажа разработана математическая модель процесса акклюдетации растворенных пузырьков газа и выбран вид моделирования процесса. Разработана схема моделирования процесса сепарации нефти и дальнейшее обобщение полученных зависимостей уравнений. На основании расчета процесса барботажа получен коэффициент барботирования , зависящий от радиуса газа носителя и количества пропускаемых пузырей газа через слой жидкости.
Целью экспериментальных исследований является подтверждение ос-новных теоретических положений и конструкторских разработок барботажа нефти с использованием нефтегазовой сепарационной установкой, на кото¬рую получен патент на полезную модель.
К основным задачам экспериментальных исследований относятся:
- подтверждение процесса барботажа нефти за счет акклюдетации мелких пузырьков газа более крупными пузырькам рабочего газа носителя;
- определение времени барботажа на выход газа из жидкости;
- определение газосодержания жидкости до барботажа и после, а также влияние изменения расхода газа при барботаже;
- оценка эффективности устройства для барботаже жидкости.
Для достижения поставленной цели экспериментальных исследований и решения задач ниже рассматриваются устройство разработанной экспери¬ментальной установки и методика проведения экспериментальных исследо¬ваний, обработки полученных данных и оценки погрешности, результатов экспериментальных исследований. В качестве модели жидкости используется вода, в качестве газа носителя – воздух.

4.2. Установка для проведения экспериментальных исследований
Экспериментальная установка разработана на основе теоретических положений по барботажу нефти и запатентованного нефтегазового сепаратора. На рисунке 4.2.1 представлена экспериментальная лабораторная установка. Установка для барботажа содержит емкость 1, компрессор 2, регулирующий кран 3, счетчики газа 4, обратный клапан 5. Внутри, в нижней части емкости находится барботер газа.
Работа барботажной установки осуществляется следующим образом.
 Рабочий газ компрессором 2 подается через счетчик газа 4 регулирующий кран 3 в емкость 1. Газ в жидкость подается через сопла из прессованных металлических шариков диаметром . Расход газа изменяется краном 3. Отсепарированный в емкости газ поступает в верхнюю часть и поступает на счетчик газа. Для визуального наблюдения за процессом сепаратор снабжен смотровыми окнами. Счетчики газа предназначены для измерения количества газа пошедшего в сепаратор и измерении газа, который отделился. Эффективность работы установки определяется качеством отсепарированной жидкости, т.е. количеством газа, который измеряется счетчиком на выходе из емкости. Разность количества газа пошедшего на сепарацию и отделившегося от нефти есть коэффициент сепарации. Для лучшего наблюдения процесса барботажа, на задней стороне емкости смонтирована подсветка белого света.
Общий вид экспериментальной установки приведен на рисунке 4.2.1. На рисунке 4.2.2 представлено фото экспериментальной установки, а на ри¬сунке 4.2.3 представлен барботер газа. На рисунке 4.2.4 представлен счетчик газа «Бетар».
В диссертационной работе проведена характеристика схем систем сбора и подготовки нефти и газа, рассмотрены основные методы и устройства сепарации добываемой со скважин нефти. В результате анализа сделан вывод, что существующие сепарационные устройства полностью не удовлетворяют требованиям качества разделения нефти от газа.
Теоретически обосновано и разработано математическое описание барботажа жидкости. В результате проведенных теоретических исследований по математиче¬ским моделям установлены оптимальные соотношения технологических па¬раметров барботажной установки. Из проведенных расчетов и анализа определено, что сепарация как способ дегазации жидкости значительно уступает способу барботажа, при котором выход газа увеличивается 2,5 раза.
Разработана конструкция малогабаритной барботажной установки, обеспечивающая дегазацию жидкости, на которую получен патент. Проведенные экспериментальные исследования дегазации жидкости под воздействием барботажа, показали увеличе¬ние выхода газа из воды в 2 раза.
Коэффициент сепарации равен 99,8%, который в значительной степени
зависит от уноса капельной жидкости и интенсивности барботажа.
Результаты диссертационной работы представлялись на ежегодных конференциях, опубликовывались в научных статьях.
Результаты исследования рекомендуются к использованию в учебном процессе Астраханского государственного технического университета (АГТУ), кафедры «Машины и оборудования нефтяных и газовых промыслов», дисциплины «Техника и технология добычи и подготовки нефти и газа».

Размер файла: 23,7 Мбайт
Фаил: (.rar)

Скачать

Добавить в корзину

Занесено в корзину

        Коментариев: 0

Есть вопросы? Посмотри часто задаваемые вопросы и ответы на них.
Опять не то? Мы можем помочь сделать!

Некоторые похожие работы:

К сожалению, точных предложений нет. Рекомендуем воспользоваться поиском по базе.