LABORATORY MODELING OF THE OIL SEPARATION PROCESS BY THE METHOD OF BLOWING IN VERTICAL SEPARATOR
Rubrics: ENGINEERING AND NATURAL SCIENCES
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
Type:
Article
Pages:
from 18
to 22
Status:
Published
Received:
10.04.2014
Accepted:
15.04.2014
Published:
15.04.2014
Subject area:
UDK 622.323
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
Language:
Russian
Keywords:
separation, field preparation, laboratory installation, oil and gas separator, mass-transfer
Abstract (English):
The technological scheme of the process of countercurrent oil blowing is presented. The proposed construction of corrugated mass-transfer packing and its close analogue is described. The basis of the principle of the packing operation is that small bubbles of gas dissolved in the oil are entrained with blowing gas supplied to the apparatus. The technological scheme of the laboratory unit consisting of two blocks is described. The first unit is designed for the mixing of gas and liquid. The main objective of the second one is the separation of gas. After each of the blocks, a sampling point is fixed. The sequence of experiments is described, their results and analysis are given.
The technological scheme of the process of countercurrent oil blowing is presented. The proposed construction of corrugated mass-transfer packing and its close analogue is described. The basis of the principle of the packing operation is that small bubbles of gas dissolved in the oil are entrained with blowing gas supplied to the apparatus. The technological scheme of the laboratory unit consisting of two blocks is described. The first unit is designed for the mixing of gas and liquid. The main objective of the second one is the separation of gas. After each of the blocks, a sampling point is fixed. The sequence of experiments is described, their results and analysis are given.
Keywords:
separation, field preparation, laboratory installation, oil and gas separator, mass-transfer
separation, field preparation, laboratory installation, oil and gas separator, mass-transfer
Введение Нефть, добываемая на промыслах, содержит в себе растворенный газ. Перекачивать и хранить ее в таком виде нецелесообразно, поэтому газ отделяют. Аппараты, в которых проходит этот процесс, называются нефтегазовыми сепараторами. Применяются в основном горизонтальные аппараты. Принцип их работы основан на объединении газовых пузырьков в толще жидкости и подъеме на поверхность. Основные недостатки горизонтальных сепараторов, применяемых на промыслах, - малая зона пленочного разгазирования, затрудненное выделение газа из секции сбора, а также осложненное удаление твердых частиц из аппарата. Вертикальные сепараторы лишены этих недостатков, и, кроме того, они обладают следующими преимуществами: малая площадь, необходимая для монтажа на технологической площадке, гашение сепаратором колебаний жидкости при ее неравномерном поступлении, возможность оборудования сепаратора специальными устройствами для снижения уноса капельной жидкости газом и повышения качества сепарации нефти [1]. Анализ источников и опыт эксплуатации сепараторов показывают, что в среднем в нефти остается до 3 -4 % попутного газа. Оставшийся в нефти газ уносит с собой некоторое количество «ценных» легких углеводородов. Такие потери, по разным данным, составляют от 2 до 5 % общей добычи нефти. По этой причине все еще актуален поиск новых способов отделения газа [2, 3]. Целью исследований являлось экспериментальное моделирование процесса сепарации нефти в контактной насадке. Задачи - разработка лабораторной установки, проведение экспериментов и анализ полученных данных. В последнее время появилась технология сепарации нефти при помощи противоточного пропускания нефти и газа в каналах контактной насадки, представляющая собой пакет гофрированных пластин. Процесс подготовки нефти получил название «отдувка». В настоящее время созданы и эксплуатируются аппараты, предназначенные для отдувки от товарной нефти остатков попутного газа и сероводорода [1, 4]. Типовая схема этого процесса представлена на рис. 1. Отдувка (в емкости V1) осуществляется перед отправкой нефти на хранение в резервуар (V1 здесь условно) при давлении близком к атмосферному. Газ для отдувки забирается с первой ступени сепарации. Анализ данных из [1, 3] позволяет сделать вывод, что соотношение расхода нефти и газа должно быть не менее 1 : 5 соответственно. Дальнейшее увеличение расхода газа приводит к уносу нефти продувочным газом. Рис. 1. Технологическая схема стабилизации нефти с применением вертикального аппарата Такого соотношения расхода газа и жидкости не всегда возможно достичь, например, на удаленном промысле. Это обусловлено конструкцией массообменной насадки, в связи с чем нами была предложена и экспериментально опробована более простая конструкция контактной насадки. На рис. 2 представлена конструкция пакета массообменной насадки, применяемой для отделения попутного газа и сероводорода. Рис. 2. Существующая конструкция массообменной насадки Такие насадки обладают развитой удельной поверхностью контакта фаз и невысоким гидравлическим сопротивлением. Течение жидкости имеет ламинарный характер, а взаимодействие с газом происходит в пленочном режиме, что исключает возможность пенообразования [1]. Газовые пузырьки, содержащиеся в нефти, соединяются в объеме пленки, стекающей по поверхности насадки, с пузырьками продувочного газа, образующимися за счет его противоточной подачи. Недостатки насадки - наличие вертикальных струн между гофрированными пластинами и, следовательно, относительная сложность ее изготовления. На рис. 3 представлен вариант насадки, опробованной экспериментально. Ее конструкция лишена недостатков ранее описанной насадки и имеет следующие преимущества: течение жидкости по наклонным плоскостям большей площади, наличие в изогнутых каналах насадки мест для скопления жидкости, простота изготовления за счет отсутствия вертикальных струн между пластинами. Рис. 3. Экспериментально опробованная насадка: 1 - гофрированные пластины; 2 - скопления жидкости Для экспериментальной проверки предлагаемой конструкции была построена лабораторная установка (рис. 4), при создании которой были учтены некоторые выводы, сделанные в [2, 5]. Рис. 4. Схема экспериментальной установки: 1 - сатуратор; 2 - камера сепаратора; 3, 4 - циркуляционный насос; 5, 6 - пробоотборная точка Установка включает в себя 2 контура - контур газонасыщения и контур разгазирования. Контур газонасыщения состоит из емкости сатуратора 1 для приготовления газонасыщенного раствора циркуляционного насоса 3 для непрерывного обращения жидкости через емкость 1. В этот контур подается также газ для смешивания с жидкостью, а качество получаемой смеси контролируется посредством отбора проб через пробоотборную точку 6. На выходном патрубке сатуратора установлена термопара для контроля температуры циркулирующей жидкости. Это важно потому, что при повышении температуры воды растворяемость в ней газов снижается (в летний период мы наблюдали повышение температуры жидкости до 35 °С). Контур сепарации состоит из емкости экспериментального сепаратора 2 с контактной насадкой и емкостью для сбора воды, циркуляционного вихревого насоса 4 для выкачивания жидкости в контур газонасыщения компрессора (рис. 4). Качество сепарации контролируется посредством отбора проб через пробоотборную точку 5. Установка работает следующим образом: жидкость циркулирует в контуре газонасыщения до полного насыщения рабочей жидкости газом при заданном давлении, затем открывается кран перед камерой сепаратора и жидкость поступает на дегазацию. Одновременно с подачей жидкости в камеру сепаратора осуществляется подача газа продувки в камеру. По мере накопления жидкости в нижней части камеры сепарации включается насос и начинается ее опорожнение. Это позволяет поддерживать уровень жидкости на одной отметке и осуществлять непрерывное газонасыщение и дегазацию. Эксперименты мы начали при соотношении расхода жидкости и газа 1 : 6 и постепенно уменьшали подачу газа. На рис. 5 приведена зависимость соотношения расхода жидкости и газа и остаточного содержания газа в пробах, отобранных после камеры сепарации. При снижении расхода газа (1 : 3 и менее) наблюдается повышение остаточного содержания газа в пробе. Рис. 5. Диаграмма зависимости соотношения расхода остаточного содержания газа При значении 1 : 3,5 наблюдается переход к приемлемому значению и с повышением расхода газа отдувки оно практически не меняется (это отчасти объясняется возможным несовершенством метода измерения остаточного содержания газа). Заключение Таким образом, первичные экспериментальные данные показали эффективность предлагаемой насадки. Приемлемое значение остаточного количества газа в жидкости на выходе достигается при расходе 1 : 3,5 против 1 : 5, указанных в [1, 3] для насадок другого типа. С нашей точки зрения, возможно проведение экспериментов с применением углекислоты в качестве газа насыщения и воздуха для отдувки.
1. Persiyancev M. N. Sovershenstvovanie processov separacii nefti ot gaza v promyslovyh usloviyah / M. N. Persiyancev. M.: Nedra-Biznescentr, 1999. 365 s.
2. Vyazovoy Yu. S. Processy, prohodyaschie pri otduvke v neftegazovyh separatorah / Yu. S. Vyazovoy, V. I. Gulevich // Vestn. Astrahan. gos. tehn. un-ta. 2012. № 1 (53). S. 27-30.
3. Stewart M. Gas-Liquid and Liquid, Liquid separators / M. Stewart, K. Arnold. Burlington, USA: Gulf Professional Publishing, 2008. 226 p.
4. Sahabutdinov R. Z. Tehnologii ochistki nefti ot serovodoroda / R. Z. Sahabutdinov, A. N. Shatalov, R. M. Garifullin, D. D. Shipilov, R. R. Muhametgaliev // Neftyanoe hozyaystvo. 2008. № S. 82-85.
5. Sinayskiy E. G. Separaciya mnogofaznyh mnogokomponentnyh sistem / E. G. Sinayskiy, E. Ya. Lyapina, Yu. V. Zaycev. M.: OOO «Nedra-Biznescentr», 2002. 621 s.
