ТРАНСПОРТ И ПОДГОТОВКА НЕФТИ
УДК 622.276.8 © В.С. Диденко, А.В. Николаев, 2015
Повышение технологической эффективности распределительной системы подачи обводненной нефти в сырьевой резервуар
В.С. Диденко, к.т.н., А.В. Николаев
(ОАО «Гипровостокнефть»)
Адреса для связи: Vladimir.Didenko@giprovostokneft.ru, Aleksandr.Nikolaev@giprovostokneft.ru
Ключевые слова: резервуар, обводненная нефть, качество подготовки нефти, равномерное распределение жидкости, распределительная система, геометрическая схема, методика расчета.
В системах сбора, подготовки и транспорта нефти для предварительного сброса пластовой воды в большом объеме применяются горизонтальные и вертикальные резервуары. От эффективности сброса пластовой воды до требуемого уровня существенно зависят обеспечение качества товарной нефти, подготовки пластовой воды, технологические потери легких углеводородов, число единиц используемого оборудования, энергетические затраты на подготовку продукции скважин. Промывные резервуары вертикального типа имеют большое распространение в мировой нефтепромысловой практике [1] для работы с продукцией скважин месторождений тяжелых нефтей.
Эффективность предварительного сброса пластовой воды во многом зависит от правильности ввода жидкости в горизонтальный или вертикальный резервуар. Промысловый опыт их эксплуатации показывает, что технические средства и технологии ввода водонефтя-ной смеси не соответствуют требованиям равномерного распределения жидкости по горизонтальному сечению резервуара. Особенно это проявляется при применении резервуара в качестве аппарата для предварительного сброса пластовой воды с использованием «холодной» промывки эмульсии через водяную подушку. В данном случае резервуар должен оборудоваться специальным распределительным устройством, обеспечивающим равномерность подъема эмульсии по всему его сечению.
Используемые в промысловых резервуарах распределительные устройства обычно состоят из раздающего коллектора, к которому присоединены лучи-отводы для выхода жидкости. В практике существуют различные геометрические схемы расположения лучей-отво-
Process efficiency improvement for distribution system of water-cut oil feed to the crude tank
V.S. Didenko, A.V. Nikolaev (Giprovostokneft OJSC, RF, Samara)
E-mail: Vladimir.Didenko@giprovostokneft.ru, Aleksandr.Nlkolaev@glprovostokneft.ru
Key words: tank, water-cut oil, oil treatment quality, liquids equal apportionment, distribution system, geometric scheme, calculations procedure.
Horizontal and vertical tanks are widely used at oil industry upstream process facilities; they act as vessels for produced water pre-separation or for emulsion «cool» wash through water cushion; at that, vertical wash tanks are widely demanded to handle wellstream at heavy oil fields. Efficiency of tank functioning depends on correct inlet of liquid in the tank, however, as field experience demonstrates, equipment and technology of oil/water mix feed does not meet requirements for liquids' equal apportionment over tank section. Intended to resolve this problem, distribution systems have several configurations; however, none of them completely resolves the problem of specific process load's noticeable inhomogeneity over tank section. Based on the said Giprovostokneft has set the task to develop calculation procedure for hydraulic and structural parameters of distribution system elements to feed liquid in the tank and to develop the most efficient geometric scheme of the distribution system. Results are presented in the article.
дов. По одной из них последние крепятся по длине коллектора, проложенного через резервуар. При этом расход жидкости через отверстие снижается как по длине коллектора в зависимости от удаленности луча-отвода от начала коллектора, так и по длине луча-отвода, что обусловливает существенную неравномерность удельной технологической нагрузки по сечению резервуара.
С целью создания равномерного распределения эмульсии по площади резервуара и эффективного ее разрушения в лучах-отводах должна осуществляться непрерывная раздача жидкости с одинаковым расходом через каждое отверстие по всей длине участка. Для этого размеры отверстий должны выполняться с постоянным увеличением их площади по длине луча-отвода. Таким же образом должен функционировать распределительный коллектор, подавая одинаковое количество жидкости в каждый луч-отвод. Для определения размеров отверстий в распределительной системе ввода жидкости в резервуар авторами выполнен анализ, в результате которого получены математические и графические зависимости. Аналогичная постановка задачи представлена в работе [2], хотя при этом были получены другие аналитическое и конструктивное решения.
В коллекторе и лучах-отводах с непрерывной раздачей расход жидкости по мере удаления от начала участка будет постепенно и равномерно уменьшаться в связи с раздачей эмульсии в каждой точке пути. Расход жидкости в начале участка определяется по формуле
q = Q/n, (1)
где Q - общий расход жидкости в подводящем трубопроводе, м3/с; n - число лучей-отводов.
Для получения аналитического выражения потерь напора при непрерывном расходе эмульсии по пути рассмотрим сечение N взятое на произвольном расстоянии х от начала участка АВ. Расход qN будет меньше расхода q в начале участка на величину расхода, уже распределенного по пути х,
9м — 9 -— \(Ь" х)'
(2)
где L - длина луча-отвода (участка АВ), м. Таким образом, в сечении N расход достаточен для раздачи на остающемся до конца участка пути (Ь-х) по той же равномерной норме q/L. Потери напора на преодоление сопротивления движению по длине трубы рассчитываются по формуле Дарси - Вейсбаха, в соответствии с которой пьезометрический уклон в сечении N определяется из уравнения
гм
Xм ^ ™2м _ Xм ■ 169м
Б 2g 2g-л2 ■ Б5 • 8д2(1 - х )2
g-л2-Б5 ■ Ь2
(3)
где - коэффициент гидравлического сопротивления в сечении N D - диаметр трубы, м; wN - скорость течения жидкости в сечении N м/с; g - ускорение свободного падения, м/с2.
Если течение в трубе ламинарное, то коэффициент гидравлического сопротивления в сечении N рассчитывается из выражения
'
м
64
64у 16 луб 16лубь
Щ-Б
9м 9(Ь - х У
(4)
где ReN - число Рейнольдса в сечении N V - кинематическая вязкость жидкости, м2/с.
Используя формулы (3) и (4), получим
128у-9 Ь - х Ь - х
гм &Г ~Г=с-—•
(5)
где С = 128vq/яgD4.
При этом снижение напора вдоль бесконечно малого элемента пути dх
йИ — iмdx — с- (Ь - х )йх.
(6)
Интегрируя выражение (6) в пределах всей длины участка АВ, т.е. от х = 0 до х = Ь, получим потери напора на всем участке с непрерывной раздачей эмульсии
ИАВ — С1(Ь - х)йх — — -. - о лg Б4
(7)
В соответствии с формулой Лейбензона потери напора на трение для ламинарного потока
Игр —
128^у^-Ь лg Б4 .
(8)
Сравнивая правые части формул (7) и (8), видим, что при непрерывной раздаче жидкости по пути требуется напор в 2 раза меньший, чем при транзитной подаче, когда «путевой» расход жидкости отсутствует.
Рис. 1. Распределение напора жидкости вдоль луча-отвода (а) и коллектора (б) при равномерном отборе
Интегрирование выражения (6) при верхнем пределе, равном некоторому расстоянию 1 (например, 0,25Ь, 0,50Ь, 0,75Ь), дает потерю напора h (соответственно Н1, Н2, Н3). Полученное уравнение использовано для построения пьезометрической линии по точкам, взятым на разных расстояниях 1 от начала участка. При решении уравнения в выбранных пределах
7 12 15
Н, — — СЬ, Н2 —— СЬ, Н3 —— сь.
1 32 2 32 3 32
В соответствии с
выражением (7) ИАВ — ^СЬ.
По полученным зависимостям может быть построен график распределения напора жидкости вдоль трубы при равномерном отборе. На рис. 1, а приведена зависимость снижения напора для расчетных величин Н0, Н1, Н2, Н3, НАВ, соответствующих 1 = 0; 1 = 0,25Ь; 1 = 0,5Ь; 1 = 0,75Ь и 1 = Ь. По построенной зависимости можно определить напор в каждом сечении трубы с непрерывной раздачей жидкости.
При истечении жидкости через отверстия, выполненные по длине трубы, напор в точке размещения отверстия будет расходоваться на преодоление местного сопротивления, зависящего от формы отверстия и шероховатости. Формулу для определения потерь напора в зависимости от местного сопротивления обычно представляют в долях скоростного напора в трубе. Поскольку форму всех отверстий и их шероховатость можно принять одинаковыми, для всех отверстий коэффициент местного сопротивления будет постоянным. Согласно начальному условию расход в любой точке трубы через отверстие составляет также одинаковую величину qо. Таким образом, скорость истечения жидкости через отверстие может быть представлена в виде
^о — 4?0/ лй2,
где do - диаметр отверстия.
'
104 05'2015
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Следовательно, потери напора в зависимости от местного сопротивления можно определить по формуле
h
ж2 g■d4' из которой получим
(10)
do = 4
Ч8■ q2o _ M
К -g
(11)
где § - коэффициент местного сопротивления; М = (8-^2,)/(л:2,1') - постоянная величина.
С учетом формулы (11) можно выразить размер отверстия через площадь
ж
" 4 -
--M
где M' = q°-.Щ1
(12)
постоянная величина для от-
верстий одинаковых формы и шероховатости.
По формуле (12) подстановкой значений км можно определить площадь отверстия любой формы в любом выбранном сечении трубы с одинаковым расходом жидкости через отверстие. Поэтапно площадь отверстий определяют по следующей методике.
Первоначально задается суммарная площадь отверстий расположенных по длине трубы. Ее оптимальная величина принимается равной площади сечения трубы или близкой к ней. Суммарная площадь отверстий распределяется на задаваемое число отверстий пропорционально V 1/ймг-. При этом полный перепад давлений или давление в начале трубы можно принять за единицу (100 %). Размеры отверстий определяются по их площадям в зависимости от формы отверстий. Наиболее приемлемой формой отверстий для распределительных систем сырьевых резервуаров является щеле-видная с постоянной высотой и переменной длиной. Тогда Sо = аЬ (а, Ь - соответственно высота и длина отверстия). Такая форма отверстий при незначительных раз
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.