авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Повышение эффективности процесса обессоливания нефти

-- [ Страница 1 ] --

УДК 665.622.4

На правах рукописи

ЖОЛОБОВА ГАЛИНА НИКОЛАЕВНА

повышениЕ эффективности ПРОЦЕССА обессоливания нефти

Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2010

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии
«Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»)
и Государственном образовательном учреждении высшего
профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» (ГОУ ВПО «УГНТУ»).

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Галиакбаров Виль Файзулович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Нугаев Раис Янфурович
кандидат технических наук Шайдуллин Фидус Динисламович
Ведущая организация ГАНУ «Институт нефтегазовых технологий и новых материалов»

Защита диссертации состоится 17 декабря 2010 г. в 1230 часов
на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном
унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов»
по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 17 ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В настоящее время проблема повышения эффективности обессоливания нефти является актуальной по многим причинам.

Во-первых, многие нефтяных месторождений находятся на завершающих стадиях эксплуатации. Особенности технологии добычи приводят к тому, что в процессе эксплуатации скважин значительно увеличивается обводненность добываемой нефти и содержание минеральных солей в пластовой воде.

Во-вторых, уменьшение содержания минеральных солей в сырой нефти увеличивает межремонтный пробег нефтедобывающего и нефтеперерабатывающего оборудования, что является весьма своевременным в условиях интенсификации производства.

В-третьих, рациональное использование промывной воды, сокращает объем сточных вод, следовательно сокращается нагрузка на окружающую среду, что особенно важно в связи переходом на более жесткие экологические стандарты.

Технологический процесс обессоливания предполагает смешение нефти с пресной промывной водой. Известно, что результат обессоливания зависит от того, насколько эффективно была введена промывная вода. Для осуществления интенсивного смешения и диспергирования воды необходимо применять специальные смесители. Если конструкция смесителя и технологический регламент его эксплуатации не обеспечивают достаточный уровень диспергации и смешения, то уменьшается взаимодействие минерализованной и пресной воды, в следствие чего соли плохо вымываются из нефти.

Таким образом, исследования связанные с совершенствованием устройств предварительной подготовки нефти перед обессоливанием своевременны и целесообразны.

Цель работы – повышение качества обессоливания нефти на основе совершенствования технических параметров и технологических режимов смесителей «нефть - вода».

Основные задачи исследований:

1. Анализ существующих способов смешения нефти с промывной водой и обоснование способов совершенствования смесителя «нефть - вода»;

2. Построение трехмерной гидродинамической модели работы смесителя с целью определения рациональных геометрических и гидродинамических параметров;

3. Определение критериев, характеризующих процесс работы устройства для смешения нефти и промывной воды;

4. Построение стохастической модели работы смесителя с целью выявление закономерностей влияния полученных параметров на качество обессоливания и определения рациональных технологических режимов работы;

5. Применение гидродинамической модели работы смесителя для подтверждения стохастической модели и полученных на ее основании технологических режимов работы.

Методы решения поставленных задач

Задачи исследования решались с применением теории моделирования, методов математической статистики и распознавания образов. Для исследований использовались статистические данные и информация, полученная с помощью стандартных средств и методов измерений в условиях промышленной эксплуатации смесителя. Построение трехмерной гидродинамической модели работы смесителя осуществлялось с помощью специализированного пакета FlowVision. Для построения стохастических моделей была разработана компьютерная программа на объектно-ориентированном языке программирования С++. В качестве среды разработки использовалась свободно распространяемая интегрированная среда разработки Qt Creator 1.3.1.

Научная новизна

1. Определены оптимальные технические характеристики устройства, обеспечивающие эффективное взаимодействие нефти с промывной водой;

2. Получены параметры модели процесса в виде безразмерных комплексов и симплексов, характеризующие процесс смешения нефти и воды в смесителе;

3. Разработан программный продукт, позволяющий получать стохастические модели с помощью последовательной процедуры Вальда;

4. В интервалах изменения управляемых параметров процесса обессоливания определены диапазоны значений, обеспечивающие высокое качество обессоливания.

На защиту выносятся:

- технические параметры смесителя, обеспечивающие интенсификацию вихревого турбулентного потока;

- формулировка безразмерных критериев, характеризующих взаимодействие потоков воды и нефти в смесителе;

- стохастическая модель, связывающая безразмерные критерии с результатом обессоливания;

- технологические режимы, позволяющие получать стабильно высокое качество обессоливания;

- результаты численного моделирования структуры потоков в смесителе.

Практическая ценность результатов работы

Показана возможность изучения сложных гидродинамических явлений в смесительных устройствах с помощью современных компьютерных технологий. Применение усовершенствованных технических параметров устройства и полученных технологических режимов работы смесителя на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ) показало, что степень обессоливания составляет от 60% до 85% в зависимости от состава исходного сырья (акт внедрения в приложении к диссертации). Создано программное обеспечение позволяющее уточнять режимы работы смесителя.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

  • I международной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (г.Уфа, 2009 г.);
  • конференции «Информатика и кибернетика 2009» на кафедре ВТИК УГНТУ (г.Уфа, 2009 г.);
  • международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (г. Уфа, 2010 г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 научных трудах, в том числе в 3 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 105 наименований и 3 приложений. Работа изложена на 106 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц и 52 рисунка.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и основные задачи, обозначены основные положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе приводятся общие сведения о компонентном составе и физико-химических свойствах продукции нефтяных скважин, рассмотрен механизм формирования и основные методы разрушения нефтяных эмульсий, дан их сравнительный анализ. В основном, обессоливание сырой нефти осуществляется на ЭЛОУ. При обессоливании нефти, перед ее подачей на ЭЛОУ, прибегают к дополнительной операции – промыванию нефти водой. От того, насколько эффективно будет смешана нефть с промывной пресной водой, в значительной степени зависит результат обессоливания.

Проведенное исследование предложенных различными авторами устройств и способов предварительной подготовки нефти для обессоливания показывает, что на сегодняшний день существует проблема качественного обессоливания, которая обусловлена недостаточной интенсивностью смешения промывной воды с нефтью.

Показана необходимость совершенствования конструкции и режимов работы смесителя «нефть-вода». Внедрение в технологический процесс предложенной модификации смесителя и режимов его работы увеличит срок эксплуатации оборудования, а также позволит снизить экономические затраты за счет экономии пресной воды и дорогостоящих деэмульгаторов.

Во второй главе рассмотрены методы и средства, использовавшиеся для решения поставленных задач, приводится обоснование необходимости их применения.

Показано, что применение моделирования на базе теории подобия позволит целенаправленно изучать механизм смешения фаз в исследуемой конструкции аппарата. Получаемые с помощью -теоремы безразмерные симплексы и комплексы, как правило, имеют четкий физический смысл, а также сокращают размерность задачи.

Для построения численной модели работы смесителя использовался программный комплекс FlowVision, позволяющий производить расчет гидро- и газодинамических задач (вместе с сопряженными процессами тепло- и массопереноса) в широком диапазоне чисел Рейнольдса в произвольных трехмерных областях.

Из-за большого количества факторов, влияющих на результат обессоливания, достаточно трудно установить зависимость между качеством обессоливания и параметрами, описывающими работу смесителя. Показано, что для обработки данных, полученных в результате проведения промышленных экспериментов, наиболее подходит последовательная диагностическая процедура Вальда. Применение данного метода наиболее эффективно, поскольку кроме построения стохастической модели позволит установить границы значений управляемых параметров, обеспечивающих качественное обессоливание. Метод Вальда относится к непараметрическим процедурам принятия решений о принадлежности объектов к тому или иному классу согласно соответствующей вероятности, т.е. позволяет решать задачу распознавания образов. В настоящее время не существует программного обеспечения, реализующего расчет методом Вальда и обладающего при этом удобным интерфейсом и возможностью экспортировать результаты в распространенные форматы файлов для дальнейшей обработки, поэтому было принято решение о разработке соответствующего программного обеспечения (ПО). При разработке ПО были выдвинуты следующие требования:

1) распознавать образы методом Вальда и проводить процедуру изменения категории объекта;

2) загружать данные из файлов *.txt или импортировать данные из электронных таблиц формата MS Excel;

3) сохранять отчет, включающий все результирующие таблицы, на разных листах одного файла формата MS Excel.

На рисунке 1 представлен вид рабочей области закладки «Метод Вальда». Рабочая область содержит элементы управления для проведения расчета. Помимо указания параметров, которые необходимы для проведения расчета, имеется возможность провести предварительный анализ данных с помощью графика.

Рисунок 1 – Закладка «Метод Вальда»

Так как при разработке программы учитывалось свойство массовости, программа позволяет производить расчеты над любыми данными, заданными в табличной форме. Программа может применяться в задачах альтернативного принятия решения, при большом числе воздействующих на процесс управляемых и неуправляемых факторов.

В третьей главе рассмотрены закономерности движения свободно закрученных струй и методы их создания. Обоснован способ совершенствования технических параметров смесителя «нефть-вода» и проведено численное моделирование его работы с целью определения гидродинамических и конструктивных параметров, обеспечивающих более эффективное взаимодействие потоков нефти и воды.

Рабочий режим многих смесительных аппаратов определяется структурой смешиваемых потоков. Многочисленные исследования методов организации гидродинамики потоков показали, что закручивание оказывает значительное влияние на процесс смешения в целом.

На рисунке 2 представлен общий вид устройства, который включает цилиндрический корпус 1, вихревую камеру в виде параболоида вращения для создания акустического волнового поля 2, успокоитель 3, устройство закручивания потока 4, патрубок ввода воды 5, нагнетательный патрубок для ввода нефти и состава для обезвоживания нефти.

  Общий вид смесителя «нефть – вода» Принцип работы смесителя-1

Рисунок 2 – Общий вид смесителя «нефть – вода»

Принцип работы смесителя следующий. Нефть через тангенциальные входные отверстия устройства для закручивания нефти 4 поступает в аппарат 1, вода по патрубку 5 поступает в вихревую камеру 2, закручивается, и при движении потока воды по параболоиду вращения образуется акустическое волновое поле, в котором вода активируется, одновременно активируется поток нефти в смеси с деэмульгатором. Оба потока интенсивно смешиваются. После интенсивного вихревого взаимодействия поток стабилизируется в успокоителе 3, затем полученная эмульсия поступает на ЭЛОУ.

Рациональные геометрические и гидродинамические характеристики устройства определялись средствами компьютерного моделирования. Численная модель работы смесителя была построена с помощью программного комплекса FlowVision. Для расчетов использовалась k- модель турбулентного течения вязкой жидкости с незначительными изменениями плотности при больших числах Рейнольдса.

Для сравнения результатов численного моделирования использовались следующие характеристики процесса:

- турбулентная энергия, м2/с2: характеризует динамичность потока жидкости.

- концентрация, безразмерна величина: характеризует содержание одного вещества в другом, значение 1 соответствует 100 %-ому содержанию вещества в смеси, значение 0 – полному отсутствию вещества в смеси.

- распределение давления в устройстве.

В ходе проведения вычислительных экспериментов варьировались следующие характеристики: размеры отверстий подачи воды и нефти и конфигурация завихрителей. Поскольку увеличение числа подводящих каналов способствует повышению равномерности распределения потока, было предложено использовать 4 подводящих канала для завихрителя воды и 8 каналов для завихрителя нефти.

Завихритель с простым тангенциальным подводом имеет следующие конструктивные параметры: а – ширина подводящего канала; b – его длина; d – диаметр цилиндрического канала, в котором закручивается поток.

В таблице 1 представлены технические параметры смесителя «нефть-вода» СНВ и 4 различных модификаций смесителя. Образцы 1, 2 и 3 имеют разную степень сужения смесительной камеры. Образец 4 и 2 имеют одинаковую конфигурацию, но отличаются техническими параметрами.

Таблица 1 – Технические параметры смесителей

  Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 СНВ
Закручивающее устройство нефти
а (м) 0,010 0,010 0,008 0,010 0,013
b (м) 0,218 0,218 0,218 0,141 0,058
d (м) 0,099 0,126 0,099 0,126 0,164
Закручивающее устройство воды
а (м) 0,01 0,010 0,010 0,015 0,017
b (м) 0,02 0,025 0,030 0,035 0,458
d (м) 0,05 0,040 0,040 0,030 0,0897

В таблице 2 представлены результаты вычислительного эксперимента для закручивающих устройств нефти и воды соответственно.

Таблица 2 – Результаты моделирования работы смесителей

  Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 СНВ
Закручивающее устройство нефти
Макс. давление, Па 140000 75000 145000 70000 100000
Макс. турбулентная энергия м2/с2 108,0 42,2 111,0 41,0 60,1
Закручивающее устройство воды
Макс. давление, Па 220600 190500 170400 180800 200000
Макс. турбулентная энергия м2/с2 16,2 12,1 10,5 11,4 6,2


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.