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:     | 1 || 3 |

Интенсификация процессов разделения продукции скважин и очистки ее компонентов

-- [ Страница 2 ] --

Исследования гидродинамики потоков в трехпродуктовых гидроциклонах, влияния конструктивных и технологических параметров работы на расходные характеристики и величину разрежения в центре закрученного потока, эффективности разделения гетерогенной среды проводились на лабораторной установке, разработанной во ВНИИСПТнефть и представленной на рисунке 1. Ее основным элементом является выполненный из органического стекла гидроциклон 1 регулируемой конфигурации. В экспериментах моделировались конструктивные особенности гидроциклонов ВНИИВОДГЕО, Гипровостокнефть.

1 – гидроциклон; 2 – емкость для эмульсии-суспензии; 3 – насос;

4 – манометр жидкостной; 5 – вентиль; 6 – манометр

Рисунок 1 – Экспериментальная гидроциклонная установка

В результате измерений и визуальных наблюдений за распределением подкрашенной жидкости, движением полиэтиленовых шариков получены эпюры тангенциальных и вертикальных составляющих скоростей. Наблюдаемые картины течения свидетельствуют о наличии в гидроциклоне циркуляционных процессов, застойных зон. При большинстве режимов отмечено образование газовоздушного столба, принимающего различные формы и восходящего к верхнему концу сливной трубки или нисходящего от него. Исследовалось влияние на производительность гидроциклона и структуру потока длины цилиндрической части гидроциклона, длины и диаметра сливной камеры гидроциклона, диаметра шламового отверстия, площади питающего отверстия и его формы, формы сливного патрубка и глубины погружения его в цилиндрическую часть, а также давления на входе в аппарат.

Установлено наличие в гидроциклоне циркуляционных токов и градиента скоростей между восходящими и нисходящими токами, усиливающих эффективность разрушения агломератов. На характер течения и формирование циркуляционных токов наибольшее влияние оказывают длина цилиндрической части, форма и диаметр сливного патрубка. На рисунке 2 показан общий вид и конструктивные особенности испытанных сливных патрубков.

С увеличением длины цилиндрической части, а также при использовании сливных патрубков большего внешнего диаметра эффективность разделения агломератов возрастает.

  Сливные патрубки Формы патрубков 7, 8 наиболее благоприятны для-1

Рисунок 2 – Сливные патрубки

Формы патрубков 7, 8 наиболее благоприятны для образования газовоздушного столба и дают наибольшее разрежение. В патрубке 7 имеет место инжекция осевым обратным током жидкости ее основного потока и инжекция газовоздушным потоком основной массы жидкости для патрубка 8.

Результаты исследований зависимости разрежения в центре закрученного потока от давления исходной смеси для патрубков различных конструкций показаны на рисунке 3.

Рисунок 3 – Зависимость разрежения в центре закрученного потока

от давления исходной смеси

Установлено, что на формирование газовоздушного столба и величину разрежения в центре потока кроме давления питания и соотношения диаметров сливного патрубка и шламового отверстия оказывают влияние глубина погружения сливного патрубка в цилиндрическую часть гидроциклона и наличие подпора в выводящих коммуникациях. Получены эмпирические зависимости для определения величины разрежения в центре

закрученного потока от давления питания Р для сливного патрубка цилиндрической и конической форм с углом наклона внутренней образующей сливного канала:

=5,499 ±0,419 (lnР +2) + 0,118(lnР +2)2 ; (1)

. (2)

Графическая зависимость диаметра воздушного столба от давления на выходе из гидроциклона, показана на рисунке 4.

Для рассматриваемых форм сливных патрубков исследовано влияние давления исходной смеси на расходные характеристики гидроциклона. Построены их графические зависимости и зависимости величины уноса воды с газонефтяной смесью в шламосборник от давления.

В главе приводятся сравнительные данные по оценке эффективности разделения искусственно приготовленных сточных вод, содержащих включения нефти (масла) и твердых частиц для трехпродуктовых гидроциклонов различных конструкций. Исследовалось влияние давления, наличия подпора, длины цилиндрической части, диаметра гидроциклона, глубины погружения сливной трубки в цилиндрическую часть, формы питающего отверстия и наклона винтового канала ввода среды, времени пребывания легких фракций в аппарате.

Давление на выходе из ГЦ, МПа

1, 2, 3 – давление на входе соответственно 0,30; 0,20; 0,15 МПа;

4, 5 – постоянный перепад давлений соответственно 0,10; 0,15 МПа

Рисунок 4 – Графики зависимости диаметра воздушного столба

от давления на выходе из ГЦ

Полученные результаты показали возможность использования трехпродуктовых гидроциклонов исследованных конструкций в качестве эффективного средства, интенсифицирующего процесс разделения сред, и позволили определить технологические параметры и оптимальные конструктивные характеристики элементов гидроциклона для очистки сточных вод. Установлено, что для обеспечения высокого качества очистки промышленных сточных вод, содержащих в своем составе механические примеси, эмульгированную нефть, сложные агломераты и газы, необходимо дифференцированно подводить энергию закрученного потока на каждой стадии разделения продукта или разрушения агломератов. Это может быть осуществлено в мультигидроциклоне специальной конструкции, реализующем необходимую последовательность гидродинамических режимов.

В третьей главе рассмотрены вопросы интенсификации процессов подготовки продукции скважин и ее компонентов гидроциклонированием.

Выделены три основных этапа в процессе движения смеси – этап сбора и транспорта до пунктов подготовки; этап последовательного разделения продукции на составляющие: нефть, газ и воду; этап очистки и доведения компонентов продукции до кондиции. Показано, что гидроциклоны могут использоваться для решения задач каждого этапа в различных качествах – от водоотделителей в системах предварительного сброса воды до стабилизаторов нефти и аппаратов очистки воды в системе получения кондиционного продукта, различаясь геометрией конструкции, конструктивными и технологическими параметрами и режимами работы.

Способность гидроциклона осуществлять формирование разреженного газового столба делает его одним из наиболее оптимальных блочных аппаратов для стабилизации нефти и очистки ее от сероводорода и сернистых соединений. Однако, чтобы исключить отрицательное влияние дробления пузырьков газа на сепарацию, интенсивность гидроциклонирования не должна превышать некоторых критических значений.

В главе представлены результаты исследований механизма дробления пузырьков газа на основании анализа действующих в гидроциклоне сил. Из условия дробления пузыря при превышении внутри него динамического напора над капиллярным давлением среды получена аналитическая зависимость критического размера пузырька от угловой скорости движения закрученного потока

, (3)

максимальное значение которой для минимального дробления пузырьков газа лучше иметь на границе с газовым шнуром. Относительный размер газового пузырька при этом равен относительному размеру газового шнура 0:

. (4)

Здесь rс – радиус сливной камеры; rш – радиус газового шнура; – плотность газа; kf – коэффициент крутки; – сила поверхностного натяжения.

Подбор геометрических параметров гидроциклона осуществляется используя известные зависимости относительного размера газового шнура от параметра, характеризующего степень закрученности потока, и коэффициента, учитывающего падение начальной циркуляции.

Разработана методика расчета гидроциклонного сепаратора для стабилизации нефти.

В системе подготовки нефти могут использоваться сложные гидроциклонные установки, такие как ступенчатый гидроциклон. В работе дается методика расчета фракционной эффективности выделения газовой компоненты в сливной камере ступенчатого гидроциклона и аппарата в целом.

Система уравнений, описывающих движение пузырьков, при принятых допущениях сводится к уравнению:

. (5)

Допуская при определении сопротивления всплывающих пузырьков газа подчинение его закону Стокса, по которому Сх =24/Re, решение уравнения принимает вид:

, (6)

где , ; А = ,

П = , , – плотности сплошной и дисперсной сред, а – диаметр пузырька, R – радиус сепарационного устройства, – продольная составляющая скорости, с – кинематическая вязкость среды.

Для начальных условий t = 0, r = rн = rкр (rкр – критический радиус сливной камеры) Vr = 0

;

.

Фракционная эффективность определяется по формуле

. (8)

Расчет общей эффективности аппарата осуществляется по формуле

, (9)

где V(а) – объемная функция распределения дисперсной фазы по размерам.

Для повышенного отбора легкой фракции предложен вихревой сепаратор, общий вид которого представлен на рисунке 5. Он достигается тем, что вихревой сепаратор дополнительно снабжен камерой с тангенциальным патрубком для отбора легкой неиспаряющейся жидкости, расположенной в нижней части выходной камеры, сообщающейся с ней через отверстие, выполненное в дне выходной камеры. Его основные элементы: 1 – входная камера; 2 – выходная камера; 3 – патрубок; 4 – тангенциальный патрубок; 5 – дополнительная камера; 6 – отводящий патрубок; 7 – диафрагма с отверстием; 8 – входная камера; 9 – крепежный патрубок; 10, 11, 12 – выводящие патрубки.

  Вихревой сепаратор Для эффективного разделения суспензий предложено-26

Рисунок 5 – Вихревой сепаратор

Для эффективного разделения суспензий предложено использовать гидроциклон удлиненной формы с углом конусности (10…15)о. Это позволяет увеличить время пребывания смеси в гидроциклоне и скорость движения и таким образом повысить эффективность разделения и производительность аппарата. Расчет производительности производится по формуле:

, (10)

где dсл – диаметр сливного патрубка; D – диаметр цилиндрической части циклона; Р – перепад давлений в гидроциклоне.

При расчете элемента мультигидроциклона, предназначенного для отделения твердых частиц, предложено выполнять оценку эффективности по фактору разделения по центробежной силе – отношению центробежных сил на минимальном r2 и максимальном r1 = rвх радиусах вращения частиц потока и по фактору разделения по силе тяжести.

В четвертой главе рассмотрены вопросы развития техники и технологии очистки сточных вод. В используемых в настоящее время аппаратах и устройствах очистки сточных вод на промыслах раздельно или в комбинации реализуются два основных механизма – разделение в естественном поле силы тяжести или в поле центробежных сил и флотационный эффект.

Эти аппараты, как и использующиеся гидроциклоны, позволяют достичь степени очистки сточных вод, достаточной для использования в системе ППД при хороших коллекторских свойствах пластов нефтеносных горизонтов.

При разработке низкопроницаемых коллекторов необходима глубокая очистка воды, которая может быть достигнута путем использования многоступенчатой технологии, включающей методы грубой и тонкой очистки, доочистки и обеззараживания. Технологическая схема подготовки нефтепромысловых вод для использования в системе ППД, основанная на последних достижениях в области водоочистки, включает отстойники, коалесцирующе-гидрофобный фильтр, камеру дугового разряда, зернистый фильтр, электрохимический фильтр, УФ–излучатели, гидрофобный фильтр и т.д. Это говорит о большом разнообразии технических средств и методов и указывает на комплексность путей развития систем очистки, включающих как разработку и внедрение новых технологий и оборудования, в том числе усовершенствованных конструкций гидроциклонов тонкой и грубой очистки, так и совершенствование традиционно используемых схем и оборудования.

Большую трудность при подготовке воды создает образующийся в системе сбора трудноразделимый «промежуточный» слой эмульсии. Для предотвращения его образования применяются различные способы, например вводятся деэмульгаторы, используются определенные конструкции насосных агрегатов. Однако наиболее эффективным средством борьбы является отбор воды во всех точках технологической схемы, где она выделяется в виде свободной фазы. В работе представлено несколько вариантов технологических схем очистки воды с применением гидроциклонов, предложена усовершенствованная система предварительного сброса пластовой воды на месторождениях с применением трехпродуктового мультигидроциклона и инжектора (рисунок 6).

1 – скважина; 2 – групповая замерная установка; 3 – устройство

ввода деэмульгатора; 4 – устройство предварительного отбора газа;

5 – гидроциклон; 6 – сепаратор первой ступени; 7 – бензосепаратор;

8, 15 – емкости; 9, 18 – счетчики; 10, 17 – насосы; 11 – центральный

пункт сбора; 12 – отстойник; 13 – мультигидроциклон; 14 – установка

подготовки воды; 16 – сборник; 19 – инжектор

Рисунок 6 – Установка предварительного сброса воды

Введение в схему мультигидроциклона и инжектора приводит к значительному повышению качества товарной продукции: по содержанию воды в нефти, свободного газа в нефти, примесей в воде при одинаковой производительности. При этом вода становится пригодной для закачки в нагнетательные скважины с хорошими коллекторскими свойствами без дополнительной очистки.

Совершенствование существующей традиционно используемой отстойной аппаратуры, реализующей гравитационный механизм разделения в естественном поле силы тяжести, может осуществляться путем внесения дополнительных элементов, реализующих разделение в поле центробежных сил и флотационный эффект.

В работе предложено устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, представленное на рисунке 7.

  Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод Его основные-29

Рисунок 7 – Устройство

для очистки нефтесодержащих

сточных вод

Его основные элементы: 1 – каплеобразователь; 2 – нижняя крышка; 3 – верхняя крышка; 4 – патрубок; 5 – винтовая нарезка, 6 – отражающие цилиндрические каналы; 7 – патрубок ввода водонефтяной смеси; 8 – патрубок вывода газа; 9 – патрубок вывода жидкости; 10 – патрубок вывода нефти; 11 – регулятор уровня «нефть – вода».

Устройство снабжено узлом разделения водонефтяной смеси, состоящим из внутреннего патрубка, на внешней поверхности которого выполнены спиральные винтовые каналы для создания центробежных сил, а в средней части корпуса устройства устанавливаются цилиндрические отражательные экраны, по которым осуществляется течение в пленочном режиме, активизирующем выделение нефти.

Очистка сточных вод в поле силы тяжести осуществляется в отстойниках, резервуарах и емкостях различных типов, включающих элементы, реализующие различные методы очистки, такие как фильтрование (кварцево-песчаные или патронные фильтры из коалесцирующих материалов), флотацию. Все они имеют свои особенности, недостатки и являются объектом постоянного совершенствования.

Для повышения эффективности очистки и увеличения ресурса коалесцирующего фильтра отстойника предложено установить продольную перегородку трапецеидальной формы, которая снабжена патрубком, расположенным под каждым патронным фильтром и перепускным устройством. Это переводит уловленную крупнодисперсную нефть в верхнюю камеру, минуя патронные коалесцирующие фильтры, увеличивая их рабочий ресурс.

Для очистки сточных вод в водосборниках, где на поверхности накапливается пленочная нефть, предложено использовать инертную пыль в качестве гидрофобного материала, нанося ее на входе в водосборник на водную поверхность. Этим достигаются адсорбция нефти и очистка поверхности воды по всей площади водосборника.

Предложено устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, изображенное на рисунке 8.

а – общий вид; б – вид в сечении А – А

1 – -образное перепускное устройство; 2, 7, 9 – задвижки;

3 – вентиль; 4 – клапан; 5, 6, 10 – манометры;

8 – сепаратор для разделения газоводонефтяной смеси

Рисунок 8 – Установка для реализации метода вакуумной флотации

Технологические принципы процесса, реализованные в предлагаемом устройстве, имеют признаки, сходные с флотационными, предусматривающий предварительное газонасыщение нефти, дозируемой затем в капельном состоянии в объем очищаемой воды. Суть реализации процесса заключается в создании и локальном кратковременном воздействии глубокого вакуума на поток очищаемой воды, провоцирующем мгновенное зарождение пузырьков газа на твердых частицах, а также на поверхности и в объеме капелек нефти, формирующих тандемные флотационные пары. Получение вакуума происходит при преобразовании кинетической энергии потока в работу, производимую падающим столбом жидкости, действующим как непрерывный жидкий поршень.

Предложено усовершенствованное устройство для флотационной очистки сточных вод, в котором путем установки герметичной конической перегородки, сливного патрубка при интенсификации процесса вакуумированием происходят усиленное отделение нефтяной фракции, всплытие ее и удаление через отсасывающий патрубок.

Предложен метод интенсификации выделения газа и активации флотационного механизма удаления из воды диспергированной нефти путем воздействия на газожидкостную смесь пульсирующего давления при циклической подаче газа в сепаратор.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ



Pages:     | 1 || 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.