Расчет количества газа, выделившегося на каждой ступени сепарации, с учетом коэффициента растворимости

Суммарное количество газа (свободного  и растворенного ), поступающего на первую ступень сепаратора, определяется по формуле

Если нефть поступает в сепаратор обводненной, то:

Количество газа, оставшегося в растворенном состоянии в нефти на первой ступени (без учета обводненности), будет равно:

.

(14.14)

Количество газа, выделившегося на первой ступени сепарации, определяется как разность между поступившим и растворенным газом, то есть

.

(14.15)

Количество газа, выделившегося из нефти на второй ступени сепарации, определяется как разность величин растворенного газа на первой и второй ступени или разностью давлений на этих ступенях

.

(14.16)

Придерживаясь данной схемы расчета, для последующих ступеней можно записать:

.

(14.17)

В вышеприведенных формулах введены следующие обозначения:

и	–	соответственно количество выделившегося и растворенного газа, поступившего на первую ступень сепарации, м3/т;
	–	газовый фактор при нормальных условиях, м3/т;
	–	дебит нефти скважины, т/сут;
, , …  – количество свободного газа, отсепарированного, соответственно, в первой, второй и -ой ступенях сепаратора, м3/сут;
	–	коэффициент растворимости газа на различных ступенях сепарации, м3/(м3× Па);
	–	плотность нефти, т/м.

Коэффициент растворимости газа в нефти в зависимости от давления определяется опытным путем.

Приведенные выше формулы недостаточно точны, так как в них не учтено изменение объемного коэффициента нефти  при ее разгазировании. С учетом вышесказанного, количество газа, выделившегося на любой ступени сепарации, можно записать:

Расчеты отстойников

Отстойники – это аппараты, в которых процесс разделения фаз эмульсии (воды от нефти) совершается в условиях ламинарного режима, то есть когда дисперсная фаза (капельки нефти и воды) движется в дисперсной среде со скоростями, определяемыми по формулам Стокса, Алена и Ньютона–Ритингера.

Формула Стокса применима, когда частицы воды или нефти движутся в режиме, число Рейнольдса для которого не превышает единицы:

.

(14.19)

Для капелек (воды, нефти) диаметром от 0,3 до 0,8 мм скорость осаждения (всплытия) определяется формулой Алена при 2 < Re < 500

.

(14.20)

Для капелек (воды или нефти)  больше 0,8 мм скорость осаждения(подъема) можно рассчитать по формуле Ньютона-Ритингера при
Re > 500

.

(14.21)

В вышеприведенных формулах введены следующие обозначения:

и	–	соответственно плотности воды и нефти, кг/м3;
	–	динамическая вязкость дисперсной среды, Па×с;
	–	диаметр капелек осаждающейся воды или капель поднимающейся нефти, м;
	–	ускорение свободного падения, м/с2.

Отстойная аппаратура обычно рассматривается без учета влияния отдельных капелек друг на друга, то есть считается, что капли поднимаются (нефть) или опускаются (вода) в гравитационном нестесненном поле за счет только разности плотностей и архимедовых сил.

При расчете скорости осаждения или подъема капель жидкости необходимо знать высоту дисперсионной среды , в которой перемещаются капельки дисперсной фазы. Тогда, зная высоту  и скорость осаждения капель воды в нефти или подъема капель нефти в воде можно определить время полного разделения нефти от воды:

Порядок расчета пропускной способности отстойников для горячей смеси (нефти с водой) с использованием известных величин  и  может быть различным. Если известны, например, размеры отстойника  и  (м), время отстоя  (ч), то при общей производительности установки подготовки нефти, равной  (м³/ч), необходимое число отстойников будет равно:

При последовательном соединении отстойников и вводе нефтеводяной смеси со стороны днища скорость потока (м/с) будет равна

.

(14.24)

При параллельном соединении отстойников:

Полученные скорости не должны превышать допустимых скоростей осаждения  для данной нефти при заданных условиях, которые определяются из соотношений:

Если нефтяная эмульсия вводится в отстойник через маточник, обеспечивающий равномерное поступление ее по всему горизонтальному сечению аппарата, то такие отстойники рассчитываются на пропускную способность по формуле: