Модель накопления капель нефти в куполе-сепараторе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модель накопления капель нефти в куполе-сепараторе

№55-3, 30.11.2016

Физико-математические науки

Кильдибаева Светлана Рустамовна, кандидат наук, доцент

Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета

В работе рассматривается процесс накопления нефти в куполе, заполненном теплым раствором спирта. Раствор предотвращает накопление гидрата, который может помешать процессу установки и стабильной работы купола.

Загрязнение окружающей среды зачастую тесно связано с разработкой залежей полезных ископаемых. К примеру, разлив нефти, произошедший в Мексиканском заливе в 2010 году, продемонстрировал масштабность проблемы, потенциально возникающей при некорректном использовании или поломке нефтедобывающего оборудования. В результате разлива в залив вытекло более 5 миллионов баррелей нефти, что привело к серьезным экологическим последствиям.

Одним из методов устранения аварий в шельфе является установка купола-сепаратора, который устанавливается непосредственно над местом утечки, производит сбор и транспортировку нефти.

Рисунок 1. Схема купола-сепаратора.

Форма купола приведена на рис.1, размеры купола, в зависимости от объемного расхода вытекающей нефти, могут варьироваться. При термобарических условиях, характерных для глубин, где ведется разработка шельфа, высока вероятность образования газовых гидратов. Попадая в купол, гидраты могут придать конструкции нежелательную плавучесть. Для предупреждения гидратообразования внутрь купола закачивается теплый спирт . Плотность спирта больше плотности гидратов, что не позволяет гидратам попадать внутрь купола. Будем полагать, что купол зафиксирован на высоте ,=8 м а нефть, вытекающая из скважины, полностью накапливается в куполе, при этом спирт «вытесняется» нефтью:

где - объемный расход поступающей нефти, , - массовый расход нефти и «вытесняемого» спирта - плотность спирта.

Купол заполняется поэтапно. На первом этапе решается задача о всплытии капель нефти внутри купола через слой теплого спирта. Уравнение сохранения энергии для капли нефти, которая попадает в купол, имеет вид:

,

где

- число Нуссельта,

Pr - число Прандтля,

- площадь поверхности капли нефти,

- коэффициент температуропроводности спирта,

- коэффициент теплопроводности,

- кинематическая вязкость спирта.

Уравнение сохранения энергии для слоя спирта имеет вид:

где

,

,

,

,

.

Первое слагаемое в данном уранвении - поток тепла от капель нефти, которые всплывают в слое спирта;

- поток тепла от спирта в воду через нижнее основание купола;

- поток из слоя спирта через боковые стенки и верхнее основание купола;

- площадь капли нефти;

- площадь границы раздела слоев нефти и спирта;

- температура спирта;

- количество капель нефти в слое спирта

- коэффициент теплопроводности для полиуретана,

- толщина стенки купола,

- усредненное значение коэффициента теплопроводности,

, - число Нуссельта, определяющееся на основании [1]:

,

где

,

- скорость смеси нефти и газа на срезе скважины;

- диаметр скважины;

- вязкость воды;

- расстояние от устья скважины до дна купола.

Начальная температура капель нефти определяется согласно модели затопленной струи [2-3].

После достижения капель верхнего основания, начинает накапливаться слой нефти, с этого момента начинается второй этап. Третий этап связан с подключением к куполу трубки для откачки нефти и стационарной работой купола-сепаратора.

Список литературы

нефть купол спирт авария

1. Лыков А.В. Теория теплопроводности. - М..: Высш. школа, 1966 - 600 с.

2. Кильдибаева С.Р. Моделирование течения углеводородов в затопленной струе // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 6; URL http://www.science-education.ru/120-15769 (дата обращения: 07.12.2014).

3. Кильдибаева С.Р., Гималтдинов И.К. Динамика многофазной затопленной струи с учетом образования гидратов // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. - 2016. - Т. 1, № 3. - С. 92.

Размещено на Allbest.ru