Расчет материального баланса дожимной насосной станции Мамонтовского нефтяного месторождения

Толщину листовой стали днищ резервуаров не рассчитывают и принимают обычно не более 5 мм, так как гидростатическое давление воспринимается фундаментом.

Крышки резервуаров изготовляют из листовой стали толщиной не более 2.5мм и бывают: конические, сферические, плоские.

На нефтяных месторождениях применяют чаще всего резервуары с плоскими крышками.

Крыши резервуаров располагаются на строительных перекрытиях (фермах), которые могут опираться как на промежуточные колонны внутри резервуара, так и непосредственно на его стенки.

Оборудование стальных резервуаров и их конструктивные схемы должны обеспечивать их правильную и безопасную эксплуатацию, в частности: 1) накопление и опорожнение резервуаров; 2) замер уровня нефти; 3) отбор проб нефти; 4) зачистку и ремонт резервуаров; 5) отстой нефти и удаление подтоварной воды; 6) поддержание давления в резервуаре в безопасных пределах.

На нефтяных резервуарах монтируется оборудование представленное на рисунке 3.1.

Диаметры приёмо-раздаточных патрубков определяются заданной производительностью перекачиваемой нефти и колеблются в пределах 150 700 мм. Скорость движения жидкости в них, в пределах 0.5 2.5 м/с в зависимости от вязкости нефти.

Захлопка 2 устанавливается для предотвращения утечек нефти из резервуаров при неисправности задвижек.

Рисунок 3.1 -- Схема расположения оборудования на стальном резервуаре

1 -- приемо-раздаточные патрубки; 2 -- захлопка для принудительного закрытия; 3 -- приемная труба; 4 -- замерной люк; 5 -- световой люк; 6 -- люк-лаз; 7 -- сифон; 8 -- дыхательный клапан; 9 -- гидравлический предохранительный клапан.

Подъёмная труба 3 монтируется внутри резервуара и предназначена для отбора нефти с требуемой высоты.

Замерный люк 4 служит для замера в резервуаре уровня нефти и подтоварной воды, а также для отбора проб пробоотборником.

Замерный люк устанавливается на патрубке, вваренном вертикально в крышу резервуара. Крышка замерного люка герметично закрывается посредством прокладки и нажимного, откидного болта. Внутри замерного люка расположена направляющая колодка, по которой спускают в резервуар замерную ленту с лотом.

Колодка изготовляется из меди или алюминия, чтобы предотвратить искрообразование.

Световой люк 5 -- для проникновения света и проветривания перед зачисткой, ремонтом. Люк-лаз для проникновения людей, при ремонте, очистке, а также освещения и проветривания.

Водоспускное приспособление сифонного типа предназначается для отбора пластовой воды.

Высота колена сифона определяется расчетом в зависимости от выбранного соотношения высот столбов воды и нефти в резервуаре по формуле:

,

откуда .

Дыхательный клапан 8 автоматически сообщает газовое пространство резервуара с атмосферой в тот момент, когда в резервуаре создается предельно допустимое давление или вакуум в результате изменения температуры, а также при наполнении и опорожнении резервуара. Дыхательные клапаны рассчитаны на избыточное давление и вакуум в газовом пространстве резервуара мм вод. ст. При таком избыточном давлении масса кровли резервуара, изготовленной из листовой стали толщиной 2.5 мм, уравновешивается силой избыточного давления на неё. Масса 1 м² крыши составляет 20 кг и, следовательно, крыша не будет испытывать напряжения, если давление изнутри не будет превышать давления, создаваемого массой крыши (рисунок 3.2).

При повышении давления изнутри резервуара клапан 2 поднимается и сбрасывает в атмосферу излишний газ, а при понижении давления внутри резервуара открывается клапан 1 и в резервуар поступает воздух.

Во избежание коррозии корпус клапана и седло изготовляют из алюминиевого сплава. Размер дыхательных клапанов выбирают в зависимости от их допустимой пропускной способности.

Рисунок 3.2 -- Функциональная схема дыхательного клапана

1 -- клапан вакуума; 2 -- клапан давления; 3 -- фланец для установки клапана на огневом предохранителе.

Дыхательный клапан является ответственным элементом оборудования резервуара, в связи, с чем исправному состоянию клапанов и правильной эксплуатации их должно уделяться особое внимание. В зимнее время дыхательные клапаны часто выходят из строя, так как при прохождении влажных паров нефти через клапан влага, конденсируясь на тарелках и седлах, приводит к их взаимному примерзанию. Этот недостаток устраняется путем изоляции смерзающихся поверхностей клапана фторопластом, имеющим большую механическую прочность при низких температурах и высокую химическую стойкость.

Гидравлический предохранительный клапан 9 предназначается для ограничения избыточного давления или вакуума в газовом пространстве резервуара при отказе в работе дыхательного клапана, а также при недостаточном сечении дыхательного клапана для быстрого пропуска газа или воздуха. Предохранительные клапаны рассчитаны на несколько большее давление и вакуум, чем дыхательный клапан: на избыточное давление 60 мм вод. ст. и разряжения 40 мм вод. ст. Его функциональная схема приведена на рисунке 3.3.

Предохранительный клапан заливают незамерзающими, неиспаряющимися и маловязкими жидкостями -- раствором глицерина, этиленгликолем и др. образующими гидравлический затвор, через который происходит барботаж из резервуара излишней смеси газа с воздухом или «вдох» в резервуар.

В случаях резкого повышения давления в резервуаре может произойти выброс жидкости из клапана в кольцевой канал, обратно из него жидкость стекает через отверстия в стенке кармана. Огневые предохранители устанавливаются на резервуарах в комплекте с дыхательными и предохранительными клапанами и предназначаются для предохранения газового пространства резервуара от проникновения в него пламени через дыхательный клапан.

Рисунок 3.3 -- Функциональная схема гидравлического предохранительного клапана.

Принцип действия огневых предохранителей заключается в том, что пламя, попадая в огневой предохранитель, проходит через систему клапанов малого сечения, в результате чего дробится на отдельные мелкие потоки; поверхность соприкосновения пламени с предохранителем увеличивается, возрастает отдача тепла стенкам каналов, и пламя затухает.

Основной деталью огневых предохранителей является спиральная ленточная кассета цилиндрической формы, изготовленная из цветных металлов и помещенная в корпус предохранителя.

Резервуары стальные вертикальные цилиндрические (рисунок 3.4) предназначены для хранения нефти, нефтепродуктов с понтоном и без понтона.

Рисунок 3.4 -- Резервуар стальной вертикальный

3.2 Расчет материального баланса дожимной насосной станции (ДНС)

Исходные данные для расчета:

- годовая производительность установки по сырью - 550000 тонн/год,

- обводненность сырой нефти - 82%.

Компонентный состав нефти приведен в таблице 3.1

Таблица 3.1 - Компонентный состав нефти

3.2.1 Материальный баланс первой ступени сепарации

Технологией подготовки нефти предусмотрено, что термодинамические параметры работы рассматриваемого блока соответствует абсолютному давлению и температуре, равных соответственно:

Р = 0,8 МПа; t = 20 ⁰С.

Расчеты разгазирования нефти в сепараторах при небольших давлениях (0,4 - 0,9 МПа) с достаточной для практических целей точностью можно производить по закону Рауля-Дальтона:

где - мольная доля i-го компонента в образовавшейся газовой фазе, находящейся в равновесии с жидким остатком.; - мольная доля этого же компонента в жидком остатке; - константа фазового равновесия i-го компонента при условиях сепарации (в рассматриваемом случае при давлении Р = 0,8 МПа и температуре t = 20 ⁰С).

Для определения покомпонентного состава образовавшейся газовой (паровой) фазы используется уравнение:

где - мольная доля i-го компонента в исходной эмульсии; - мольная доля отгона.

Поскольку , то по уравнению (3.2) получим:

Уравнение (3.3) используется для определения методом последовательного приближения мольной доли отгона , при заданных составе исходной смеси , давлении и температуре сепарации.

При расходе нефтяной эмульсии G_э - 550000 тонн/год часовая производительность установки составит:

Содержание углеводородов в нефтяной эмульсии и константы фазового равновесия (К_i) с учетом условий сепарации приведены в таблице 3.2

Таблица 3.2 - Исходные данные для расчета

Составляем уравнения мольных концентраций для каждого компонента в газовой фазе в расчете на 100 молей нефти по формуле 3.2:

Путём подбора определим такую величину , при которой выполнится условие. Подбор величины приводится в таблице 3.3

Таблица 3.3 - Определение мольной доли отгона N

Расчеты показали, что из 100 молей сырой нефти в процессе сепарации выделяется 13,8 молей газа. Составим материальный баланс сепарации в молях на 100 молей сырой нефти. Расчёт приведён в таблице 3.4

Таблица 3.4 - Мольный баланс процесса сепарации первой ступен

Баланс по массе в расчете на 100 молей сырой нефти приведён в таблице 3.5

Таблица 3.5- Массовый баланс процесса сепарации первой ступени

Rсм^г= 0,0394- массовая доля отгона.

3.2.2 Материальный баланс второй ступени

Термодинамические параметры работы рассматриваемого блока равны:

Р = 0,4 МПа; t = 20⁰С.

Содержание углеводородов в нефтяной эмульсии и константы фазового равновесия (К_i) с учетом условий сепарации приведены в таблице 3.8

Таблица 3.8 - Исходные данные для расчета

Таблица 3.12 - Характеристика газа, выделяющегося в сепараторе

Составим материальный баланс блока без сбора воды (формула (3.8):

Из сепаратора будет выходить поток жидкого продукта, с производительностью Q_н^сеп по нефти (формула 3.9) и общей производительностью Q^сеп (формула 3.11), соответственно:

Данные по расчету блока сепарации второй ступени сводим в таблице 3.13

Таблица 3.13 - Материальный баланс второй ступени сепарации

3.2.3 Общий материальный баланс установки

На основе материальных балансов отдельных стадий составляем общий материальный баланс установки подготовки нефти, представленный в таблице 3.14.

Таблица 3.14 - Общий материальный баланс установки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы курсового проекта был произведен расчет материального баланса дожимной насосной станции (ДНС), в результате расчета прихода и расхода 1-ой ступени сепарации составил:

Результат расчета прихода и расхода 2-ой ступени сепарации составил:

На основе материальных балансов отдельных стадий получен общий материальный баланс установки:

Объем продукции на входе и на выходе ДНС имеет равные значения составляет 550000 т/г. , это подтверждает правильность расчета материального баланса.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Бойко В.С. Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений: Учеб.для вузов. - М.: Недра, 1990. - 427 с.

2. Желтов Ю.П. Разработка нефтяных месторождений: Учеб. для вузов. -М.: ОАО «Издательство «Недра», 1998. - 365 с.

3. Лысенко В. Д. Проектирование разработки нефтяных месторождений. - М : Недра. 1987.-247 с.

4. Лысенко В.Д. Разработка нефтяных месторождений: Теория и практика. - М.: Недра, 1996. - 367 с.

5. Методические указания к выполнению дипломных проектов для студентов специальности 131000.62 «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти», 2016 г. ТИУ, филиал в г. Нефтеюганске.

6. Мищенко И.Т. Расчеты при добыче нефти и газа. - М.: Недра, 2008. - 296 с.

7. Телков А.П., Грачёв С.И., Краснова Т.Л.. Cохошко С.К, Особенности разработки нефтегазовых месторождений. -Тюмень: Изд-во ОО «НИПИКБС-Т», 2001. - 460 с.

8. «Дополнение к проекту разработки Мамонтовского месторождения». -ООО «РН-УфаНИПИНефть, 2013.

9. В.Н.Щелкачев «Анализ разработки крупнейших нефтяных месторождений СНГ и США», Москва, ВНИИОНГ, 1994.

10. Ивановский, В. Н. Оборудование для добычи нефти и газа [Текст]: учебное пособие В 2 ч. / В. Н. Ивановский, В. И. Даришев, А. А. Сабиров, В. С. Каштанов, С. С. Пекин - М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, - 2002. - Ч. 1. - 768 с.

11. Бухаленко, Е. И. Нефтепромысловое оборудование [Текст]: справочник / Е. И. Бухаленко, В. В. Вершковой, Ш. Т. Джафаров и др. - М. : Недра, 1990. - 559 с.

12. Лутошкин Г. С. Сборник задач по сбору и подготовке нефти, газа и воды на промыслах: учеб. пособие для вузов / Г. С. Лутошкин, И. И. Дунюшкин.- М.: Недра, 1985. - 135 с.

13. Леонтьев С. А. Расчет технологических установок системы сбора и подготовки скважинной продукции: учебное пособие / С. А. Леонтьев, Р. М. Галикеев, О. В Фоминых. - Тюмень : ТюмГНГУ, 2010. - 116 с.

14. Амелин, Андриасов, Гиматудинов «Эксплуатация и технология разработки нефтяных и газовых месторождений» М.Недра. 1977.

15. Гиматудинов, Ширковский «Физика нефтяного и газового пласта» М.Недра 1986.

Размещено на Allbest.ru