Исследование наполнения купола-сепаратора газом, нефтью и гидратом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование наполнения купола-сепаратора газом, нефтью и гидратом

№56-4, 14.12.2016

Физико-математические науки

Кильдибаева Светлана Рустамовна, кандидат наук, доцент

Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета

В работе рассматривается накопление нефти, газа и гидрата в куполе-сепараторе. В основе модели лежит предположение о том, что купол-сепаратор состоит из 2 камер и накопление происходит поэтапно.

В работе рассматривается математическая модель купола-сепаратора, предназначенного для ликвидации аварий, возникающих при разработке нефтяных месторождений в шельфе. В связи с уменьшением запасов углеводородного сырья на суше, исследование разработки нефтяных месторождений в шельфовой зоне становится особенно актуальным. Параллельно важно разработать технологию быстрого и качественного устранения аварий, вызванных разработкой такого рода месторождений.

Полагается, что поступающий из скважины флюид (смесь нефти и газа), попадая в купол-сепаратор, расслаивается, образовывается газовый гидрат. Получены значения высот для каждой из фаз внутри купола, координаты раздела фаз, а также распределение температур.

Пусть на дне водоема имеется источник утечки флюида(нефть и газ). Известны значения объемного расхода нефти и газа, вытекающих из устья скважины, состав, теплофизические параметры окружающей среды и вытекающей смеси. Согласно предлагаемой технологии устранения аварий, к месту утечки смеси опускается купол, имеющий форму, представленную на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема купола-сепаратора. Цифры на рисунке соответствуют: 1 - фиксирующие тросы, 2 - оболочка купола, 3 - труба, из которой поступает флюид, 4,5 - трубки для откачки нефти и газа

Купол состоит из 2 камер, оболочки из полиуретана, фиксирующих тросов. При рассмотрении будем полагать идеальное расслоение флюида на фазы газа, нефти, гидрата и воды.

Будем полагать, что купол заполняется в несколько этапов. На первом этапе происходит вытеснение воды из первой камеры вытекающим потоком флюида из трубки 3, при этом предполагаем, что весь газ превращается в газовый гидрат. Время этого этапа можно вычислить по формуле:

.

Здесь Veo и Veg соответственно объемные расходы нефти и газа, V1 - объем первой камеры.

После заполнения первой камеры гидрат не образуется, так как газ не контактирует с водой. На втором этапе происходит накопление свободного газа под куполом. Полагается, что газ, нефть, гидрат расслаиваются под куполом на слои газа, нефти и гидрата располагаются как на рисунке 2.

Рисунок 2. Расслоение флюида внутри купола», zgo - координата раздела газа и нефти, zoh - координата раздела нефти и гидрата zhw - координата раздела гидрата и воды, ho, hh , hw - высоты нефти, гидрата и воды

Рассмотрим законы сохранения для нефти и газа:

где Mo маасса нефти в куполе, mo0 - начальный массовый расход нефти, Mg - масса газа в куполе, mg0 - начальный массовый расход газа. Из данного уравнения с учетом известных объемных расходов нефти и газа и параметров купола, можем получить распределения координат раздела фаз газ-нефть (zgo), нефть-гидрат(zoh), гидрат-вода (zhw) с течением времени (рис. 3) и высоту каждой из фаз с течением времени (рис. 4).

Для определения температуры нефти воспользуемся законом сохранения энергии:

,

.

Здесь q(e)go (j=o,g) - потоки тепла от j-ой фазы через стенку купола, qoh -поток тепла от нефти к гидрату (определяется линейно [1]) и qgo - поток тепла от газа к нефти (определяется аналитически [2]), F(zoh), F(zgo) - площади сечения купола при соответствующей координате, последнее слагаемое - тепло, приходящее от поступающей из трубы смеси.

Рисунок 3. График зависимости высоты j-ой фазы с течением времени»

1: hg(t), 2: ho(t), 3: hh(t).

купол сепаратор нефтяной месторождение

Рисунок 4. Зависимость координаты z j-ой фазы с течением времени»

1: zgo(t), 2: zoh(t), 3: zhw(t).

Показано, что рассматриваемое устройство может эффективно использоваться для ликвидации аварий при разработке нефтегазовых месторождений в шельфе. Получено время заполнения верхней камеры V1 нефтью и гидратом, время ухода гидрата из V1 и время заполнения V1 газом. Получены графики зависимости температуры нефти с течением времени, изменение высоты каждой из фаз, координаты раздела фаз газ-нефть, нефть-гидрат, гидрат-вода.

Список литературы

1. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1990. - 464 c.

2. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен - М.:МЭИ, 2011. - 562 c.

Размещено на Allbest.ru