旋流沉降分離器在三低氣田的應(yīng)用分析

陳婧 陳高陽(yáng)

(1.中石油西南油氣田分公司輸氣處生產(chǎn)運(yùn)行科,四川成都 610213;2.中石油川慶油建科宏石油天然氣工程有限公司,四川成都 610213)

旋流沉降分離器在三低氣田的應(yīng)用分析

陳婧1陳高陽(yáng)2

(1.中石油西南油氣田分公司輸氣處生產(chǎn)運(yùn)行科,四川成都 610213;2.中石油川慶油建科宏石油天然氣工程有限公司,四川成都 610213)

當(dāng)大量的石油天然氣從油氣田地層經(jīng)井筒源源不斷流流出地面,這一過(guò)程稱(chēng)之為開(kāi)采,從底層流出物不僅僅是石油或天然氣,它帶有底層水、CO2以及砂?；蚱渌s質(zhì)等等,為取全取準(zhǔn)油氣田各井站開(kāi)采數(shù)據(jù)資料,以及滿足計(jì)量、分輸、混輸、儲(chǔ)存等需要,其中氣液分離是一個(gè)重要的環(huán)節(jié),氣液分離的方法有多種,在油氣田開(kāi)采中廣泛應(yīng)用的主要有重力沉降分離和旋流分離兩種,重力分離器分離效果好,但體積大,投資大;旋流分離器分離效率高,分離器體積小,但壓降值高,一般用在產(chǎn)量較高的油氣井站,對(duì)于一些低滲透、低壓力油氣田,低產(chǎn)量井,或者是油氣田開(kāi)采后期的井,產(chǎn)量一般都在20×104m3/d,對(duì)于這類(lèi)低產(chǎn)量油氣井,能不能采用旋流分離器,本篇以舉例形式進(jìn)行分析探討。

旋流沉降分離器 氣田 應(yīng)用分析

1 氣液的旋流沉降分析

來(lái)自氣井的氣液混合物從中上部切向進(jìn)入筒體，經(jīng)導(dǎo)流板螺旋下降至筒體下部，在離心力在作用下，液體緊靠筒體壁下行至分離器下部，實(shí)現(xiàn)液體從氣相中分離出來(lái)，該過(guò)程稱(chēng)之謂旋流沉降分離過(guò)程，與重力沉降不同的是，旋流沉降加速度為，其方向?yàn)檠匦D(zhuǎn)半徑從中心指向遠(yuǎn)端；而重力加速度g則基本上可視作常數(shù)，其方向指向地心。

在旋流沉降過(guò)程中，液體(非連續(xù)相，以下稱(chēng)之為顆粒)與在重力場(chǎng)中受到三個(gè)作用相似，慣性離心力場(chǎng)中顆粒在徑向上也受到三個(gè)力的作用，即慣性離心力相當(dāng)于重力場(chǎng)中的重力，其方向?yàn)檠匕霃街赶蛲搀w壁)、向心力(相當(dāng)于重力場(chǎng)中的浮力，其方向?yàn)檠匕霃街赶蛐D(zhuǎn)中心)和阻力(與顆粒的運(yùn)動(dòng)方向相反，其方向?yàn)檠匕霃街赶蛑行?。如果砂粒與液珠(分散相近似為球形)的直徑為d、密度為ρs，氣體(連續(xù)相)密度為ρ，顆粒與中心軸的距離為R，切向速度為uT，旋流沉降速度為μr，則上述三個(gè)力分別為：離心力向心力阻力

平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ur便是它在此位置上的旋流沉降速度：

但是旋流沉降速度ur不是顆粒運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)速度，而是絕對(duì)速度在徑向上的分量，且方向不是向下而是沿半徑向外；另外，旋流沉降速度ur隨位置而變，不是恒定值，而重力沉降速度ut則是恒定不變的。旋流沉降時(shí)，若顆粒與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)處于滯流區(qū)，阻力系數(shù)ζ表示，于是得到：

其中：Ut=QN/(24×3600×A)；QNmax=100000m3；QNmin=50000 m3；A=0.785×452=1590mm2

實(shí)際流量：Qmax=100000÷40=2500m3/d；Qmin=50000÷40=1250m3/d

實(shí)際線速度：Utmax=2500/(24×3600×1590×10-6)=18.2m/s

Utmin=1250/(24×3600×1590×10-6)=9.1m/s

平均曲率半徑：R=(297+168)÷4000=0.116m

沉降距離(為沉降充分，沉降距離取值為從中心管外壁到筒體內(nèi)壁距離)：j=(297-168)÷2=65mm

沉降所需最長(zhǎng)時(shí)間：Trmax=j/Urmin=65/(1.5×1000)=0.043 s

Trmin=j/Urmin=65/(0.373×1000)=0.174s

沉降所需盤(pán)繞路程：Lmin=Urmax×Trmax=1.5×0.043=0.645m Lmax=Urmin×Trmin=0.373×0.174=0.065m

取L=0.645m=645mm

2 旋流沉降壓降值計(jì)算

由水力損失方程：

式中：CD—水力阻力系數(shù)，一般取值180。

結(jié)論：以上舉例分析結(jié)果表明，當(dāng)旋流分離器進(jìn)口管嘴內(nèi)徑45mm，盤(pán)繞0.877圈，能夠滿足單井天然氣產(chǎn)量5×104m3/d～10×104m3/d氣液分離需要，壓力降僅為0.05 MPa。

推論：進(jìn)一步改變管嘴直徑以及其它結(jié)構(gòu)尺寸后的旋流分離器，能夠適用于三低油氣田等低產(chǎn)量采氣井站氣液分離。

[1]曾自強(qiáng),張育芳主編.《天然氣集輸工程》.2001.11.