旋流沉降分離器在三低氣田的應用分析

陳婧 陳高陽

(1.中石油西南油氣田分公司輸氣處生產運行科,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用分析

陳婧1陳高陽2

(1.中石油西南油氣田分公司輸氣處生產運行科,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)

當大量的石油天然氣從油氣田地層經井筒源源不斷流流出地面,這一過程稱之為開采,從底層流出物不僅僅是石油或天然氣,它帶有底層水、CO2以及砂粒或其它雜質等等,為取全取準油氣田各井站開采數據資料,以及滿足計量、分輸、混輸、儲存等需要,其中氣液分離是一個重要的環節,氣液分離的方法有多種,在油氣田開采中廣泛應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,一般用在產量較高的油氣井站,對于一些低滲透、低壓力油氣田,低產量井,或者是油氣田開采后期的井,產量一般都在20×104m3/d,對于這類低產量油氣井,能不能采用旋流分離器,本篇以舉例形式進行分析探討。

旋流沉降分離器 氣田 應用分析

1 氣液的旋流沉降分析

來自氣井的氣液混合物從中上部切向進入筒體，經導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，實現液體從氣相中分離出來，該過程稱之謂旋流沉降分離過程，與重力沉降不同的是，旋流沉降加速度為，其方向為沿旋轉半徑從中心指向遠端；而重力加速度g則基本上可視作常數，其方向指向地心。

在旋流沉降過程中，液體(非連續相，以下稱之為顆粒)與在重力場中受到三個作用相似，慣性離心力場中顆粒在徑向上也受到三個力的作用，即慣性離心力相當于重力場中的重力，其方向為沿半徑指向筒體壁)、向心力(相當于重力場中的浮力，其方向為沿半徑指向旋轉中心)和阻力(與顆粒的運動方向相反，其方向為沿半徑指向中心)。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，則上述三個力分別為：離心力向心力阻力

平衡時顆粒在徑向上相對于流體的運動速度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不是顆粒運動的絕對速度，而是絕對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，若顆粒與流體的相對運動處于滯流區，阻力系數ζ表示，于是得到：

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

實際流量：Qmax=100000÷40=2500m3/d；Qmin=50000÷40=1250m3/d

實際線速度：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壁距離)：j=(297-168)÷2=65mm

沉降所需最長時間：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 旋流沉降壓降值計算

由水力損失方程：

式中：CD—水力阻力系數，一般取值180。

結論：以上舉例分析結果表明，當旋流分離器進口管嘴內徑45mm，盤繞0.877圈，能夠滿足單井天然氣產量5×104m3/d～10×104m3/d氣液分離需要，壓力降僅為0.05 MPa。

推論：進一步改變管嘴直徑以及其它結構尺寸后的旋流分離器，能夠適用于三低油氣田等低產量采氣井站氣液分離。

[1]曾自強,張育芳主編.《天然氣集輸工程》.2001.11.