Химия природных энергоносителей и углеродных материалов

Допускают, что (3.37) справедливо. Тогда отношение к равно

если скорость свободного осаждения капли определяют по формуле Стокса.

Следовательно, разделение эмульсии можно представить идущим одновременно как бы в двух направлениях:

• 
  опережающем оседании крупных капель, переходе их в водную фазу, т. е. уменьшении обводненности верхних слоев эмульсии по отношению к исходной;
  
• 
  увеличении относительных размеров остающихся капель на фоне общего уменьшения их абсолютных размеров.
  

1) разбавленная с обводненностью 5 % и меньше, т. е. стесненностью осаждения капель можно пренебрегать;

2) двухслойная, содержащая в верхнем слое разбавленную эмульсию, в нижнем – более концентрированную, характеризующуюся стесненным осаждением;

3) концентрированная, т. е. осаждение капель происходит в стесненных условиях;

4) с изменяющейся дисперсностью, т. е. преобладает коагуляция или диспергирование капель.

Пример 3.6. Исследовать характер зависимости суммарного объема капель воды от их относительного размера, используя экспериментальные данные, представленные в работе [15] (табл. 3.3).

Решение. Для установления возможной корреляционной связи между относительным диаметром капель и суммарным их вкладом в общий объем дисперсной фазы представляют данные табл. 3.3 в виде табл. 3.4. Максимальный диаметр частиц в эмульсиях у скважины и перед газонефтяным сепаратором равен 200 мкм, а после сепаратора и после дожимного насоса – 15 мкм. Нормирование диаметров во всех эмульсиях произведено по максимальному диаметру в эмульсии.

Таким образом, относительный диаметр капель воды в водной эмульсии в промысловой системе сбора равен

где N_j – число капель диаметром d_j;

Поэтому

где – длина зоны отстоя эмульсии, м;

Время пребывания эмульсии в отстойнике может быть определено как отношение

где h – высота слоя водонефтяной эмульсии на выходе в отстойник;

Подставляя (3.53) в (3.52), с учетом (3.46), получают

где – вязкость среды;

Пусть =100 мкм, тогда

Если зона отстоя эмульсии – 11,2 м, то осаждаются все капли воды в эмульсии диаметром 100 мкм и более. Следовательно, в эмульсии на выходе могут содержаться только капли воды диаметром меньше 100 мкм. В соответствии с заданным распределением капель воды в эмульсии по размерам на выходе из отстойника с длиной зоны отстоя 11,2 м содержатся капли воды диаметром 100 мкм и меньше.

Обводненность эмульсии на выходе из отстойника может быть рассчитана по (3.45), принимая размеры капель воды, покидающих отстойник в составе эмульсии, 80 мкм и меньше:

.

Результаты расчетов и В_i-1 для осаждения различных диаметров приведены в Прил. 27.

3.2. Расчет отстойной аппаратуры

Технологический расчет отстойной аппаратуры заключается в определении пропускной способности отстойника или его размеров.

Если скорость слияния капель воды с водной подушкой (слоем воды) в отстойнике меньше скорости накопления частиц на водонефтяном разделе, то между нефтью и водной подушкой образуется переходной слой, толщина которого уменьшается к выходу от отстойника.

Обводненность нефти на выходе из отстойника определяют по содержанию мелких капель воды, время осаждения которых больше времени осевого перемещения разделяемой эмульсии в отстойнике. Скорость движения эмульсии вдоль отстойника от входа до выхода непрерывно уменьшается от значения на входе

до значения на выходе

где – количество жидкости (эмульсии), непрерывно поступающее в отстойник для разделения за единицу времени;

За время прохождения эмульсии от входа до выхода из отстойника концентрация дисперсной фазы в эмульсии изменяется. В верхней части отстойника она уменьшается по сравнению с первоначальной концентрацией. Следовательно, вязкость эмульсии по высоте в отстойнике переменна, причем в верхней части отстойника она уменьшается вдоль горизонтальной оси от входа до выхода. По вертикали в каждом сечении отстойника вязкость эмульсии возрастает от минимальной у верхней образующей отстойника до максимальной на границе с водной подушкой.

Принимая время осаждения максимальных капель воды, выносящихся потоком нефти, равным времени движения эмульсии вдоль зоны отстоя, получаем возможность рассчитать пропускную способность отстойника

, (3.57)

где R – радиус отстойника;

Из (3.55) следует

Пропускная способность отстойника из (3.54) определяется как

Так как средняя скорость движения эмульсии в отстойнике может быть принята как средняя арифметическая на выходе, то

откуда

или, с учетом (3.56),

Таким образом, пропускная способность в отстойнике будет

Из материального баланса работы отстойника, пренебрегая захватом нефти дренажной водой, можно показать, что

Следовательно, из (3.59), с учетом (3.60), после преобразований имеем

Подставляя (3.58) в (3.61), получим

Так как скорость стесненного осаждения капель равна

для свободного при Re<2 соответственно

а пропускная способность отстойника будет

где F(B, B_вых) – функция обводненности на входе и выходе из отстойника,

где , – плотность воды и нефти в отстойнике соответственно, кг/м³;

Из (3.44) следует, что

где – максимальный диаметр капель, выносимый из отстойника с потоком нефти.

Связь между и максимальным диаметром капли, выносимым из отстойника можно установить следующим образом.

Перед выходом нефти из отстойника в зоне отстоя в дренаж уходит последняя капля , которая являлась для остающихся капель максимальной, поэтому обводненность слоя эмульсии с каплями может быть представлена в виде

Представим (3.63) в виде

где

Необходимо отметить, что доля воды в потоке нефти на выходе из отстойника является функцией высоты водяной подушки, пропускной способности отстойника и его конструктивных параметров. Поэтому расчет пропускной способности отстойника по (3.68) достаточно приближенный.