مطالعه تجربی و بررسی ابعادی جداساز سرچاهی دوفازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی نفت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

10.22078/pr.2021.4073.2844

چکیده

در این پژوهش هدف بررسی آزمایشگاهی عملکرد جداساز دوفازی مایع-گاز است. به همین منظور، جداساز دوفازی مایع-گاز با استفاده از روابط تجربی موجود طراحی گردید. در مدل‌های نیمه‌تجربی علاوه‌بر فرض‌های ساده شونده، تأثیر منحرف‌کننده ورودی جداساز بر فرآیند جدایش نادیده گرفته شده و قطر قطرات فاز ثانویه یک مقدار ثابت تعیین‌شده است که تمامی قطرات مایع در بالاترین نقطه‌ جداساز قرار دارند و سپس از آن نقطه سقوط می‌کنند. مفاهیم مربوط به جریان آشفته در این روش مد‌نظر قرار نگرفته است. در این پژوهش، چرخه جریانی دوفازی مایع-گاز طراحی و ساخته شد. در چرخه جریانی ساخته شده، آب به‌عنوان سیال مایع و هوا به‌عنوان سیال گاز مورد استفاده قرار گرفتند. سیال آب و هوا در نقطه اختلاط که یک سه‌راهی °45 است، تشکیل جریان دوفازی داده و پس از طی مسافتی معادل با 160 برابر قطر خط لوله، جریان توسعه یافته تشکیل می‌شود. محدوده دبی جریان آب و هوا به‌ترتیب برابر با m3/h 5/2-0 و  m3/h 100- 0 است. فشار عملیاتی حداکثر Pa 202450 و دمای عملیاتی برابر با دمای محیط است. برای بررسی عملکرد جداساز دوفازی گاز-مایع، در خروجی گاز جداساز جریان گاز خروجی از نظر کسر حجمی آب و حداکثر قطر قطره‌های آب بررسی شدند. سپس با استفاده از نتایج تجربی به‌دست آمده و استفاده از آنالیز ابعادی رابطه کلی عملکرد جداساز دوفازی گاز-مایع برحسب کسر حجمی فاز مایع در گاز خروجی از جداساز تعیین گردید. از مهم‌ترین دست‌آوردهای این پژوهش فراهم نمودن بستر لازم جهت طراحی جداسازهای دوفازی گاز-مایع برای سرچاه با توجه به شرایط تولید است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Study and Dimensional Analysis of Two-phase Well-Head Separator

نویسندگان [English]

  • Mehdi Fadaei
  • Mohammad Javad Ameri Shahrabi
  • Ali Salmani
  • Keyvan qorbanpour
Petroloeum Faculty, AmirKabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

The performance of two-phase (gas-liquid) separator was investigated in this paper. Two-phase (gas-liquid) separator was designed and manufactured using empirical correlations. The simplifying assumptions were used in these empirical equations, which their results of are less valuable. The effect of inlet diverter was neglected in designing, and the diameter of the liquid droplets assumed constant and predetermined. In these designing approaches, it was assumed that the liquid droplets were falling from the top of the two-phase (gas-liquid) separator, but in practice, the inlet diverter leads to separate the majority of liquid droplets because of momentum changing. The fundamentals of the turbulent multi-phase flow were not considered in these designing methods. The two-phase (air-water) flow loop was designed and manufactured. Air and water flows were mixed together at mixing section that is a 45° Tee and two-phase flow was formed. The two-phase (gas-liquid) flow had been considered as developed two-phase flow after passing 160 times greater than pipe diameter along pipe. Water and air flow rates were in ranges 0-2.5m3/h and 0-100m3/h, respectively. The maximum of operational pressure was 202650 Pascal at the ambient temperature. The liquid droplets trapper with 20 micron filter was mounted at gas outlet section of the two-phase separator to measure the volume fraction of the liquid phase in outlet gas flow and photography of liquid droplets in order to determine the diameter of the liquid droplets in outlet gas flow. Finally, the dimensionless groups were developed in order to model and investigate the two-phase (gas-liquid) separator performance. One of the most important achievements of this paper was providing the suitable platform to design well head (gas-liquid) two-phase separators based on the production conditions.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Study
  • Experimental
  • Dimensional
  • Well-Head Separator
  • Two-Phase
[1]. Wilkinson D, Waldie B, Lee H Y (2000) Baffle plate configurations to enhance separation in horizontal primary separators, Chemical Engineering Journal, 77, 3: 221-226.‏ ##
[2]. Lee J m, khan r, phelps d w (2009) Debottlenecking and computational fluid dynamics (CFD) studies of high and low pressure production separators, SPE Projects, Facilities and Construction, 4, 04: 124-131. ##
[3]. Hansen E W (2001) Phenomenological modelling and simulation of fluid flow and separation behavior in offshore gravity separators, Asme-Publications-Pvp, 431: 23-30.‏ ##
[4]. Pourahmadi Laleh A, Svrcek W Y, Monnery W D (2011) Computational fluid dynamics simulation of pilot‐plant‐scale two‐phase separators, Chemical Engineering and Technology, 34, 2: 296-306. ##‏
[5]. Pourahmadi Laleh A, Svrcek W Y, Monnery W (2012) Computational fluid dynamics-based study of an oilfield separator--Part I: a realistic simulation, Oil and Gas Facilities, 1, 06: 57-68.‏ ##
[6]. Pourahmadi Laleh A, Svrcek W Y, Monnery W (2013) Computational fluid dynamics-based study of an oilfield separator--Part II: an optimum design, Oil and Gas Facilities, 2, 01: 52-59. ##‏
[7]. Laleh P (2010) CFD simulation of multiphase separators, 72: 03.‏ ##
[8]. Monnery W D, Svrcek W Y (2000) Analytical study of liquid/vapor separation efficiency, study developed for Petroleum Technology Alliance Canada.‏ ##
[9]. Ghaffarkhah A, Shahrabi M A, Moraveji M K, Eslami H (2017) Application of CFD for designing conventional three phase oilfield separator, Egyptian Journal of Petroleum, 26, 2: 413-420.‏ ##
[10]. Fadaei M, Ameli F, Hashemabadi S H (2019) Experimental study and CFD simulation of two-phase flow measurement using orifice flow meter, Journal of Petroleum Research, 29, 98-5: 85-96.‏ ##
[11]. Frank M, Kamenicky R, Drikakis D, Thomas L, Ledin H, Wood T (2019) Multiphase flow effects in a horizontal oil and gas separator, Energies, 12, 11: 2116.‏ ##