ارائه رویکردی جدید در طراحی جداسازهای افقی گاز-مایع

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی نفت، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، تهران، ایران

چکیده

جداسازهای سطحی نقش بسیار مهمی در میادین تولید‌کننده نفت و گاز ایفا می‌کنند. به همین دلیل، طراحی بهینه آنها برای کاربردهای میدانی بسیار اهمیت دارد. طراحی نیمه‌تجربی، روشی ابتدایی برای تعیین ابعاد جداسازها است. به‌دلیل فرضیات ساده‌کننده که در روش‌های طراحی نیمه‌تجربی استفاده می‌شود، تنها برای برآورد تقریبی از ابعاد جداسازها استفاده می‌شوند. واحد آزمایشگاهی جداساز دو‌فازی متشکل از یک جداساز افقی دو‌فازی در مقیاس آزمایشگاهی، پمپ‌ها، کمپرسورها و یک مخلوط‌کننده استاتیک برای ایجاد جریان دو‌فازی و یک فیلتر مایع برای گیر‌انداختن قطرات مایع از جریان گاز خروجی است. با استفاده از وزن‌کردن قطره‌های مایع‌گیر انداخته‌شده راندمان جداسازی و با استفاده از تصویربرداری، حداکثر قطر قطرات مایع در جریان گاز خروجی تعیین شد. در این پژوهش، ابعاد بهینه جداساز با استفاده از یک روش ترکیبی جدید ارائه شده است. در روش ترکیبی جدید ارائه شده ابتدا شبیه‌سازی CFD جداساز دوفازی در مقیاس آزمایشگاهی انجام گردید. سپس شبیه‌سازی‌های انجام شده با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی اعتبار‌سنجی شدند. همچنین دامنه بهینه برای نسبت لاغری جداساز تعیین شد. در نهایت با استفاده از روابط نوین ارائه شده به‌صورت تحلیل ابعادی، ابعاد جداساز تعیین و سپس عملکرد جداساز دوفازی طراحی شده با استفاده از مدل شبیه‌سازی CFD اعتبار‌سنجی شد. نتایج اعتبار‌سنجی نشان دادند که روش جدید ارائه شده قابلیت بالایی در طراحی جداسازهای گاز-مایع دارد. مقدار خطای نسبی بین نتایج مدل CFD توسعه داده‌شده و داده‌های آزمایشگاهی کمتر از 7% بود. به‌منظور استفاده میدانی از روش نوین ارائه‌شده، ابعاد جداساز دوفازی سطحی برای یکی از چاه‌های تولیدی واقع در میدان گازی پارس جنوبی تعیین شد. یکی از مهم‌ترین دست‌آوردهای این پژوهش فراهم نمودن بستر لازم برای طراحی بهینه و ساخت جداسازهای سطحی برای استفاده‌های میدانی است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Proposing a Novel Approach to Design Horizontal Gas-liquid Separators

نویسندگان [English]

  • Mehdi Fadaei
  • Mohammad javad Ameri
  • Yousef Rafiei
  • Mohammad reza hossein zadeh
Faculty of Petroleum Engineering, AmirKabir University of Technology,Tehran,Iran
چکیده [English]

Surface separators play a very important role in oil and gas-producing fields. For this reason, their optimal design is very important for field applications. Semi-experimental design is a basic method to determine the dimensions of separators. Due to the simplifying assumptions used in semi-empirical design methods, they are only used for approximate estimation of the dimensions of the separators. The two-phase separator laboratory unit consists of a horizontal two-phase separator on a laboratory scale, pumps, compressors, and a static mixer to create a two-phase flow and a liquid filter to trap liquid droplets from the outlet gas flow. The separation efficiency is determined by weighing the trapped liquid droplets and by imaging the maximum diameter of the liquid droplets in the exhaust gas flow. In this research, the optimal dimensions of the separator are presented using a new combined method. In the proposed new combined method, CFD simulation of the two-phase separator was first carried out on a laboratory scale. Then the simulations were validated using laboratory data. Also, the optimal range for the slenderness ratio of the separator was determined. Finally, by using the new relationships presented in the form of dimensional analysis, the dimensions of the separator were determined, and then the performance of the designed two-phase separator was validated using the CFD simulation model. Validation results showed that the presented new method has a high capability in the design of gas-liquid separators. The relative error value between the results of the developed CFD model and the laboratory data was less than 7%. In order to use the presented new method in the field, the dimensions of the surface two-phase separator were determined for one of the production wells located in the South Pars gas field. One of the most important achievements of this research is providing the necessary platform for the optimal design and construction of surface separators for field use.

کلیدواژه‌ها [English]

  • approach
  • design
  • separator
  • gas
  • liquid

مراجع

[1]. Souders M, Brown G G (1934) Design of fractionating columns I. Entrainment and capacity, Industrial and Engineering Chemistry, 26, 1: 98-103, doi.org/10.1021/ie50289a025.‏ ##
[2]. Chilingarian G V, Robertson J O, Kumar S (1987) Surface operations in petroleum production, I. Elsevier. ##‏
[3]. Monnery W D, Svrcek W Y (1994) Successfully specify three-phase separators, Chemical Engineering Progress, 90: 29-29.‏ ##
[4]. Guo B, William C, Ghalambor A (2007) petroleum production engineering, Elsevier Science and Technology Books. ##
[5]. Wilkinson D, Waldie B, Nor M M, Lee H Y (2000) Baffle plate configurations to enhance separation in horizontal primary separators, Chemical Engineering Journal, 77, 3: 221-226, doi.org/10.1016/S1385-8947(99)00170-9.‏ ##
[6]. Hansen E W (2001) Phenomenological modelling and simulation of fluid flow and separation behavior in offshore gravity separators. Asme-Publications-Pvp, 431: 23-30.‏ ##
[7]. 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, doi.org/10.1002/ceat.201000302.‏ ##
[8]. Stewart M (2014) Surface Production Operations: Design of Gas-Handling Systems and Facilities (Vol. 2), Gulf Professional Publishing. ##‏
[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, doi.org/10.1016/j.ejpe.2016.06.003.‏ ##
[10]. Acharya T, Casimiro L (2020) Evaluation of flow characteristics in an onshore horizontal separator using computational fluid dynamics, Journal of Ocean Engineering and Science, doi.org/10.1016/j.joes.2019.11.005.‏ ##
[11]. Ahmed T, Russell P A, Hamad F, Gooneratne S (2019) Experimental analysis and computational-fluid-dynamics modeling of pilot-scale three-phase separators, SPE Production and Operations, doi.org/10.2118/197047-PA. ##‏
[12]. 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, doi.org/10.3390/en12112116.‏ ##
[13]. Ghaffarkhah A, Dijvejin Z A, Shahrabi M A, Moraveji M K, Mostofi M (2019) Coupling of CFD and semiempirical methods for designing three-phase condensate separator: case study and experimental validation, Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 9, 1: 353-382.‏ ##
[14]. Oshinowo L, Vilagines R (2019) Verification of a CFD-population balance model for crude oil separation efficiency in a three-phase separator–effect of emulsion rheology and droplet size distribution, In SPE Middle East Oil and Gas Show and Conference. Society of Petroleum Engineers, doi.org/10.2118/194834-MS.‏ ##
[15]. Stewart M, Arnold K E (2011) Surface production operations, 1: Design of oil handling systems and facilities, Elsevier. ##‏
[16]. Manual F (2005) Manual and user guide of Fluent Software, Fluent Inc, 597.‏ ##
[17]. Fadaei M, Ameli F, Hashemabadi S H (2019) Experimental study and CFD simulation of two-phase flow measurement using orifice flow meter, Journal of Petrolume Research, 29, 98-5: 108, 10.22078/PR.2019.3642.2711.‏ ##
[18]. Frank, M. (2011). White, Fluid Mechanics, McGraw Hill.‏ ##
[19]. Shoham O (2005) Mechanistic modeling of gas/liquid two-phase flow in pipes, 240-250, SPE, doi.org/10.2118/9781555631079.‏ ##
[20]. API specifications 12J, seventh edition, October 1, (1989). ##
پژوهش نفت
دوره 33، 1402-1 - شماره پیاپی 128
فروردین و اردیبهشت 1402
صفحه 3-19

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار