ارائه روش طراحی بهبودیافته جداساز دوفازی و طراحی جداساز صنعتی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی و تحلیل ابعادی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی نفت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی نفت، دانشگاه کربلا، عراق

چکیده

سیال تولیدی از چاه‌های نفت و گاز معمولاً به‌صورت دوفازی بوده که با توجه به لزوم حداکثرسازی بازدهی جداسازهای دوفازی، دستیابی به طراحی دقیق ابعاد این جداسازها ضروری است. اما یکی از مشکلات اساسی کشور نبود یک روش طراحی دقیق ابعاد جداسازهای دوفازی صنعتی است. بنابراین یکی از مسائل مهم حال حاضر در صنعت نفت، دستیابی به‌روشی مطمئن برای طراحی ابعاد جداسازهایی است که بهترین راندمان عملیاتی را در فرآیند جداسازی سیال تولیدی داشته باشند. در این پژوهش ابتدا مروری بر روش‌های طراحی کلاسیک جداسازهای دوفازی که بر مبنای روش‌های تئوری و نیمه‌تجربی استوار هستند، انجام شد. سپس به منظور بررسی آزمایشگاهی عملکرد جداسازهای دوفازی، پایلوت آزمایشگاهی جداساز طراحی شد. بنابراین یکی از مشکلات اصلی این حوزه یعنی نبود جداساز آزمایشگاهی مناسب جهت بررسی تجربی عملکرد جداساز دوفازی، برطرف شد و در حال حاضر امکان بررسی دقیق ابعاد جداساز دوفازی با استفاده از نتایج تجربی فراهم شد. با توجه به نتایج آزمایش های انجام شده در شرایط مختلف عملیاتی و مقایسه با طراحی کلاسیک، ضریب تصحیح (α) برای اصلاح روابط کلاسیک ارائه شد. در نهایت روش تحلیل ابعادی برای طراحی ابعاد جداساز دوفازی صنعتی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی معرفی شد. به منظور اعتبارسنجی روش تحلیل ابعادی، ابعاد استاندارد برای جداسازی قطرات مایع بزرگتر از µm 750 از فاز گاز در سیال تولیدی یکی از چاه های میدان پارس جنوبی ارائه شد و با ابعاد جداساز واقعی مقایسه شد. لازم به ذکر است میزان خطای ابعاد جداساز طراحی‌شده در مقایسه با ابعاد جداساز واقعی کمتر از 4% بوده است.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Introducing Modified Separator Design Model and Industrial Separator Design Using the Dimensional Analysis

نویسندگان [English]

  • Ali Salmani Sayah 1
  • Yousef Rafiei 1
  • Mohammad Javad Ameri 1
  • Mehdi Fadaei 1
  • Keyvan Ghorbanpour 1
  • Mohammed Sadeq Adnan 2
1 Department of Petroleum Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Petroleum Engineering, University of Kerbala, Iraq
چکیده [English]

The fluid produced from oil and gas wells is usually two-phase, which due to the need to maximize the efficiency of two-phase separators, achieving accurate design of separator dimensions is essential. But one of the main problems in the country is the impossibility of accurate design of the dimensions of industrial two-phase separators. Therefore, one of the most important issues in the field of oil and gas industry is to achieve a reliable way to design the dimensions of separators that have the best operational efficiency in the process of separating the production fluid. In this study, a review of classical methods of designing two-phase separators based on theoretical and semi-experimental methods was performed. Then, in order to evaluate the two-phase separators in the laboratory, the laboratory pilot design of the separators was performed. Therefore, one of the main problems in this field, namely the lack of a suitable laboratory pilot to experimentally evaluate the performance of two-phase separators, was solved, and it was possible to determine the standard dimensions for accurate design of industrial separators. According to the results of experiments performed in different operating conditions and comparison with the classical design, a correction factor (α) was proposed to modify the classical relations. Finally, the dimensional analysis method was introduced to design the dimensions of the industrial separator using laboratory results. In order to validate the dimensional analysis method, standard dimensions for separating liquid droplets larger than 750μm in the produced fluid by one of the wells in South Pars field were presented and compared with the actual separator dimensions. It should be noted that the design error of industrial separator dimensions compared to the dimensions of separators used in industry, has been less than 4 percent.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Classical Design
  • Dimensional Analysis
  • Separator
  • Multi-phase Flow
  • Correction Factor

مراجع

[1]. Souders M, Brown G G (1934) Design of fractionating columns I. Entrainment and capacity. Industrial and Engineering Chemistry, 26, 1: 98-103. ##
[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]. Muther T, Khan M J, Chachar M H, Aziz H (2020) A Study on designing appropriate hydraulic fracturing treatment with proper material selection and optimized fracture half-length in tight multilayered formation sequence, SN Applied Sciences, 2, 5: 1-12‏. ##
[5]. Stewart M (2014) Surface production operations, Design of Gas-Handling Systems and Facilities, Gulf Professional Publishing, 2. ##
[6]. Yayla S E D A T, Kamal K, Bayraktar S (2019) Numerical analysis of a two-phase flow (oil and gas) in a horizontal separator used in petroleum projects, Journal of Applied Fluid Mechanics, 12, 4: 1037-1045. ##
[7]. 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, 34, 04: 805-819. ##
[8]. 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. ##
[9]. Acharya T, Casimiro L (2020) Evaluation of flow characteristics in an onshore horizontal separator using computational fluid dynamics, Journal of Ocean Engineering and Science, 5, 3: 261-268. ##
[10]. Laleh A P, Svrcek W Y, Monnery W D (2012) Design and CFD studies of multiphase separators—a review, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 90, 6: 1547-1561. ##
[11]. Mokhatab S, Poe W A (2012) Handbook of natural gas transmission and processing, Gulf Professional publishing. ##
[12]. Arnold K, Stewart M (2008) Surface production operations: Ken Arnold, Maurice Stewart, design of oil handling systems and facilities, Surface Production Operations: Design of Oil Handling Systems and Facilities, Elsevier. ##
[13]. Specification A (2009) 12J. Specification for Oil and Gas Separators. ##
[14]. 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. ##
[15]. 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.‏ ##
[16]. 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, SPE Middle East Oil and Gas Show and Conference, Society of Petroleum Engineers. ##
[17]. Fadaei M E H D I, Ameli F, Hashemabadi S H (2019) Experimental study and CFD Simulation of Two-phase Flow Measurement Using Orifice Flow Meter, Petroleum Research, 29, (10800843: 85-96‏.##
[18]. Yeoh, G. H. and J. Tu (2019). Computational techniques for multiphase flows, Butterworth-Heinemann. ##
[19] کاظمی م. ص.، (1391) طراحی جداساز سه فاز و مقایسه نتایج با نمونه موجود در صنعت نفت ایران، پایان نامه کارشناسی، دانشکده مهندسی نفت دانشگاه صنعتی امیرکبیر. ##
[20] کاظمی م. ص.، (1393) طراحی مدل آزمایشگاهی جداساز مایع-گاز ، پایان نامه کارشناسی ارشد ، دانشکده مهندسی نفت دانشگاه صنعتی امیرکبیر . ##
[21] سلمانی سیاح ع.، (1397) طراحی تجهیزات طرح پایلوت آزمایشگاهی جداساز، پایان نامه کارشناسی، دانشکده مهندسی نفت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر. ##
پژوهش نفت
دوره 31، 1400-5 - شماره پیاپی 120
آذر و دی 1400
صفحه 17-30

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار