Гидравлический расчет нефтепроводов (2 часа)

СООРУЖЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ

Роль трубопроводного транспорта в нефтяной и газовой отрасли чрезвычайно велика. В первую очередь это относится к газовой промышленности, где трубопроводы являются единственным средством транспорта больших объёмов газа от места добычи к потребителю. Увеличение протяжённости трубопроводных сетей сопровождается ещё большим увеличением объемов газа и нефти, транспортируемых по трубопроводам, за счет усовершенствования технологии строительства и эксплуатации трубопроводов. Крупные магистральные газопроводы соединяются между собой, строятся подземные хранилища газа, создана единая кольцевая система газоснабжения страны.

Современные системы сбора и подготовки продукции нефтяных скважин предусматривают максимальное использование энергии пласта для обеспечения транспортирования нефтегазовых смесей как по промысловым трубопроводам, так и через все технологические установки, включая установки подготовки нефти, газа и воды. При этом высокая эффективность производства достигается в результате совмещения различных технологических процессов.

Системы сбора и подготовки нефти и газа состоят из разветвленной сети трубопроводов, замерных установок, сепарационного оборудования, резервуарных парков, установок комплексной подготовки нефти, установок подготовки воды, насосных и компрессорных станций.

Выбор системы сбора определяется условиями добычи нефти и газа на данном месторождении - составом и физическими свойствами нефти, устьевыми давлениями и температурами, газовым фактором, сеткой расположения скважин, рельефом местности.

Эти и другие вопросы исполнены в настоящих методических указаниях, позволяющих студентам самостоятельно решать задачи и выполнять технические задания по дисциплине «Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ».

Практическое занятие 1

Гидравлический расчет нефтепроводов (2 часа)

Гидравлический расчет нефтетрубопроводов предусматривает определение их диаметров или пропускной способности или необходимого перепада давления по его длине или участкам.

Путевые потери напора в общем случае складываются из потерь на внутреннее трение жидкости по длине трубопровода (h_тр) и из потерь на местные сопротивления (h_м) (задвижки, диафрагмы, повороты и т.д.)

(1.2)

При гидравлическом расчете из-за их малости нефтепровода местными сопротивлениями можно пренебречь. Потери напора по длине трубопровода при установившемся движении обычно определяют, полученной из уравнения Бернулли по формуле Дарси-Вейсбаха

(1.3)

или потери давления на трение

, (1.4)

где L - длина трубопровода; D- внутренний диаметр трубопровода; - коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий от режима течения, т.е. и относительной шероховатости внутренней стенки трубы.

, (1.5)

где Re - число Рейнольдса

, (1.6)

где e - абсолютная шероховатость стенок трубы. Число Рейнольдса определяется по формуле

, (1.7)

где - динамическая вязкость жидкости.

Средняя скорость определяется

, (1.8)

где Q - объемный расход жидкости.

При Re < 2300 течение жидкости в трубопроводе ламинарное и в этом случае коэффициент гидравлического сопротивления, определяется по формуле Стокса

, (1.9)

При Re > 2300 течение жидкости приобрести турбулентный характер.

Турбулентное течение характеризуется хаотичным беспорядочным движением частиц жидкости в ядре потока и ламинарным подслоем у стенки трубы. Хаотическое беспорядочное движение частиц что приводит к увеличению затрат энергии на трение жидкости, о стенки трубы и росту потерь на трение. При турбулентном режиме течения жидкости коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле Блазиуса:

(1.10)

или по формуле Кутателадзе, Кононова и т.д.

Задача 1.1. Рассчитать давление на в начале шлейфа (выкидной линии) добывающей скважины после штуцера для следующих условий: трубопровод горизонтальный, местные сопротивления отсутствуют, длина выкидной линии L = 4200 м. внутренний диаметр выкидной линии d_вн= 0,1 м, дебит скважины Q= 320 м³/сут, плотность нефти = 850 кг/м³; давление перед входом в сепаратор Р_с = 1 ,5 МПа, вязкость нефти = 3,5 мПа-с.

Решение. Для заданных условий при Z₁=Z₂=0 давление после штуцера

где - потери давления по длине от устья до сепаратора.

Рассчитаем скорость движения нефти по формуле (1.8):

Определим число Рейнольдса по формуле (1.7):

режим течения турбулентный

Рассчитаем потери давления по длине трубопровода (1 .4):

Давление у скважины после штуцера определим по формуле (1.11)

Варианты данных по задачам и вопросы к практическим занятиям приведены в приложении 1.