Классификация трубопроводов.

Трубопроводы, транспортирующие продукцию скважин на площадях нефтяных месторождений, подразделяются на следующие основные категории:

1) По назначению — нефтепроводы, газопроводы, нефтегазопроводы, нефтегазоводопроводы и водопроводы;

2) По характеру напоров — напорные и безнапорные;

3) По величине рабочего давления — высокого Па,середного Па и низкого Па давления.

4) По способу прокладки — подземные, надземные и подводные;

5) По функции –а)выкидные линии, идущие от устьев скважин до групповой замерной установки; б) нефтяные, газовые водяные и нефтегазоводяные сборные коллекторы; в) товарные нефтепроводы;

6) По гидравлической схемы работы — простые трубопроводы, не имеющие ответвлений, и сложные трубопроводы, имеющие от ветвления, к которым относятся также замкнутые (кольцевые) трубопроводы.

Движение нефти и ее примесей по выкидным линиям до ГЗУ осуществляется за счет давления на устьях скважин. Выкидные линии в зависимости от дебита скважин принимаются диаметром от 75 до 150мм и прокладываются под землей. Протяженность выкидных линий определяется технико-экономическими расчетами и может достигать 4 км и более.

От ГЗУ, к которой подводится по выкидным линиям продукция от 14 до 56 скважин (по числу Спутников, определяемых технико- экономическими расчетами), до ДНС или установки подготовки нефти (УПН) обычно прокладывается сборный коллектор диаметром от 100 до 350 мм и протяженностью 10 км и более (Рис 1 А поз 3). Гидравлический расчет трубопроводов при движении по ним нефтегазовых смесей. Большинство нефтепроводов, проложенных по площадям месторождений работает с неполным заполнением сечения трубы нефтью, т. е. часть трубы обычно бывает занята газом.

Рис. 1. Примерные структуры газожидкостных потоков в горизонтальных трубах: Поток а-с пузырками газа в верхней образующей; б-с началом образования газовых пробок; в-расслоенный; г- волиновой; д- пробковое течение; е- эмульсионный (сотовый); ж- пленочный

Основной задачей, возникающей при гидравлическом расчете трубопроводов, транспортирующих газожидкостную смесь, является определение перепадов давления. Основное расчетное уравнение для нефтепроводов можно записать следующем упрощенном виде:

Перепад давления обусловленный гидравлическим сопротивлением газожидкостного потока, можно определить по формуле, подобной формуле Дарси –Вейсбаха

Где коэффициент гидравлического сопротивления, который согласно работе находится следующим образом:

При

;

При

Число Рейнольдса для смеси определяется как

Кинематическая вязкость двухфазного потока определяется по формуле Манна:

Где объемное газосодержание двухфазного потока определяемое по формуле

Где и соответственно объемный расход газа и жидкости при средних давлении и температуре в трубопроводе.

Основные понятия о реологических свойствах нефти и расчет трубопроводов, транспортирующих неньютоновские жидкости. За последние годы все больше открывается месторождений с парафинистой нефтью движение которой по трубам не подчиняется известным законам гидравлики. Содержание парафина в некоторых нефтях этих месторождений достигает 25 %, а смол-55 %.Под реологическими свойствами нефти вообще и парафинистой в частности будем понимать зависимость вязкости нефти от изменения градиента скорости в трубе и напряжения сдвига .

Рис. 2. Физические свойства ньютоновских и неньютоновских жидкостей и характер их движения по трубам в структурном потоке

Согласно закону Ньютона о вязкостном трении при движении жидкости в круглой трубе, уравнение касательного напряжения сдвига записывается в следующем виде;

Где касательное напряжение сдвига между двумя слоями жидкости или между жидкостью и теплом, заштрихованным на рисунке в Па; сила в Н; S- площадь соприкосновения между двумя слоями жидкости в м²; коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом абсолютной вязкости, в; градиент скорости между слоями жидкости в 1/с;

r- расстояние от оси трубы в м.

Жидкости, вязкость которых изменяется по прямолинейному закону () в зависимости от напряжения сдвига и градиента скорости , называются ньютоновскими.

Жидкости, вязкость которых не является постоянной величиной (т. е. ) в зависимости от напряжения сдвига и градиента скорости, называются неньютоновскими жидкостями (кривые 2 и 3 на рис 20 в). Кривые этого типа обычно получаются вблизи области температуры застывания нефти. До сих пор рассматривались изотермические потоки, т. е. такие для которых температура, а следовательно, и плотность и вязкость жидкости оставались неизменными на всем протяжении потока и в любой точке его поперечного сечения. Однако практически приходиться иметь дело с потоками жидкости, которые или подогреваются в различных печах (особенно при перекачке парафинистых нефтей) или их естественное тепло теряется в окружающую среду. С понижением температуры увеличивается вязкость нефти (эмульсии), а следовательно, и гидравлическое сопротивление при ее транспорте по трубопроводам. Падение температуры особенно нежелательно при перекачке высоковязких и парафинистых нефтей. Связь между начальной и конечной температурой нефти, а также температурой окружающей трубопровод среды устанавливается формулой акад.В. Н. Шухова:

Где соответственно начальная и конечная температура нефти в

e — основание натуральных логарифмов. равное 2,72; длина трубопровода в м.

Величина в данной формуле определяется из выражения

Называемого критерием Шухова. Здесь наружный диаметр трубопровода в м; коэффициент теплопередачи от жидкости в окружающую трубопроводов среду в Вт/м² .; объемный расход жидкости в м³/с; плотность жидкости в кг/м³; С — теплоемкость жидкости (для нефти С=2,09, для воды С= 4,19 кДж/кг. Для аналитического определения показателя крутизны необходимо знать вязкость нефти при двух различных температурах Подставляя эти данные в следующее формулу

И логарифмируя его получим

Вычитая из первого равенства второе. найдем

Для ориентировочного определения вязкости нефтей в зависимости от их температуры и плотности можно пользоваться рис 21

Рис. 3. График для ориентировочного определения вязкости нефтей в зависимости от их температуры и плотности

Литература:

1. Гужов А. И. Совместный сбор и транспорт нефти и газа. М., изд-во «Недра».1973,235с.
2. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М-Л., Госэнергоиздат, 1960,464 с.
3. Лутошкин Г. С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды к транспорту. М., изд-во «Недра», 1972, 326 с.
4. Лутошкин Г. С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. М».,Недра», 1974, 23с.