Гидравлический расчет трубопроводов при движении в них нефтегазовых смесей.
На промыслах 70 % трубопроводов транспортируют нефтегазовые смеси, то есть являются трубопроводами с неполным заполнением сечения.
Рис. 8. Структуры газожидкостных потоков в горизонтальных трубах.
а - пузырьки газа в верхней образующей; б - начало образования газовых пробок; в - разделенная структура; г - пробково-диспергированная: д - пробковая; е - пленочно-диспергированная.
В зависимости от количества нефти и газа, протекающих по трубопроводу, может образоваться несколько структур течения, характеризующих взаимное расположение газовой и жидкой фаз в процессе их движения (рис. 8). Последовательность указанных на рисунке структур объясняется постепенным увеличением газовой фазы в потоке нефти. Трубопроводы с первыми двумя структурами потока без особых погрешностей можно рассчитывать по формулам Дарси-Вейсбаха.
Основная задача, возникающая при гидравлическом расчете трубопроводов, транспортирующих нефтегазовые смеси, - определение перепадов давления. Расчетное уравнение для "рельефных" (негоризонтальных) нефтепроводов записывается в следующем виде:
∆P =∆Pтр см + ∆Pсм
где ∆P - перепад давления, обусловленный весом столба газожидкостной смеси, а для горизонтального трубопровода это значение отсутствует.
Перепад давления- обусловленный гидравлическим сопротивлением нефтегазового потока, можно определять по формуле:
где λ см - коэффициент гидравлического сопротивления, который находится по формуле:
Число Рейнольдса для смеси определяется как:
Кинематическая вязкость двухфазного потока Vсм определяется по формуле Манна:
где р. - объемное расходное газосодержание двухфазного потока:
где G, и Он - соответственно объемный расход газа и нефти при средних давлении и температуре в трубопроводе.
Плотность нефтегазовой смеси р.„, определяется из выражения:
где рц и рг - соответственно плотность нефти и газа при средних давлении и температуре смеси в трубопроводе; <р. - истинное газосодержание нефти определяется как отношение площади сечения потока, занятого газовой фазой Sr, к полному поперечному сечению потока s, то есть:
Вся трудность решения задач, связанных с движением нефтегазовых смесей по трубопроводам, сводится к отысканию закономерности изменений истинного газосодержания (р, зависящего от физических свойств нефти и газа, их расхода, диаметра и наклона трубопровода. Закономерности изменения (р от указанных параметров устанавливаются только опытным путем при помощи мгновенных отсечек потока или просвечивания труб гамма-лучами.
Общий перепад давления в "рельефном" трубопроводе, обусловленный гравитационными силами и силами трения смеси, определяется из уравнения:
где Zп и Zсп - высоты отдельных восходящих (подъемов) и нисходящих (спусков) участков трубопровода; pп и pсп - плотность смеси соответственно на подъемах и спусках, определяемая из формул:
Источник:
Коршак А.А., Нечваль А.М. Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов. – СПб: Недра, 2008. – 488с.