Расчет нефтепроводов

Гидравлический расчет нефтепроводов при изотермическом

движении потока

Задача 3-1

Дебит скважины по жидкости 50 м3/сут. (40% нефти и 60% воды); относительный удельный вес жидкости 0,95; известна кинематическая вязкость до обводнения — 28,5 сСт; температура нефти и окружающей трубопровод среды 20 0С; длина выкидной линии 900 м; нивелирная разность отметок конца и начала выкидной линии плюс 8 м; потери на местные сопротивления 1 м; а линейные потери равны 3 кгс/см2. Вычислить диаметр выкидной линии.

Указания к решению.

При изотермическом потоке гидравлический расчет нефтепровода для безводной, эмульсионной и парафинистой нефти ведется по формуле Дарси-Вейсбаха. При гидравлическом расчете основную трудность представляет определение коэффициента гидравлического сопротивления ввиду сложности установления вязкости.

Вязкость эмульсионной нефти зависит от свойств нефти, пластовой воды, степени диспергирования внутренней фазы и других факторов. Обычно расчетная величина вязкости берется по графикам полученных в лабораторных условиях для конкретного месторождения. Определив по рис. 1 и 2 вязкость эмульсионной нефти и переведя все параметры в единую систему измерений СИ, вычисляется диаметр нефтепровода.

Средняя оптимальная скорость эмульсии в трубопроводе зависит от ее вязкости. Для эмульсионной нефти значение скорости будет в пределах 0,5−1,0 м/с.

Уравнение Дарси-Вейсбаха для данной задачи содержит четыре неизвестных (?p, ?, V, d). Если предварительная задаться диаметром трубопровода, то неизвестным остается лишь перепад давления. Поэтому вести вычисления, задавшись несколькими значениями диаметра, а затем выбрать тот, при котором расчетный перепад давления нас устраивает.

Рис. 1 Зависимость относительной вязкости нефтей и эмульсий от температуры.

1-девонские 2- угленосные Рис. 2 Зависимость отношения вязкости эмульсии к вязкости безводной нефти (при одинаковых температурах) от содержания воды в эмульсии.

Задача 3−2

Выбрать насос и рассчитать диаметр трубопровода, по которому транспортируется парафинистая нефть угленосной свиты Башкирии расхода 1860 м3/сут, удельным весом 380 кгс/м3. Известны: содержание парафина 4,5%, асфальтено-смолистых веществ — 23сПз; средняя температура перекачки 300С; длина нефтепровода 25 км; местность ровная.

Указания к решению.

Парафинистые нефти обладают структурной вязкостью, которая при увеличении градиента скорости непрерывно уменьшается. При достижении определенного напряжения сдвига происходит полное разрушение структурного каркаса и вязкость разрушенной структуры становится постоянной. Транспортировка парафинистой нефти, как правило, осуществляется при разрушенной структуре.

Для определения расчетной вязкости парафинистой нефти можно пользоваться номограммой Г. В. Рудакова. Согласно номограмме (рис.3), вязкость парафинистой нефти аддитивно складывается из вязкостей ее компонентов, т. е. асфальтенов и силикалегелевых смол и твердых парафинов.

(3.1)

где ћ -расчетное значение динамической вязкости, сПа;

снормирующий множитель; АСВ — содержание асфальтено — смолистых веществ, %; П — содержание твердых парафинов, %.

Нормирующий множитель с не является постоянной величиной и с увеличением вязкости снижается, что можно объяснить подавлением кристаллизации парафинов асфальтено-смолистыми веществами, которые обволакивают собой зародыши их кристаллов.

В процессе транспортировки нефти парафин откладывается на внутренней поверхности трубопровода, уменьшая его проходное сечение. В расчетах это обычно не принимают в учет, т.к. отложения должны систематически удаляться.

Расчет диаметра трубопровода производится по обычной формуле Дарси-Вейсбаха. Поскольку в ней неизвестными являются четыре параметра: перепад давления? Р, коэффициент гидравлического сопротивления ?, диаметр трубопровода d и средняя скорость V, обычно задаются диаметром и вычисляют остальные параметры. Если вычисленный перепад давления удовлетворяет выбранному насосу, то по ГОСТ 8732–70 окончательно выбирают трубы.

Рис. 3. Номограмма для определения расчетной вязкости нефтей.

Расчет нефтепроводов при неизотермическом движении потока

Задача 3−3

Определить гидравлические потери при перекачке вязкой нефти по нефтепроводу диаметром D=359 мм на расстоянии L=20 км расходом Q=500м3/час. Температура окружающей трубопровод среды t0=00С. Полный коэффициент теплопередачи на участке турбулентного движения Kt=3,5 ккал/м2 час • 0С, на участке ламинарного движения.

kл=2,5 ккал/м2 час • 0С. Плотность перекачиваемой нефти

т/м3. Теплоемкость нефти Ср=2,09кДж/кг• 0С.

Начальная температура нефти tн=900С, конечная tк=250С.

Зависимость вязкости нефти от температуры приведена в таблице 1.

Таблица 1.

Указания к решению.

Расчет ведем по методике, приведенной в.

1) Коэффициент крутизны вискограммы

(3.2)

где ?1 и ?2- вязкости при произвольных температурах t1 и t2;

2) Критическая температура жидкости, при которой турбулентный режим переходит в ламинарный

(3.3)

tхтемпература выбираемая в рабочем интервале температур,

0С (в данном случае примем конечную температуру tх=tк=250С);

Vккинетическая вязкость нефти в м2/с при температуре tх;

D-наружный диаметр трубопровода, м;

Reкркритическое число Рейнольдса, равное 2300;

Q-объемный расход жидкости, м3/с

3) Длина трубопровода с турбулентным режимом движения нефти определяется по формуле

(3.4)

4) Гидравлические потери в турбулентном участке движения определяется по формуле

(3.5)

Здесь d — внутренний диаметр трубопровода, м;

(3.6)

где V — скорость нефти в трубопроводе,

(3.7)

5) Гидравлические потери в ламинарном участке определяются по следующей формуле

(3.8)

Здесь (3.9)

Общая потеря от гидравлического трения составит

(3.10)

Решение

1) Подставив численное значение вязкостей при t1=250С и t2=900С в формулу (3.2), получим

2) Подставив численные значения в формулу (3.3), получим Таким образом, при температуре жидкости ниже 660С режим движения жидкости в трубопроводе ламинарный, а вышетурбулентный.

3) Длину трубопровода с турбулентным режимом вычислим по формуле (3.4)

4) Гидравлические потери в турбулентном участке трубопровода согласно формуле (3.5)

.

Здесь значение параметра вычислено по формуле (3.6)

Скорость нефти в трубопроводе — по (3.7)

5) Подставим численные значения в формулы (3.8) и (3.9), получим гидравлические потери в ламинарном участке трубопровода

=

6) По формуле (3.10) находим суммарные гидравлические потери

.