Закон сохранения энергии потока в трубопроводе выражается уравнением Бернулли

 

р ₂ – р ₁ = 0,5 ρ (a₂u²₂ – a₁ u ² ₁) + ρ g (z₂ – z₁) + ∆ р_ТР,                                                 (7.1)

 

где р₁,р₂ – давления в сечениях 1 и 2 соответственно; r - плотность потока; a ₁, a ₂ – поправочные коэффициенты на неравномерность распределения скоростей по сечениям; v ₁, v ₂ – средние скорости в соответствующих сечениях; z ₁, z ₂ – высоты соответствующих сечений над условными уровнем; D р_ТР – потери давления между сечениями, связанные с работой сил трения.

Потери давления (напора) на трение зависят от диаметра трубопровода, состояния внутренней поверхности его стенок, количества прокачиваемой жидкости и ее физических свойств и определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

 

                                                                                              (7.2)

или

                                                                                                (7.3)

 

где D р, D Н – перепады давления (Па) и напора (м), обусловленные трением; р ₁ и Н ₁, р ₂ и Н ₂ – давления (Па) и напор (м) в сечениях 1 и 2 соответственно; L, D – длина и диаметр трубопровода, м; v – средняя скорость жидкости, м/с; g – плотность жидкости, кг/м³; r - плотность жидкости, кг/м³; l - коэффициент гидравлического сопротивления, зависящей от режима и от шероховатости стенок труб.

Для ламинарного режима при Re £ 2320 коэффициент гидравлического сопротивления определяют по формуле

l = 64/ Re,                                                                                            (7.4)

 

                                                                                       (7.5)

 

подставляя в (7.3) вместо l его значения из (7.4), получим формулу Пуазейля

 

                                                                                          (7.6)

 

Для турбулентного режима движения при Re ³ 2320 коэффициент гидравлического сопротивления l определяют в зоне гладкого трения – по формуле Блазиуса

 

                       l = 0,3164/ Re^0,25,                                                                                (7.7)

 

в зоне смешанного трения, когда Re ³ 560D/k_э,- по формуле Альтшуля [2]

 

                                                                           (7.8)

 

в зоне шероховатого трения – по формуле Шифринсона

 

                                                                                        (7.9)

 

где k _э - эквивалентная шероховатость стенок труб [24].

Сравнительно часто формулу (7.3) записывают в следующем виде, подставляя вместо скорости v расход G:

 

                                                                    (7.10)

 

где G – расход, м³/с; S – площадь поперечного сечения, м²; К – расходная характеристика (модуль расхода), м³/с

 

;                                                                                  (7.11)

 

А – удельное сопротивление трубопровода, с²/м⁶;

 

                                                                         (7.12)

 

F – сопротивление трубопровода (полное), с²/м⁵;

 

                                                                                      (7.13)

 

Перепад давления (напора) в простом «рельефном» трубопроводе определяют по формуле

 

                                                                                          (7.14)

Величина  - положительна, когда сумма участков подъема больше суммы участков спуска, и отрицательна, когда сумма участков подъема меньше суммы участков спуска.

Гидравлический расчет простых трубопроводов сводится к определению одного из следующих параметров: пропускной способности G; необходимого начального давления при заданном конечном; диаметра трубопровода D.

 

Задача 7.1 На устье фонтанной скважины поддерживают напор 85м (давление 0,67 МПа). Нефть плотностью r_н = 800 кг/м³ динамической вязкостью m_н = 0,2 мПа×с транспортируется в однофазном состоянии по выкидной линии длиной L = 3000 м, диаметром D = 100 мм к «Спутнику», находящемуся выше устья скважины на Dz = 30 м. При указанных условиях определить пропускную способность G выкидной линии.

 

Задача 7.2 На дожимной насосной станции (ДНС) в сепараторе первой ступени поддерживают давление 0,6 МПа. Длина сборного коллектора, идущего от “Спутника” до ДНС, L = 10 км и (внутренний) диаметр его D = 3800 т/сут, ее плотность r = 0,8 т/м³, кинематическая вязкость ν = 100 мм²/с. Определить необходимый начальный напор Н_н или начальное давление р_н.

 

Задача 7.3. Определить массовый и объемный расходы для газопровода длиной L = 100 км, с наружным диаметром 720 мм и толщиной стенок 10 мм. Абсолютное давление в начале газопровода р_н = 5 Мпа, в конце р_к = 1,1 Мпа. Плотность газа при стандартных условиях r_г = 0,8 кг/м³, газовая постоянная R = 8,31 Дж/(моль×К). Коэффициент динамической вязкости газа m = 12×10^-6Па×с, коэффициент сжимаемости Z = 0,93. Температура грунта на глубине заложения газопровода 5^оС. Эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб k_э = 0,2 мм.

 

Задача 7.4Известен перепад давления на сборном коллекторе ∆P = 3 МПа, расход нефти G = 400 т/сут, разность высот конца и начала коллектора ∆z = 20 м, длина его L = 4 км, плотность нефти ρ = 0,8 т/м³, вязкость ν = 20 · 10^-6 м²/с. Необходимо определить диаметр коллектора.

Практические работы № 8

Тема: Расчеты сепарации газа в газонефтяных сепараторах первой ступени.   Расчет вертикального гравитационного сепаратора.

Цель занятия: Выбор сепаратора и определить долю сечения горизонтального газонефтяного сепаратора, необходимый диаметр вертикального сепаратора

 

Качество работы газонефтяных сепараторов первой ступени определяется в основном условиями работы осадительной и каплеуловительной секции. При этом эффективность сепарации газа оценивается удельным количеством капельной жидкости (нефти), уносимой потоком газа из сепаратора и характеризуемой коэффи­циентом уноса жидкости:

K_ж = G_ж/G_r                                                                                              (8.1)

 

где G_ж — объемный расход капельной жидкости, уносимой потоком газа из сепаратора, м³/сут; G _ж — объемный расход газа на выходе из сепаратора, м³/сут.

При этом все объемные расходы газа и жидкости приведены к давлению и температуре в сепараторе. Принимается также, что в сепараторе газообразная и жидкая фазы находятся в термоди­намическом равновесии.

Рекомендуется при расчетах и проектировании газонефтяных сепараторов принимать [2].

 

K_ж £ 10^-8                                                                                                   (8.2)

 

Технико-экономическое совершенство газонефтяных сепараторов определяется его пропускной способностью и металлоемкостью, Максимально допустимую скорость (м/с) газового потока в грави­тационных сепараторах при давлении сепарации рекомендуется определять по формуле:

 

w_p(p) £ 0,245 р ^-0,5                                                                                       (8.3)

 

где р — давление в сепараторе, МПа.

В вертикальных сепараторах допустимые скорости потока газа относятся к полному поперечному сечению сепаратора, а в гори­зонтальных — к поперечному сечению аппарата, не занятому жид­костью. Таким образом, объемная пропускная способность сепара­тора по газу, приведенная к нормальным условиям, будет опреде­ляться следующим образом:

 

Q_рп = F w _p (p) ,                                                                                 (8.4)

 

где F —площадь поперечного сечения потока газа в сепараторе; р —давление в сепараторе, МПа; Т — температура в сепараторе, К; z — коэффициент сжимаемости реального газа; р₀, T₀ — нор­мальные давление и температура (р₀=0,1013 МПа, T₀=273 К).

В первом приближении, подставляя в (8.4) скорость (8.3) и пренебрегая различием объемов реального и идеального газов при давлениях первой ступени сепарации нефти на промыслах 0,6МПа, получают (м³/c)

 

Q_гп £ 660 .                                                                                       (8.5)

В место (8.5) можно пользоваться формулой, выражая в м³/сут,

 

Q_гп £ 57,05∙ 10⁶ .                                                                          (8.6)

 

Для обеспечения пропускной способности газонефтяного сепаратора по газу (8.6) пропускная способность его по жидкости (м³/сут) должна быть не менее

 

Q_жп = 57,05∙10⁶ ,                                                              (8.7)

 

где G (р) — отношение объема газа, выделившегося из нефти при давлении и температуре в сепараторе, к объему нефти (объем газа приведен к нормальным условиям); В — обводненность добываемой продукции.

Для заданных размеров газонефтяного сепаратора доля сечения, занятая потоком газа, должна удовлетворять неравенству        

f _г ,                                                            (8.8)

 

где f _г — доля поперечного сечения сепаратора, занятая потоком газа; D — диаметр газонефтяного сепаратора, м; Q_ж — объемный расход жидкости, проходящий через сепаратор, м³/сут.