Гидравлический расчет простого нефтесборного трубопровода и способы увеличения производительности трубопроводов.

При движении жидкости по трубопроводу происходит потеря давления по его длине, вызываемая гидравлическими сопротивлениями. Величина потерь давления (напора) зависит от диаметра трубопровода, состояния его внутренней поверхности стенок (гладкие, шероховатые), количества перекачиваемой жидкости и ее свойств.

Простой трубопровод - имеет постоянный диаметр по всей длине и не имеет ответвлений.

Гидравлический расчет сводится к определению одного из параметров:

1. пропускная способность трубопровода (Q) при известных: D, l, rж, μж, ∆z;   

2. необходимый начальный напор (Н1) или давление (Р1) при известных Н2 или Р2 в конце участка трубопровода, l, D, rж, μж, ∆z, Qж;  

Q>V>Re> λ>H>Pиск

3. диаметр трубопровода, способного пропустить заданный расход Qж при тех же известных, что и 1 и 2 случаях.

D>Re>λ>H>хар-ка hтр=f(P)

Pнач=Ркон+Ртр+рg∆h

Гидравлический расчет трубопроводов при движении по ним однофазных Ж основан на уравнении Бернулли:

,

где z – потенциальная энергия положения жидкости (геометрический напор), м;

р/ρg - потенциальная энергия давления жидкости (пьезометрический или статический напор), м;

υ2/2g - удельная кинетическая энергия жидкости (скоростной или динамический напор), м;

α - коэффициент Кориолиса, при турбулентном движении = 1;

hпп – потери напора.

Потери напора при преодолении трения по длине трубопровода при установившемся течении определяют по формуле Дарси-Вейсбаха:

или ,

где l, D – длина и диаметр трубопровода, м;

∆p – перепад давления из-за трения, Па;

υ – Средняя скорость Ж, м/с;

ρ – Плотность Ж, кг/м3;

l - коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий от режима движения жидкости (число Рейнольдса), шероховатости внутренней стенки трубы.

,

где Q – объемный расход Ж, м3/с.

При Rе < 2320 (ламинарный режим): λ = 64 / Re – ф-ла Стокса.

При Re > 2320 (турбулентный режим) и делится на три зоны:

1 зона – гидравлически гладких труб: 2320 < Re < Reпер1;

2 зона – переходная зона (смешанное трение): Reпер1 < Re < Reпер2;

3 зона – гидравлически шероховатых труб (автомодельная зона): Reпер2 < Re.

;

Для 1 зоны используют формулу Блазиуса: 2320<Re<105

Для 2 зоны используют формулу Альтшуля: Re>105

, kэ – эквивалентная шероховатость

Для 3 зоны используют формулу Никурадзе:

Потери напора на местные сопротивления:

где ξ - коэффициент местного сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса, формы местного сопротивления и шероховатости;

υ - средняя скорость движения жидкости в сечении потока за местным сопротивлением;

Местные сопротивления определяют по эквивалентной длине:

=>

На нефтяных месторождениях часто приходится увеличивать пропускную способность сборных коллекторов в связи с подключением новых скважин или увеличением производительности существующих скважин, подающих продукцию к УПН.

Способы увеличения производительности трубопроводов:

1) уменьшение вязкости перекачиваемой нефти путем ее подогрева;

2) подача в поток обводненной нефти ПАВ => внешней фазой становится вода, имеющая меньшую вязкость, чем нефть;

3) прокладка параллельного нефтепровода (лупинга) => увеличение площади сечения, снижение соответствующим образом скорости течения Ж => снижение потерь напора на трение;

4) повышение Р на устье скважины или установка дополнительного насоса (на ДНС), работающего параллельно с основным;

5) комбинация способов.