Практическое занятие 1 Гидравлический расчет нефтепроводов (2 часа)

Гидравлический расчет нефтетрубопроводов предусматривает определение их диаметров или пропускной способности или необходимого перепада давления по его длине или участкам.

Путевые потери напора в общем случае складываются из потерь на внутреннее трение жидкости по длине трубопровода (h_тр) и из потерь на местные сопротивления (h_м) (задвижки, диафрагмы, повороты и т.д.)

(1.2)

При гидравлическом расчете из-за их малости нефтепровода местными сопротивлениями можно пренебречь. Потери напора по длине трубопровода при установившемся движении обычно определяют, полученной из уравнения Бернулли по формуле Дарси-Вейсбаха

(1.3)

или потери давления на трение

, (1.4)

где L - длина трубопровода; D- внутренний диаметр трубопровода; - коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий от режима течения, т.е. и относительной шероховатости внутренней стенки трубы.

, (1.5)

где Re - число Рейнольдса

, (1.6)

где e - абсолютная шероховатость стенок трубы. Число Рейнольдса определяется по формуле

, (1.7)

где - динамическая вязкость жидкости.

Средняя скорость определяется

, (1.8)

где Q - объемный расход жидкости.

При Re < 2300 течение жидкости в трубопроводе ламинарное и в этом случае коэффициент гидравлического сопротивления, определяется по формуле Стокса

, (1.9)

При Re > 2300 течение жидкости приобрести турбулентный характер.

Турбулентное течение характеризуется хаотичным беспорядочным движением частиц жидкости в ядре потока и ламинарным подслоем у стенки трубы. Хаотическое беспорядочное движение частиц что приводит к увеличению затрат энергии на трение жидкости, о стенки трубы и росту потерь на трение. При турбулентном режиме течения жидкости коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле Блазиуса:

(1.10)

или по формуле Кутателадзе, Кононова и т.д.

Задача 1.1. Рассчитать давление на в начале шлейфа (выкидной линии) добывающей скважины после штуцера для следующих условий: трубопровод горизонтальный, местные сопротивления отсутствуют, длина выкидной линии L = 4200 м. внутренний диаметр выкидной линии d_вн= 0,1 м, дебит скважины Q= 320 м³/сут, плотность нефти = 850 кг/м³; давление перед входом в сепаратор Р_с = 1 ,5 МПа, вязкость нефти = 3,5 мПа-с.

Решение. Для заданных условий при Z₁=Z₂=0 давление после штуцера

где - потери давления по длине от устья до сепаратора.

Рассчитаем скорость движения нефти по формуле (1.8):

Определим число Рейнольдса по формуле (1.7):

режим течения турбулентный

Рассчитаем потери давления по длине трубопровода (1 .4):

Давление у скважины после штуцера определим по формуле (1.11)

Варианты данных по задачам и вопросы к практическим занятиям приведены в приложении 1.

Практическое занятие 2.

Определение пропускной способности газопровода (2 часа).

Массовый расход газа в газопроводе для установившегося изотермиче­ского режима течения определяется по формуле

, кг/сек (2.1)

где Р_н и Р_к - давления, соответственно, в начале и в конце газопровода;

D- внутренний диаметр газопровода;

- коэффициент гидравлического сопротивления;

Z - коэффициент сжимаемости газа;

R - газовая постоянная;

Т - температура газа;

L - длина газопровода.

Коэффициент гидравлического сопротивления определяют по универсальной формуле ВНИИгаза:

, (2.2)

при 158/Re>>2K_э/D

(2.3)

при 158/Re<<2K_э/D

(2.4)

По данным ВНИИгаза, для новых труб К_э = 0,03 мм. Тогда из (2.4) получим

, (2.5)

где D - диаметр, мм.

Граница между смешанным и квадратичным режимами течения определяется зависимостью

(2.6)

при Re > Re_кр - квадратичный режим течения, при Re < Re_кр - смешанный.

Число Рейнольдса

, (2.7)

где, _г- средняя по сечению трубы скорость газа;

_{г г}- коэффициенты кинематической и динамической вязкости газа, соответственно.

При технических расчетах коэффициент гидравлического сопротивления можно принимать

(2.8)

Если необходимо определить давление Р на расстоянии Х от начала газопровода, то следует использовать уравнение

(2.9)

Так как в газопроводах закон падения давления по длине имеет нелинейный характер, то среднее давление определяется как среднеинтегральное

(2.10)

Задача 2.1. Определить массовый и объемный расходы для газопровода длиной L = 100 км, с наружным диаметром 720 мм и толщиной стенки 10мм. Абсолютное давление в начале газопровода Р_н = 5 МПа в конце Р_к =1,1 МПа. Плотность газа при стандартных условиях р_г =0,8 кг/м , газовая постоянная R = 8.31 Дж/(моль-К). Коэффициент динамической вязкости газа _r = 12-10^-6 Па-с, коэффициент сжимаемости Z= 0,93. Температура грунта на глубине залегания 5°С. Эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубы К_э = 0,2 мм.

Решение.

Задаваясь квадратичным законом сопротивления, по (2.4) определяем коэффициент гидравлического сопротивления

В соответствии с (3.8) расчетное значение принимаем = 0,01575. По (3.1) определяем массовый расход

.