1470
.pdfПоскольку Rej<Re<Ren, то течение газонасыщенной нефти осуще ствляется в зоне смешанного трения.
12. Коэффициент гидравлического сопротивления по формуле (5.14)
X = 0,11• (2,85 • 1 (Г1+ 68 )°'25 = 0,0 192. 106249
13. Гидравлический уклон по формуле (5.18)
. _ 0,192 1,682
= 0,00394.
ls_ 0,702 2-9,81
14.Напор, необходимый для закачки газонасыщенной нефти в
концевую сепарационную установку, примем равным = 30м. Для обеспечения однофазности потока газонасыщенной нефти в обвяз ке конечного пункта его надо увеличить на напор, соответствующий давлению насыщения, т.е.
1,67 |
-106 |
НКП( = 30 + |
= 235,9 м. |
826,8 |
-9,81 |
15.Полные потери напора в трубопроводе по формуле (5.28)
Н= 1,02 • 0,00394 • 550 • 103 - 20 + 235,9 = 2426,2 м.
16.Расчетный напор одной станции по формуле (5.20)
Нст =2-238,3 = 476,6м.
17. Расчетное число насосных станций по формуле (5.32)
2426,2-1-74,3
= 4,94 « 5
476,6
Так как расчетное количество насосных станций мало отличается от целого, то трубопровод загружен практически полностью. Следо вательно, применение противотурбулентных присадок нецелесообразно и самым предпочтительным способом регулирования его производи тельности является работа различным количеством насосов.
Пример 8.5. Определить гидравлическое сопротивление трубо провода с внутренним диаметром 207 мм, длиной 10 км и AZ=-10M для перекачки смеси нефти и воды с расходами QH=0,025M3/ C и QB=0,01 м 3/с . Свойства составляющих смеси: цж=6 * 10 3 П а -с ,
рж=825 кг/м3, рв=1,1 *Ю'3 П а -с, рв=1000 кг/м3, о нв=0,039 н/м.
Решение 1. Объемная доля воды в эмульсии по формуле (8.67)
рв = 0,01 /(0,025 + 0,01) = 0,286.
319
2. Критическое расходное содержание воды в эмульсии по фор муле (8.68)
|
6-10' |
|
Рвкр = |
Л ы о - 3, |
3j = 0,710. |
|
1+ f 6-10"3 |
^ |
Так как рв < рв ^ , то эмульсия имеет тип |
«вода в нефти» и следовательно |
Рф = 0,286; рф = 1 0 0 0 -^ ; ре = 8 |
2 5 -^ -;ц с =61<Г3П а с . |
мм
3.Плотность эмульсии по формуле (8.69)
рэ = 825 • (1 - 0,286) +1000 • 0,286 = 8 7 5 , 1 .
м
4. Динамическая вязкость эмульсии по формуле (8.70)
Рэ = 6 1 0 " 3 -(1 -0,286) 2,5 = 13,9-10~3П а - с .
5. Средняя скорость эмульсии в трубопроводе по формуле (8.71)
4 |
(0,025 + 0,01) |
м |
со, = — |
-------------=—^- = 1,04— . |
|
3 |
3,14-0,2072 |
с |
6. Число Вебера по формуле (8.72) |
|
|
We = |
0,039 |
210,9- 10-6 |
= |
||
825-1,042 -0,207 |
|
|
7. Первое приближение величины среднего объемно-поверхнос тного диаметра капель эмульсии по формуле (8.72)
d, =1,4 0,207'(210,910"4)06 = 1,8110‘3м .
8. Так как рф < 0,524, то то = 0 , И=0 и, следовательно, число Рейнольдса при течении эмульсии находим по формуле (8.76)
Re |
1,04-0,207-875,1 |
|
Э |
=13553. |
|
|
13,9-10-з |
1+° |
|
|
6 |
9. Величина параметра Медведева по формуле (8.77)
H=13553 (210,9 10-6)''2 i ^ - = 0,601.
875,1
320
Так как Md > 0,46, то эмульсия неустойчива и эффект гашения тур булентности имеет место.
10. Величина расчетного параметра по формуле (8.79)
(б'Ю -3)5 -1,043
= 22,2-10~9
0,207-825-0,0394
11. Уточненная величина среднего объемно-поверхностного ди аметра капель по формуле (8.78)
1,81-10-3
d ,.= |
|
|
|
- ^ - = 2,09-10-3м |
|
|(1 - 0,286) • |
1-0,863 • 0,286 • (22,2 • 10“9 )°'15 |
|
|||
Так как |
в нашем |
случае (Зф < 0,524, то уточнять величину Re3 нет |
|||
необходимости. |
|
|
|
|
|
12. |
Коэффициент гидравлического сопротивления при течении |
||||
эмульсии по формуле (8.80) |
|
|
|
||
|
X = |
0,3164 |
|
= 0, |
0222. |
|
(1 + 1,125-1-0,28б)-135530’25 |
||||
|
|
|
|
||
13. |
Потери давления в трубопроводе при движении эмульсии по |
||||
формуле (8.81) |
|
|
|
|
|
АР = 875,1- 0,0222 • 10000 ^ 042 + 9,81 |
(-10) |
= 4,22-105П а . |
|||
|
|
2-0,207 |
v |
' |
|
Пример 8.6. Выполнить гидравлический расчет перекачки газо эмульсионной смеси по трубопроводу с внутренним диаметром 0,207м на расстояние 5км при AZ = 10м и при следующих исходных данных:
Q„ =0,025— |
; Q, =0,01— К |
|
нм |
Гп =45 |
нм |
р |
; Вк=1,05; |
||||
С |
с |
м3 - МПа |
|
М' |
ДГ=1,4Т0'3; р„у=1,4 кг/м3; ps=18T0'3 Па-с; |1В=1,1Т0'3 Па-с; Тср=298 К; ps=819 кг/м 3; рв=1000 кг/м3; а вг=0,07 н/м; а нг=0,02 н/м; AZn=80 м; AZC=40 м; а ср=3°; Ln=4237 м; Lc=763 м; Рср=2 МПа.
Решение
1.Количество газа, растворенного в 1м3 нефти, по формуле (8.87)
Г= 9 -(2 -0 ,1 ) = 1 7 ,1 - ^ .
м
2. Коэффициент сжимаемости газа по формуле (8.88)
И . Б-762 |
321 |
Zc = 1 - [(2 - 0,6) ■(о,00345 • 1,4 • 10"3 - 0,000446) + 0,015]-
•[1,3 - 0,0144 ■(298 - 293)] = 0,982
3. Объемные расходы газонасыщенной нефти и газа по форму лам (8.89), (8.90):
м3 Qs =0,025-1,05 = 0,0263— ;
Qr =0,0263-(45-17,1) |
0,1-298-0,982 |
м |
||
2-273 |
= 0,0393— . |
|||
г |
v |
’ |
с |
|
4. Объемная расходная доля воды в эмульсии по формуле (8.67)
0,01
Рв = 0,0263 + 0,01 = 0,276.
5. Объемное расходное газосодержание по формуле (8.91)
0,0393 Рг = 0,0393 + 0,0263 + 0,01 = 0,520.
6. Плотность газа при условиях перекачки по формуле (8.92)
2-273 кг
р= 1 ,4 ------------ - ----- = 26,1—гг.
Кгср 0,1-298-0,982 м3
7. Средняя скорость движения газоэмульсионной смеси по фор муле (8.93)
|
_ 4 - (0 ,0263+ 0,01+ 0,0393) |
м |
|
|
оз см |
z |
2,25 |
|
3,14-0,2072 |
с* |
|
8. |
Число Фруда смеси по формуле (8.94) |
|
|
|
|
2,252 |
|
|
F F CM = |
= 2,49. |
|
|
|
9,81-0,207 |
|
9. |
Объемная доля окклюдированного газа по формуле (8.95) |
||
|
фш =0,021-2,49 = 0,0523. |
|
|
10. Критическое расходное содержание воды в эмульсии, при котором происходит инверсия фаз, по формуле (8.68)
|
-3 \ 0-5 |
|
18-10~3 |
гвир |
[ u - lO - ’ J |
= 0,802. |
' ' I S -IO -3^
1 + 1, 1-10-3
322
11. Критическое истинное содержание дисперсной фазы в эмуль сии по формуле (8.96)
Ф ф .к р ~ |
0,802-0,0523 = 0,791. |
|
1-0,0523 |
Так как (Зв +9™ = 0,276 + 0,0523 = 0,328 <0,791, то тип эмульсии «вода в нефти» и поэтому
Р* =0,276; рф= 1000 -^; р,= 8 1 9 - ^ ; цс =1810 - эП а с .
Мм
12.Плотность газоэмульсионной смеси по формуле (8.98)
рр = 8 1 9 -(1 -0 ,2 7 6 )-(1 -0 ,5 2 )+ 1000-0,276 (1 -0 ,5 2 ) +
К Г
+26,1-0,52 = 430,7 —
м
13. Так как Рг < 0 ,6 , то согласно (8.99) истинное содержание дис персной фазы
ФФ= Рф = 0>276-
14. Плотность эмульсии по формуле (8.100)
|
К Г |
рэ = 8 19 •(1 - 0,276) +1000 •0,276 = 867 |
|
|
м |
15. Динамическая вязкость газированной эмульсии по формуле (8.101) |
|
18-10_3 |
= 42,6-10 П а-с |
^э = |
|
(1 -0,276) -(1-0,0523) |
|
16. Поверхностное натяжение на границе нефть-вода по фор |
|
муле (8.102) |
|
а„. = 0,07 - 0,02 = 0,05— . |
|
|
М |
17. Число Вебера по формуле (8.72) |
|
We = ---------^ |
--------- = 5,83 • 10'5 |
819-2,252 -0,207
18. Средний объемно-поверхностный диаметр капель воды в первом приближении по формуле (8.103)
d, =1,4-0,207-(5,83-10“5) |
1 -0,6 -0,52Л 0 -4 |
= 8,91-10 м . |
|
|
1 -0,8 -0,52 |
323
19. Так как (Зф < 0,524 , то т0 = 0, И = 0 и число Рейнольдса для газоэмульсионной смеси по формуле (8.76)
2,25-0,207-430,7
Кеэ = |
= 4709, |
|
42,6 -10“3 |
т.е. режим перекачки турбулентный.
20. Вычисляем параметр Медведева по формуле (8.77)
М„ = 4709 (5,83 10 '5 V'2 • |
= 0,0907 |
Так как Md < 0,46, то газовая эмульсия является плотной и эффект гашения турбулентности отсутствует (у, = 0 ). В связи с этим уточ нять величину среднего объемно-поверхностного диаметра капель нет необходимости.
21.Число Кутателадзе, характеризующее устойчивость газоэмуль сионной смеси к расслоению, по формуле (8.104)
2,25-430,7 0.5 |
|
К = |
= 15,6. |
[9,81 • 0,02 • (430,7 - |
26,1)]°’25 |
22. Кинематическая вязкость газоэмульсионного потока
v = ^ = 42i6vl0_ = 98,9 io^M_
Рр 430,7
23.Параметр С по формуле (8.107)
с_ sin3°-9,81 ■0,207] _ 4fi^6 .104
(98,9-10-*)
24.Так как С > 74240, то движение турбулентное и расчетную скорость потока при безнапорном течении находим по формуле (8.109)
|
(9,81-sinЗ0)4 -0,2075 -867 |
= 2,63— . |
|
©03 = 2’87 - |
42,6-10 -3 |
||
с |
25. Из уравнения неразрывности эквивалентный диаметр пото ка при безнапорном течении
d, *d- - ^ - = 0 ,2 0 7 - 2,25 = 0,192м.
©03 |
2,63 |
|
26. Число Рейнольдса на участке с безнапорным течением по формуле (8.76)
324
|
2,63-0,192-867 |
||
|
R -бэо |
|
=10277 |
|
|
42,6 -10"3 |
|
27. |
Коэффициент гидравлического сопротивления при безнапор |
||
ном течении по формуле (8.80) |
|
||
|
|
0,3164 |
0,0314. |
|
|
Ю2770,25 |
|
|
|
|
|
28. |
Критическое число Кутателадзе по формуле (8.106) |
||
|
|
( |
2sin3° |
|
2,25 |
1+ 0,2 - |
|
|
К ■Ф |
V______ |
0.0314 |
|
6,40. |
||
|
1 -0,52 |
||
|
|
|
|
29. Так как К > 6,40, то неравенство (8.105) не выполняется и, следовательно, во всем трубопроводе имеет место пробковая струк тура потока. Поэтому расчет общих потерь давления необходимо вести по формуле (8.110).
30. Так как в нашем случае режим перекачки эмульсии турбу лентный и Re3 < 105, то величину коэффициента гидравлического сопротивления находим по формуле (8.80)
|
|
0,3164 |
|
|
= 0,0382. |
|
|
47090,25 |
31. |
Расчетный коэффициент у, по формуле (8.116) |
|
|
\|/, = 1 + |
0,52 |
|
= 0,931. |
|
|
|
(1 -0 ,5 2 )1 5 ,6 |
32. |
Левая часть неравенства (8.117) |
|
1,6-5и-цЛ -2,15/К 2 =1,6 - 0,03 82 - 0,931 -2,15/15,62 = 0,048.
Так как неравенство (8.117) не выполняется в формулах (8.113), (8.115) надо брать знак плюс.
33. Приведенные коэффициенты гидравлического сопротивле ния на восходящих и нисходящих участках трассы по формулам (8.112), (8.113):
0,5-0,52-(867-26,1)
V„ = l + 430,7 • [(1,6 • 0,03 82 • 0,.931 + 2,15 /15,62 У*'5+ 1] = 1,104;
0,5-0,52-(867-26,1)
V„ = l + 430,7 • [(1,6 • 0,03 82 • 0, .931 + 2,15 /15,62 )"°’5 + 1] = 1,104.
325
34. Истинное газосодержание на всходящих и нисходящих учас тках трассы по формулам (8.114), (8.115):
|
_______________0152_______________ |
Ф т |
= 0,414; |
|
1 + (1,6 • 0,03 82 ■0,931 + 2,15 /15,62)05 |
________________ (V52________________
0,427
1 + ( |1,6-0,0382-0,931-2,15/15,62| )0-5
35. Общий перепад давления в трубопроводе при течении газо эмульсионной смеси
АР = 430,7 • 0,03 82 • . (1,104 • 4237 +1,091 • 763) +
+9,81-{80-[867-(1-0,414)+ 26,1 -0,414]-
-40 ■[867 • (1 - 0,427) + 26,1 • 0,427] } = 4,37 • 105 Па
Пример 8.7. Рассчитать перепад давления в нисходящем трубо проводе диаметром 207 мм и длиной 3 км при AZ=-157 м, если (оэ=0,5м/с. Динамическая вязкость газовой фазы рг=1 ^З-Ю ^Па с. Остальные данные принять из предыдущего примера.
Решение
1. Вычисляем sin а ср по формуле (8.86)
sin а ср = 157 |
= 0,0523 >т-е- а ср= 3° |
3000
2. Число Кутателадзе по формуле (8.104)
к ... |
0,5'867°’5 |
1 П |
[9,81 • 0,02 • (867 - 26,1)]0'25
3. Число Фруда при течении смеси по формуле (8.94)
Fr = |
0,52 |
= 0,123. |
|
|
9,81-0,207 |
4. Эквивалентный диаметр потока при безнапорном течении находим как в п.25 предыдущего примера
с!э =0,207 ( 0,5 = 0,0903м. 2,63
326
5. Число Рейнольдса на участке с безнапорным течением по формуле (8.76)
2,63-0.0903-867 =4Ю ]
3042,6 -10'5
6.Коэффициент гидравлического сопротивления при безнапор ном течении по формуле (8.80)
0,3164
0,038.
0483 Г’25
7.Критическое число Кутателадзе по формуле (8.106)
2,25 |
( |
2sin3° |
|
1 + 0,2- |
|||
0,038 |
|||
К •Ф |
s______ |
||
6,24. |
|||
1 -0,52 |
|||
|
|
Так как К <К кр, то неравенство (8.105) выполняется и, следова тельно, в трубопроводе имеет место расслоенное течение (газ + эмуль сия).
8. Характерное число Фруда по формуле (8.126)
sin3°
= 1,31.
0,04
9. Расчетный параметр А по формуле (8.125)
(1 —0,52)2 -0,123
= 0,0216.
U1
10.Истинное газосодержание потока по формуле (8.124)
Ч.ге = 1 -0,02160),<1'2*°02,6)=0,766.
11.По известной величине срге методом последовательных при ближений из формулы (8.123) находим 0 = 2,01рад.
12.Эквивалентный диаметр сечения трубы, заполненной газом, по формуле (8.122)
dr =4-3,14-0,207/2,01 = 1,29м. 13. Истинная скорость газа по формуле (8.121)
4-0,0393
0,0301м/с
3,14-1,292
14. Число Рейнольдса для газовой среды по формуле (8.120)
327
О,ОЗОЫ,2 9 - 2 6 , 1 ^
г11,3-10“*
15.Относительная шероховатость трубы
2-0 2
д- _z_u1z _ o о0193 207
16. Коэффициент гидравлического сопротивления при течении газа по формуле (8.119)
Хг =0,\ |
45 |
^0.2 |
0,00193 + |
= 0,03. |
Ч89685
17.Перепад давления при течении смеси в рассматриваемом трубопроводе по формуле (8.118)
ДР = 26,1 • 0,03 • °? 03° 1 ' 3000 - 9,81 • 157 • 26,1 = -40193Па. 2-0,207
Пример 8.8. Определить тип и количество сепараторов типа НГС для разделения при давлении 0,6МПа и температуре 303К двухфаз ной смеси, поступающей с расходом 5000м34/сут. Количество газа, выделяющегося из 1 м3 нефти при условиях сепарации Г(Рсеп)=5м3/м 3. Обводненность смеси 5%.
Решение 1. В соответствии с табл. 8.5 требуемую пропускную способность
обеспечивает сепаратор НГС 6-1600. Площадь его поперечного сече ния
3 14
F= — —• 1,62 = 2 ,01м2
с4
2.По формуле (8.130) находим площадь сечения сепаратора, за нятую газом
fr |
= 2, 01- 0,1-303-1 1+ |
1 |
0,45м2 |
|
0,6-273 |
5 -(1 -0,05) |
|
3. Максимально допустимая скорость газа в сепараторе по формуле
©КРсп) = 0,775 ■(0,6 / 0,1)-0,5 = 0,316м / с .
4. Максимальная объемная пропускная способность сепаратора по газу в соответствии с формулой (8.128)
328