Расчет водопровода на месторождении Чинарево

При гидравлических расчетах системы сбора на нефтяных месторождениях приходится сталкиваться с различными условиями движения продукции скважин по трубам. При транспорте ее за счет пластовой энергии в выкидных линиях скважин наблюдается движение двухфазной газожидкостной смеси, а при обводнении — трехфазной смеси.

Водонефтяные эмульсии почти всегда являются вязкопластичными жидкостями. Движение продукции осложняется также присутствием в потоке твердых частиц — механических примесей, парафинов и асфальтенов. При использовании печей при транспортировке нефти или, учитывая естественные потери тепла в окружающую среду, приходится выполнять гидравлические расчеты, учитывающие неизотермичность процесса.

Методика расчета Гидравлический расчет трубопровода предусматривает определение перепада давления по его длине, диаметра трубопровода или его пропускной способности. В основу расчета положено уравнение Бернулли

(z1+p1/g+w12/2g) — (z2+p2/g+w22/2g)=hП

Где:

z1, z2 — геодезические отметки, м.;

p1, p2 — начальное и конечное давление;

w1,w2 — скорость жидкости в начале и в конце трубопровода, м/с;

hП — путевые потери напора, м.

Путевые потери напора складываются из потерь на трение и на местные сопротивления. При гидравлическом расчете промысловых трубопроводов местными сопротивлениями можно чаще всего пренебречь, пренебрегаем и сжимаемостью жидкости, тогда из (1.8) получим.

p = pmp — zg

или суммарные потери напора.

H = hmp (z1 — z2)

Потери давления на трение определяются по уравнению Дарси — Вейсбаха

pmp =*(Lw2/ D2),

а потери напора на трение из этой же формулы.

hmp =*(Lw2/ D2g),

где:

L — длина трубопровода, м;

D — внутренний диаметр трубопровода, м;

w — средняя скорость течения жидкости в трубопроводе;

- коэффициент гидравлического сопротивления, который зависит от режима течения (числа Рейнольдса) и относительной шероховатости труб.

Число Рейнольдса можно определить в зщависимости от расхода жидкости по формуле:

Re = wD/v или Re = wD/

w=Q/F — скорость течения жидкости;

F — площадь поперечного сечения трубы;

V — кинематическая вязкость жидкости, м2/с;

- динамическая вязкость жидкости, Па*с.

При числе Рейнольдса Re 2320 режим давления жидкости в трубе ламинарный и гидравлические сопротивления определяют по формуле Стокса

= 64/Re.

При турбулентном режиме течения жидкости, когда Re 2320, для определения имеется ряд полуэмпирических формул.

При движении жидкости по трубам непосредственно у стенки труб образуется вязкий подслой, который может перекрывать или не перекрывать шероховатость этой трубы. Если микронеровности стенки не выступают за вязкий подслой, стенку считают гидравлически гладкой, если выступают — гидравлически шероховатой. Толщина вязкого подслоя зависит от скорости течения жидкости. Чем больше эта скорость, тем она меньше.

Существуют зоны гладкого, смешанного и шероховатого трения. Границы зон определяют величиной выступов шероховатости. В расчетах трубопроводов принимают «эквивалентную» шероховатость Кэ. Эквивалентная шероховатость определяется опытным путем. Для стальных цельнотянутых труб величина Кэ колеблется в пределах 0,1−0,2 мм.

— Зона гладкого трения лежит в диапазоне чисел Рейнольдса от Re = 3000−4000 до Re = 15D/ Кэ, где D — внутренний диаметр трубопровода. В этой зоне справедлива формула Блазиуса

= 0,3164/Re0,25

— Зона смешанного трения лежит в диапазоне 15D/Кэ<560D/Кэ. В этой зоне для расчета гидравлического сопротивления используется формула Альтшуля

= 0,11(68/Re+2Кэ/D), 25

— Зона шероховатого трения (в диапазоне 560D/Кэи 2Кэ/D,<0,007) обычно называют автомодельной или квадратичной. В этой зоне величина 68/Re становится пренебрежимо малой по сравнению с 2Кэ/D, и формула называется формулой Шифирсона и принимает вид.

= 0,11(2Кэ/D), 25

В нефтепроводах наблюдается в основном турбулентный режим с зоной гидравлически гладких труб, а в газопроводах могут встречаться все вышеперечисленные режимы течения.

Расчеты трубопровода выполняются для наиболее сложных условий их работы — при максимальной нагрузке по жидкости и ее максимальной вязкости.

Приведенные формулы позволяют определить перепад давления на длине трубопровода и рассчитать начальное давление перекачки.

Гидравлический расчет простого напорного трубопровода, транспортирующего жидкость в однофазном состоянии, сводится к определению одного из следующих параметров:

• — пропускной способности трубопровода Q;
• — необходимого начального давления p;
• — диаметра трубопровода D.

Для определения пропускной способности трубопровода или его диаметра задаются режимы течения жидкости, а затем определяют Q или D, после чего обязательно проверяют правильность выбора режима по числу Рейнольдса.

По величине напора (или давления) можно определить мощность перекачивающего насоса.

N=wHg/1000

Где:

— общий коэффициент полезного действия насосной установки;

1000 — переводной коэффициент Вт в кВт.

Расчет

Исходные данные:

По рельефному трубопроводу длиной L = 100 км транспортируется нефть с расходом Qн = 270 т/час. Плотность перекачиваемой нефти составляет н = 885 кг/м3 при кинематической вязкости v = 1,21*10−4 м2/с.

Геодезические отметки начального и конечного участков нефтепровода составляют соответственно zн = 120 м и zк= 122 м.

Определить: диаметр нефтепровода, давление нагнетания насоса и его мощность.

Решение: Перед расчетами необходимо произвести выбор движения нефти по трубам согласно таблице 12^2.1 Джиембаева К. И., Лалазарян Н. В. Сбор и подготовка скважинной продукции на нефтяных месторождениях. Учебное пособие для ВУЗов. Алматы: 2000.1. При вязкости v=1,21*10−4 м2/с рекомендуемая скорость при всасывании w = 1,1м/с, при нагнетании w = 1,2 м/с.

Таблица 2.2 Выбор скорости движения жидкости по трубопроводу для условий всасывания и нагнетания

С учетом выбранной скорости нагнетания w = 1,2м/с определим диаметр трубопровода из формулы.

w = Qн/F = 4* Qн/3600D2.

Отсюда

D = v (4*270)/(3600*3.14*1,2) = 0,282 м.

На основании расчетного диаметра выбираем по ГОСТу ближайшую по размерам трубу с внешним диаметром.

Dн = 325 мм и толщиной стенок = 10 мм.

Внутренний диаметр труб будет.

Dвн = Dн — 2 = 325 — 2*10 = 305 мм,.

тогда фактическая скорость движения жидкости в трубопроводе с учетом выбранного диаметра.

w = 4Qн/3600D2 = 4*270/3600*3,14*0,3052= 1,03м/с.

Режим движения жидкости по трубам определим по критерию Рейнольдса по формуле.

Re = wDвн/v = 1,03*0,305/1,21*10−4 = 2588.

Так как число Рейнольдса больше 2320, режим движения в трубопроводе турбулентный и определение коэффициента гидравлического сопротивления следует проводить по формуле Блазиуса.

= 0,3164/Re0,25 = 0,3164/25 880,25= 0,044.

Потери напора на трение составят по формуле.

Hmp = 0,044*(100 000*1,032/0,305*2*9,81)= 781,9 м.

С учетом разницы геодезических отметок начала и конца трассы трубопровода суммарные потери напора жидкости составят по формуле Н = 781,9 +(122−120) = 779,9 м.

Давление насоса по формуле Рн = gH = 885*9,81*779,9 = 6,79 МПа.

Для определения мощности насоса по формуле необходимо произвести перерасчет массового часового расхода в объемный.

V = 270*1000/885*3600 = 0,085м3/с.

N = 1,03*781,9*885*9,81/1000*0,5 = 13 983кВт.

По величине вычисленной мощности насоса, равной N = 13 983 кВт производят подбор насоса типа ЦНС, БНДС и т. д.