Гидравлический расчет нефтепроводов

Теоретическая часть

Гидравлический расчет трубопроводов предусматривает определение его диаметра или пропускной способности, или необходимого перепада давления.

Гидравлический расчет нефтепроводов ведется на основе уравнения Бернулли

, (1.1)

где Z₁, Z₂ – геодезические отметки; P₁, P₂ – давление; ρ – плотность жидкости; υ – средняя скорость жидкости; α₁ и α₂ – коэффициенты Кариолиса

(в практических расчетах для турбулентного режима движения α ≈ 1); h_n – путевые потери напора.

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.)

h_п = h_тр + h_м (1.2)

При гидравлическом расчете напорного нефтепровода местными сопротивлениями можно пренебречь. Потери напора по длине трубопровода

при установившемся движении определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

(1.3)

или потери давления на трение

, (1.4)

где l – длина трубопровода; D – внутренний диаметр трубопровода; λ – коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий в общем случае от

режима движения и относительной шероховатости внутренней стенки трубы.

λ = f (Re,ε), (1.5) где Re – число Рейнольдса

ε = , (1.6)

где е – абсолютная шероховатость стенок трубы.

Число Рейнольдса можно найти из выражения

Re = , (1.7)

где μ – динамическая вязкость жидкости.

Средняя скорость определяется по формуле

, (1.8)

где Q – объемный расход жидкости.

Если Re < 2320, то течение жидкости ламинарное (послойное) и шероховатость стенки не оказывает влияние на коэффициент гидравлического сопротивления, λ определяется по формуле Стокса

 

λ = . (1.9)

Если Re > 2320, то течение жидкости турбулентное (точнее, турбулентное течение наступает при Re > 2800, а в области 2320 < Re < 2800 переходный режим, в практических расчетах эту область можно считать турбулентной).

Турбулентное течение характеризуется хаотичным беспорядочным движением частиц жидкости в ядре потока и ламинарным подслоем у стенки трубы. Хаотическое беспорядочное движение частиц жидкости вызывает увеличение затрат энергии на трение жидкости, что приводит к росту коэффициента гидравлического сопротивления. При турбулентном режиме движения жидкости коэффициент гидравлического сопротивления может быть определен по формуле Блазиуса:

λ = . (1.10)

Расчетная часть

Задача 1.1. Рассчитать давление на устье Р_у добывающей скважины для следующих условий: выкидная линия горизонтальная, 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 ρ_н = 850 кг/м³; давление перед входом в сепаратор Р_с = 1,5 МПа, вязкость нефти μ_н = 3,5 мПа*с.

Решение. В связи с тем, что выкидная линия горизонтальная Z₁ = Z₂.

Уравнение Бернулли записывается в виде

Р_у = Р_с + Δ Р_тр, (1.11)

где ΔР_тр – потери давления по длине от устья до сепаратора.

Рассчитаем скорость движения нефти по формуле (1.8):

.

Определим число Рейнольдса по формуле (1.7):

,

Значит режим течения турбулентный

.

Рассчитаем потери давления по длине трубопровода (1.4):

.

Давление на устье скважины определим по формуле (1.11)

Р_у =1,5 + 0,12 ≈1,6 МПа.

Вывод: На устье скважины давление для данных условий должно быть 1,6 МПа.

 

Задание: рассчитать давление на устье скважины для представленных в таблице 1 условий.

 

 

Таблица 1 – Варианты расчета

Исходные данные	Варианты
Длина линии l, м
Дебит скважины Q, м3/сут.
Давление в сепара- торе, Pс, МПа	1,8	2,1	2,3	2,1	1,7	1,8	1,9	2,0	2,2	2,4

 

Внутренний диаметр выкидной линии d_вн = 0,1 м.

Вязкость нефти μ_н = 3,5 мПа·с.