7. Классификация промысловых трубопроводов. Гидравлический расчет сложных трубопроводов. Расчет сборного и раздаточного коллекторов.

Трубопроводы, применяемые на нефтяных месторождениях, подразделяются на несколько видов:

1. по назначению – нефтепроводы, газопроводы, нефтегазопроводы, водопроводы. В нефтепроводах и нефтегазопроводах наряду с нефтью и газом может двигаться и пластовая вода.

2. по функции - выкидные линии и коллекторы. Выкидные линии-трубопроводы от устья скважины до ГЗУ. Коллекторы-трубопроводы, собирающие продукцию скважин от групповых установок к сборным пунктам.

3. по величине рабочего давления – низкого (до 1,6МПа), среднего (от 1,6 до 2,5 МПа) и высокого (выше 2,5МПа).

Трубопроводы среднего и высокого давления – напорные. Трубопроводы низкого давления могут быть напорными и самотечными.

Если в самотечных трубопроводах движение жидкости происходит при полном заполнении ею объема трубы, то движение напорно-самотечное, если заполнение не полное, то движение характеризуется как свободно-самотечное.

4. по гидравлической схеме работы - простые и сложные.

Простые - трубопроводы, имеющие неизменный диаметр и массовый расход транспортируемой среды по всей длине.

Сложные - трубопроводы, имеющие различные ответвления или изменяющийся по длине диаметр. Сложные трубопроводы можно разбить на участки, каждый из которых является простым трубопроводом.

5. По способам прокладки:

-подземные,

- наземные,

- подводные,

-подвесные.

Сложный трубопровод может иметь различные диаметры по длине и отводы.

При гидравлическом расчете их практический интерес пред­ставляет четыре случая, часто встречающихся в промысловых условиях:

1) жидкость из раздаточного коллектора, имеющего постоян­ный диаметр, равномерно или неравномерно отбирается;

2) жидкость равномерно или неравномерно поступает в сбор­ный коллектор, имеющий по длине разный диаметр;

3) общий сборный коллектор образует параллельные трубо­проводы (лупинги);

4) общий сборный (раздаточный) коллектор имеет форму кольца (магистральный водовод).

Рассмотрим решение задач для каждого случая при условии установившегося течения.

Уравнение материального баланса для первого случая (см. рис.1) - раздаточного коллектора

где Q - объемный расход жидкости в произвольном сечении; Q_T - транзитный расход жидкости, т. е. расход, который транс­портируется за пределы указанных участков; Q_П - путевой расход жидкости; q₁, q₂, …. , q_i - равные или неравные объемные расходы жидкости в ответвлениях, отстоящих на расстоянии l₁, l₂, …. , l_i от начала трубопровода.

Расход жидкости на участках:

l₁ = О_T + Q_П ;

l₂ = О_T + Q_П - q₁ ;

l₃ = О_T + Q_П - (q₁ + q₂) ;

l_n = О_T + Q_П - (q₁ + q₂ + ….. + q_{n - 1}).

Поскольку диаметр раздаточного коллектора одинаков на всем протяжении, а расходы жидкости на различных участках, в связи с ее отбором, разные, то режимы течения на каждом уча­стке l₁, l₂, …. , l_П также будут разными.

Определим перепад давления на каждом участке горизонтального трубопровода по формуле Лейбензона . На первом участке

На втором участке

На третьем участке

на n-м участке

Сложив перепады на каждом участке, найдем общий перепад на всей длине рассматриваемого раздаточного коллектора:

Если транзитный расход в раздаточном коллекторе равен нулю, т. е. Q_T = 0, величины отборов одинаковы (q₁ = q₂ = q₃ = ….. q_n), расстояния между отборами равны между собой (l₁ = l₂ = …. L_n), то

С учетом рельефа местности формула примет вид

Для каждого участка трубопровода определяется режим дви­жения жидкости и по формуле

Уравнение материального баланса для второго случая - сборного коллектора

Расход жидкости на участках

l₁ = О₀;

l₂ = О₀ + q₁;

l₃ = О₀ + q₁ + q₂ и т. д.

Определим перепад давления на каждом участке по аналогии с предыдущим.

Рис. 2. Расчетная схема сложного нефтепровода, имеющего по длине разные диаме­тры, с сосредоточен­ным поступлением нефти

На первом участке

На втором участке

На третьем участке

На n-м участке

Как и в первом случае, сложив перепады давлений на каждом участке, найдем общий перепад на всей длине рассматриваемого сборного коллектора:

Для каждого участка сборного коллектора определяют режим движения жидкости и определяют перепад давления на каждом участке. Затем производится сложение этих перепадов, в результате чего получается общий перепад.Расчет параллельных и кольцевых трубопроводов.

Сложный трубопровод может иметь различные диаметры по длине и отводы.При гидравлическом расчете их практический интерес пред­ставляет четыре случая, часто встречающихся в промысловых условиях:

1) жидкость из раздаточного коллектора, имеющего постоянный диаметр, равномерно или неравномерно отбирается;2) жидкость равномерно или неравномерно поступает в сборный коллектор, имеющий по длине разный диаметр;3) общий сборный коллектор образует параллельные ТП (лупинги);4) общий сборный (раздаточный) коллектор имеет форму кольца (магистральный водовод).

Параллельные ТП, или лупинги, прокладывают обычно для увеличения их пропускной способности при сохране­нии того же перепада давления на конечных участках или умень­шении его.

Рис. 3. Расчетная схема параллель­ных трубопроводов (с лупингом)

На рис. 3 приведена схема трубопровода с лупингом.

Из баланса количества жидкости имеем

где Q₀ - расход жидкости в основном трубопроводе до сечения А и после сечения В; Q₁ - расход жидкости в трубопроводе на участке АВ; Q₂ - расход жидкости в лупинге.

Очевидно, потери напора на участке трубопровода АВ равны потери напора в лупинге (параллельной трубе), т. е. Dh₁ = Dh₂ или, можем записать:

где l₀ - длина участка трубопровода, равная длине лупинга; D₁, D₂ - диаметры трубопровода и лупинга соответственно.

Из равенства потерь напора на участке трубопровода А - В следует

откуда найдем расход в трубопроводе Q₁ на участке AВ, выра­женный через расход Q₀ до разветвления:

Формула (7) позволяет определить расход жидкости в сдво­енном трубопроводе по известному суммарному расходу Q₀ и заданным отношениям диаметров лупинга и трубопровода.

Гидравлический уклон до участка АВ и после него

Гидравлический уклон на участке АВ и в лупинге одинаков и будет равен с учетом выражения (7)

Выражая гидравлический уклон на сдвоенном участке через гидравлический уклон основного трубопровода, получим

Если диаметр основного трубопровода D₁ и диаметр лупинга D₂ равны между собой, то

В этом случае при ламинарном режиме n = 0,5, при турбу­лентном режиме в зоне справедливой для формулы Блазиуса n = 0,297, для зоны с квадратичной характеристикой n = 0,25.

Кольцевые трубопроводы сравнительно широко применяют в промысловых условиях при подаче воды от мест водозабора до кустовых насосных станций (КНС).

Кольцевые трубопроводы рассчитывают по той же схеме, что и при параллельном соединении (с лупингом).

Однако задача значительно усложняется тем, что здесь имеется несколько расходных пунктов Q₁, Q₂, Q₃, Q₄, Q₅ (рис. 4), и рас­чет проводят до тех пор, пока изменением расхода жидкости и направлением ее движения не будет достигнуто равенство потерь напора в ветвях ВСДЕ и ВМКЕ.

Рис. 4. Расчетная схема кольцевого трубопровода

При проектировании кольцевой системы водоводов вначале задаются величинами расходов Q₁, Q₂, Q₃, Q₄, Q₅ и, зная диаметры отдельных ветвей, определяют значения потерь напора от общей точки разветвления В до расходных пунктов СDЕ и МКЕ. Рас­ходы считаются заданными правильно, если алгебраическая сумма потерь напора в кольце равна нулю, т. е.

или

Если это условие не соблюдается, то следует повторить рас­четы при измененных величинах расходов жидкости в трубах:

Q₁ + Q₂ + Q₅ = Q₃ + Q₄ + Q₅ ± DQ.

Поправка DQ при этом выбирается удовлетворяющей уравне­нию

Если в процессе эксплуатации кольцевого трубопровода на линиях-отводах Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ и Q₅ изменяется сопротивление (закрывается задвижка), то соответственно этому сопротивлению происходит перераспределение расходов жидкости в отдельных отводах.