2.7.5. Пульсация давления в промысловых трубопроводах, последствия, методы борьбы

Пульсация давления неизбежна при совместном транспортировании газожидкостных смесей. Её возникновение связано с образованием по длине трубопровода газовых или жидкостных (в газопроводах) пробок.

Пульсация давления определяется амплитудой (А) и частотой ():

где

А – разность между максимальным и минимальным давлениями в данной точке трубопровода;

 - частота колебаний в единицу времени.

Интенсивность пульсаций возрастает с увеличением длины коллекторов до 1500 м и далее выравнивается.

Основная причина пульсации давления – выделение газа из газожидкостной смеси в подъёмных трубах скважин и образование газовых пробок, размеры которых увеличиваются по мере движения от устья до ГЗУ; образование конденсата в газопроводах, который, скапливаясь в пониженных участках газопроводов, может полностью перекрыть сечение трубопровода.

На пульсации давления оказывает влияние абсолютное давление в системе нефтегазосбора: чем оно выше, тем ниже частота пульсации.

Энергия пульсаций вследствие соприкосновения потока и трубопровода вызывает колебания трубопровода и связанного с ним оборудования.

Наиболее сильные колебания трубопровода проявляются в случае резонанса в местах с шероховатостью, овальностью сечения т.п., в местах резкого изменения направления. Разветвлённость трубопровода и связанное с ним оборудование способствуют появлению собственных колебаний отдельных участков.

Существует два вида пульсаций:

• высокочастотные микропульсации;

• низкочастотные макропульсации.

Возникновение микропульсаций вызвано накоплением жидкости и периодическим её выбросом потоком газа. Максимальная амплитуда (А) микропульсаций наблюдается в области пробковой структуры потока при значениях (газосодержание)0,70,95, Fr=10100. При Fr 100 амплитуда микропульсаций уменьшается за счет дробления фаз и перехода структуры потока в эмульсионную.

Расчёт амплитуды А микропульсаций ведут по формуле:

(1)

Допустимую неравномерность пульсаций (_d) принимают не более 0,01, тогда допустимое значение амплитуды пульсаций:

где Р_ср – среднее рабочее давление в трубопроводе.

Критическое значение амплитуды

где с – скорость звука в газожидкостной среде.

Значение А, подсчитанное по формуле (1), должно быть меньше А_кр.

Методами предотвращения особо опасных низкочастотных макропульсаций являются:

• поддержание давления в системе, исключающего возникновение пробковой структуры;

• поддержание высокой пропускной способности за счёт периодической очистки;

• применение успокоительных концевых участков труб большого диаметра перед сепараторами (концевых делителей фаз) и депульсаторов, обеспечивающих расслоенное течение.

Область существования расслоенного течения для горизонтального потока ГЖС при D  0,2  0,3 м определяется _см  2 м/с при 0,2    0,95.

Расчёт успокоительного коллектора (КДФ)

Определение диаметра КДФ ведут по специальным таблицам, рассчитанным в зависимости от Q_ж, тыс.м³/сут и . При этом  определяют по формуле:

где

w - обводнённость продукции (доли единицы);

G_пр – количество свободного газа при рабочих давлении и температуре в трубопроводе.

где

Р₀, Т₀ – параметры нормального состояния газа;

Р_с, Т_с – параметры газа в трубопроводе;

G₀ – количество свободного газа в потоке при рабочих Р_с, Т_с, м³/м³;

z 1 – коэффициент сжимаемости газа.

Длина КДФ выбирается из условия 1-3 мин нахождения в нём ГЖС при предельно допустимой скорости до 2 м/с.

При неблагоприятном сочетании факторов (большая вязкость, высокая дисперсность газовых пузырьков и т.п.) длина КДФ принимается равной 100-200 м.