2.3.9.3. Замещение высоковязких нефтей в трубопроводах

Для ускорения процесса вытеснения высоковязкой нефти из трубопровода целесообразно обеспечить максимально возможный расход вытесняющей жидкости. Ограничением в этом случае являются максимально допустимый из условия прочности нефтепровода и оборудования напор на выходе насосной станции .

Рассмотрим сначала качественный характер вытеснения высоковязкой жидкости маловязкой с помощью центробежных насосов (рис. 2.24).

Пока мы ограничиваем развиваемый напор величиной расход, с которым происходит вытеснение (рис. 2.24, а), не остается постоянным. Это связано с характером изменения положения рабочей точки на совмещенной характеристике трубопровода и насосной станции (рис. 2.24, б).

При дальнейшем увеличении длины участка, занятой маловязкой жидкостью, потери напора в трубопроводе уменьшаются, а величина расхода продолжает возрастать, достигая максимальной величины после полного вытеснения высоковязкой нефти.

б)

Рис. 2.24. Изменение параметров при вытеснении высоковязкой

жидкости маловязкой

Определим время вытеснения высоковязкой жидкости из участка трубопровода длиной l. Для первого этапа уравнение баланса давлений запишем в виде

, (2.52)

где ₁, ₂, _ср - плотность соответственно вытесняющей и вытесняемой жидкости, а также их полусумма;

гидравлический уклон при единичном расходе, определяемый по формуле Дарси – Вейсбаха, ;

х - длина участка, заполненного вытесняющей жидкостью.

Из (2.52) получаем, что расход вытесняемой жидкости равен

. (2.53)

Для определения продолжительности первого этапа вытеснения воспользуемся уравнением неразрывности

,

где F – площадь сечения трубопровода, .

Отсюда с учетом (2.53) получаем

. (2.54)

Продолжительность первого этапа вытеснения найдем, интегрируя левую часть уравнения (2.54) от 0 до , а правую от 0 до , что дает . (2.55)

Для решения этого интеграла прибегнем к замене переменной, обозначив . Отсюда

и .

Новый нижний предел интегрирования равен

,

а новый верхний предел .

Итак, формула (2.55) принимает вид

. (2.56)

Величину х_I найдем из условия, что в момент окончания 1-го этапа вытеснения напор насосной станции точно равен максимально допустимому напору, т.е.

.

Откуда

. (2.57)

С другой стороны, согласно формуле (2.53), в момент времени

 = _I

. (2.58)

Так как левые части данных выражений равны, то следовательно равны и правые, т.е.

Отсюда (2.59)

Подставляя данное выражение в формулу (2.56), получим

. (2.60)

Второй этап вытеснения осуществляется уже с переменным напором. Поэтому уравнение баланса давлений (2.53) примет вид

(2.61)

Отсюда величина расхода в трубопроводе, соответствующая удалению границы раздела от насосной станции на расстояние х, равна

(2.62)

Решая аналогично, находим продолжительность 2-го этапа вытеснения

. (2.63)

Общее время вытеснения высоковязкой нефти из трубопровода равно сумме продолжительностей обоих этапов

(2.64)

В формулах (2.60), (2.63) величины коэффициентов вычисляются для среднего расхода во время каждого этапа.