1305

На нефтяных площадях наибольшее распространение получили диафрагмы. Принцип действия дроссельных устройств основан на изменении перепада давления, обусловленного установкой на газо­ проводе диафрагмы или сопла, имеющих меньшее проходное отвер­ стие, чем газопровод (рис. 15).

При решении задач, связанных с истечением газа через измери­ тельные диафрагмы и сопла, чаще всего приходится определять

за, определяемым из равен­ ства

( £ ) „ » - Ы т Г " (п -6>

иравным для трех- и многоатомных газов при показателе адиабаты

к= 1,29

Если адиабатное истечение газа происходит при {p2Jp1 ) > {Р2 /РIW. точтеоретическая скорость газа в отверстии диафрагмы или сопла определяется по формуле

Действительная скорость истечения всегда меньше теоретиче­ ской, так как процесс истечения связан с наличием трения.

В формулах (II.7) и (II.8) значения pV и R даны соответственно в следующих единицах: Н/м2, м3/кг и Дж/(кг*°С).

41

метром до 100 мм толщина диафрагмы равна 2 мм, для газопровода диаметром от 100 до 250 мм — 3 мм и для газопроводов диамет­ ром свыше 250 мм — 6 мм.

Бескамерные диафрагмы рекомендуется применять для газо­ проводов с рабочим давлением не выше 2,45 МН/м2 (25 кГ/см2),

42

так как при этом давлении допускается применение фланцев с глад­ кими, полями. Для газопроводов с давлением выше 245-104 Н/м2 рекомендуются камерные диафрагмы, так как в условиях такого давления фланцы должны быть с буртиком и соответствующим углублением, в которое закладывается прокладка.

Камерная диафрагма (рис. 16, б) состоит из дисковой диафрагмы и двух камер с кольцевым зазором. В камерах просверлены отвер­

вотверстиях камер осуществляется при помощи импульсных

трубок, присоединяемых к дифференциальному манометру (см. рис. 15).

Размер внутреннего отверстия диафрагмы выбирается из такого

Диафрагмы изготовляются из нержавеющей стали. Для точного измерения расхода газа входная кромка диафрагмы должна быть острой и гладкой, без заусенцев и вмятин, строго прямоуголь­ ной.

При установке диафрагмы рекомендуется предусматривать на газопроводе до и после диафрагмы прямые участки одинакового диаметра, длина которых зависит от применяемого дроссельного устройства и от отношения d2jD2. Минимальное расстояние прямо­ линейного участка после диафрагмы равно 5D, а до диафрагмы определяется по графикам, приводимым в специальных инструк­ циях.

Для измерения перепада давления на дроссельных устройствах, как говорилось выше, применяются дифференциальные манометры. Наиболее простым является переносный U-образный дифференциаль­ ный манометр со стеклянными трубками, при помощи которых измеряют перепад давления на диафрагме, а затем, подставляя полу­ ченное значение в формулу, определяют и расход газа.

Пределы измерения дифференциального манометра определя­ ются длиной стеклянных трубок, которая не превышает 1500 мм.

Дифференциальные манометры со стеклянными трубками можно применять при контрольных эпизодических замерах перепадов давления на диафрагмах и затем на основании этих замеров опре­ делять расход газа по формулам. Для этого U-образные стеклянные трубки дифференциального манометра присоединяют к ниппелям диафрагмы и измеряют перепад давления на диафрагме. Измерив статическое давление р в газопроводе манометром и зная перепад давления на диафрагме Н, можно определить расход газа в данном газопроводе по одной из следующих формул:

1) при измерении р и Н в мм рт. ст.:

( 11. 12)

43

2) если абсолютное давление р в газопроводе и перепад давления на диафрагме Н выразить в мм вод. ст., то формула (11.12) примет следующий вид:

для камерных диафрагм а определяется по графику, изображен­ ному на рис. 17;

Р — поправка к коэф­ фициенту а, учитывающая неостроту входной кромки диафрагмы и шерохова-

ммвод. ст.;

Н— дифференциальное давление газа в мм. рт. ст. или мм вод. ст.

(Н = р г — р 2, где р х — абсолютное давление до диафрагмы, р 2 —

= d2/D2 (величина е определяется по графику, приведенному на рис. 18, см. пунктир);

44

(15 кГ/см2), то в формулу (11.12) вводится коэффициент сжимаемости

Если в формуле (11.12) абсолютное давление в газопроводе выра­ зить не в мм рт. ст., а в кГ/см2, то количество газа определится по формуле

И, наконец, если давление в газопроводе р выразить не в кГ/см2■ а в Н/м2 (1 Н/м2 = 0,102«Ю-4 кГ/см2), то количество газа, протека­ ющего по газопроводу, определится по формуле

где р — абсолютное давление в газопроводе в Н/м2.

Все, что было сказано выше, относилось к эпизодическому конт­ ролю за количеством газа, протекающего по газопроводу с устано­ вленной на нем диафрагмой. В частности, такой контроль можно осуществлять за газовым фактором отдельных скважин, подсоеди­ ненных к автоматизированным групповым замерным установкам, подключив для этого дифференциальный манометр к замерной диа­ фрагме 12 (см. рис. И), и данные этих измерений подставить в фор­ мулы (11.12) и (11.13).

Однако, пользуясь переносным дифференциальным манометром,

по газопроводу, используются самопишущие механические (поплав­ ковые) дифференциальные манометры ДП-430, ДП-410 и другие.

45

Расходомер ДП-430 имеет два пера, одно из которых в течение

зависят от размеров сменного сосуда 2: чем он длиннее, тем больший

Та б л иц а 1

40

перепад давления может быть измерен на диафрагме, а следовательно,

ибольший расход газа. Поэтому сменные сосуды изготовляются различных размеров. В табл. 1 приводятся размеры сменных сосудов

ивозможные величины измеряемых перепадов давления в расходо­ мерах ДП.

Диаметр камеры высокого давления у всех дифференциальных манометррв один и тот же — 78 мм, а максимальный ход поплавка 30,5 ± 0,5 мм. Допустимая погрешность дифференциальных мано­ метров ±1,5% от предельного значения-перепада. Допустимая по­ грешность вторичного прибора (самопишущего механизма) также составляет ±1,5%.

Рис. 20. Диафрагменный измеритель критического течения диаметром 50 МИ|

j — термометрический стакан; 2 — отверстие для продувочного вентиля; 3 ^ отверстие для манометра.

Из табл. 1 можно заметить, что чем меньше диаметр и больше высота сменного сосуда, тем большее значение перепада давления можно измерить. Для измерения статического давления в расходо­ мере ДП-430 устанавливаются трубчатые геликсные пружины, выпу­ скаемые на следующие максимальные давления: 3; 5; 10; 12; 16; 20 30; 40; 50; 70; 80; 100; 120 и 160 кГ/см2, что соответствует 0,294 0,49; 0,981; 1,183; 1,57; 1,96; 2,94; 3,92; 4,90; 6,87; 7,84; 9,81; 11,83 15,7 МН/м2.

Расходомеры ДП-430 устанавливаются на газопроводах в соот­ ветствии со специальной инструкцией. Во избежание запаздывания показаний дифференциального манометра импульсные трубки, сое­ диняемые одним концом с камерной диафрагмой, а другим — с диф­ ференциальным манометром, должны иметь длину не более 50 м и внутренний диаметр не менее 9 мм.

Для меньшего образования газовых пробок и скопления сконден­ сировавшейся жидкости импульсные трубки рекомендуется прокла­ дывать с уклоном до 50 мм на 1 м в сторону диафрагмы. Кроме того, перед дифференциальным манометром следует устанавливать не­ большие емкости (разделительные сосуды) для улавливания сконден­ сировавшейся в импульсных трубках жидкости.

В практике эксплуатации нефтяных скважин количество нефтя­ ного газа иногда измеряют диафрагменным измерителем критиче­ ского течения (прувером), показанным на рис. 20. Этот способ изме­ рения газа применяется в основном при истечении газа в атмосферу

47

Г Л А В А III

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ТРУБОПРОВОДОВ И ПРЕДОХРАНЕНИЕ ИХ ОТ ЗАСОРЕНИЯ

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Трубопроводы, по которым собирается и транспортируется про­ дукция скважин на площадях нефтяных месторождений, подразде­ ляются на следующие основные категории:

1)по назначению — нефтепроводы, газопроводы, нефтегазоводопроводы;

2)по характеру движения жидкости — с совместным и раздель­ ным движением нефти, газа и воды;

(64 кГ/см2), среднего 1,55 МН/м2 (16 кГ/см2) и низкого давления 0,588 МН/м2 (6 кГ/см2);

5) по способу прокладки — подземные, надземные, подвесные

иподводные;

6)по функции: а) выкидные линии, идущие от устьев скважин до групповой замерной установки; б) нефтяные, газовые и нефтегазо­ водяные сборные коллекторы; в) товарные (транзитные) нефтепро­ воды.

Трубопроводы, по которым подается и раздается вода по нагне­ тательным скважинам с целью поддержания пластового давления и продления фонтанирования эксплуатационных скважин, подраз­ деляются на следующие категории: а) магистральные водопроводы, берущие свое начало у насосных станций второго подъема; б) под­ водящие водопроводы, прокладываемые от магистральных водопро­ водов до кустовых насосных станций КНС; в) разводящие водоводы,

не имеющие ответвлений; сложные трубопроводы, имеющие ответ­ вления, к которым относятся также замкнутые (кольцевые) трубо­ проводы.

В дальнейшем изложении все трубопроводы по характеру напора будем подразделять на следующие две группы: 1) трубопроводы

сполным заполнением сечения трубы жидкостью и 2) трубопроводы

снеполным заполнением.

Трубопроводы с полным заполнением сечения трубы жидкостью называются напорными, а трубопроводы с неполным заполнением сечения трубы жидкостью могут быть как напорными, так и безна­ порными. С полным заполнением сечения жидкостью чаще всего бывают товарные нефтепроводы, по которым транспортируется нефть, предварительно прошедшая теплохимические или стабилиза­ ционные установки, и реже — выкидные линии, идущие от устьев скважин до групповых замерных установок. Нефтесборные коллек­ торы обычно работают с неполным заполнением сечения трубы нефтью, т. е. часть сечения коллектора занята газом, выделившимся или в процессе движения нефти по нему или увлеченным нефтью из сепараторов в связи с плохой их работой (см. § 4 гл. IV).

Трубопроводы всех типов, транспортирующие воду на площадях нефтяных месторождений, работают с полным заполнением трубы водой.

Кроме указанных категорий, принято также подразделять нефте­ проводы на напорно-самотечные и свободно-самотечные.

Всамотечных нефтепроводах нефть движется под действием гравитационных сил, обусловленных разностью вертикальных отме­ ток в начале и в конце нефтепровода. Если при этом в нефтепроводе нефть и газ движутся раздельно, то такой нефтепровод называют свободно-самотечным или безнапорным, а при отсутствии газовой фазы — напорно-самотечным.

Впрактике эксплуатации нефтяных месторождений нередко встречаются самотечные нефтепроводы, в которых одни участки являются свободно-самотечными, а другие напорно-самотечными — все зависит от количества (соотношения) нефти и газа, их физиче­ ских свойств, диаметра нефтепровода, напора, создаваемого геомет­ рической разностью высот начальной и конечной отметок, и, наконец, от холмистости местности.

Формулы для расчета нефтепроводов с полным и неполным

Кратко остановимся на работе двух самых важных элементов напорной нефтесборной системы, которая внедряется сейчас на место­ рождения, — выкидных линий, идущих от устьев скважин до груп­ повой замерной установки (ГЗУ), сборного коллектора, берущего свое начало у ГЗУ и подводящего продукцию всех скважин ГЗУ

кустановке подготовки нефти.

Движение нефти и ее примесей по выкидным линиям происходит

под действием давления на устьях скважин.

Выкидные линии диаметром от 75 до 150 мм прокладываются под землей, их протяженность зависит от места расположения ГЗУ и может доходить до 3 км и более.

50