1305

От ГЗУ, к которой подводится по выкидным линиям продукция от 14 до 60 скважин, до установки подготовки нефти прокладывается обычно два сборных коллектора: один для чистой нефти, другой — для обводненной (см. рис. 1,6).

Движение нефти, газа и воды по сборным коллекторам от ГЗУ до установки подготовки нефти также осуществляется или под давле­ нием на устьях скважин, или под давлением, развиваемым насос­ ными (дожимными) агрегатами. Диаметры сборных коллекторов в зависимости от общей производительности скважин, подключен­ ных к ГЗУ, могут быть от 150 до 350 мм, а протяженность их зависит от места расположения установки подготовки нефти (5—20 км)

мычки; 3 — сборный коллектор; 4 — газоперерабатывающий завод.

и рассчитывается на основании технико-экономических сопоставле­ ний различных вариантов получения готовой продукции (см. § 3 гл. I).

Для сбора нефтяного газа и передачи его потребителям на пло­ щадях нефтяных месторождений сооружают систему газопроводов

икомпрессорные станции. Если в нефтяном газе содержатся серо­ водород H 2S, углекислота С02 или гелий Не, то сооружаются также специальные установки по очистке газа от H 2S и С02 и получению чистого гелия.

Газосборные сети на нефтяных площадях применяются двух категорий: сети, работающие при давлении газа выше атмосферного,

исети, работающие при давлении газа ниже атмосферного — ваку­ умные.

До недавнего времени в зависимости от способов добычи нефти сооружались обе эти системы газопроводов. Раньше, когда широко применялась самотечная система с индивидуальным замерно-сепара- ционным оборудованием, газовые линии брали свое начало у сепара­

торов, т. е. от устьев скважин. Теперь же, когда стали переходить на герметизированные напорные системы нефтегазосбора, начало газовых линий переместилось к групповым замерным установкам, а чаще всего к установкам подготовки нефти, и протяженность газо­ вых линий на месторождениях резко сократилась.

Форма газосборного коллектора зависит от конфигурации пло­ щади месторождения и размещения групповых замерных установок.

теризующих вертикальное положение трубопровода в любой его точке относительно уровня моря; 3) определение расчетных диамет­ ров трубопроводов, а следовательно, и расходов по ним нефти, газа и воды; 4) тепловой и механический расчет нефтегазоводопроводов.

Хотя самотечные трубопроводы в настоящее время не строятся, о выборе трасс этих трубопроводов необходимо иметь общее предста­ вление, так как на старых месторождениях они еще будут эксплуа­ тироваться.

При выборе трассы самотечного сборного коллектора обычно ограничиваются небольшим уклоном в сторону движения нефти и при наличии холмов и гор значительно увеличивают его путь, а сле­ довательно, и число обслуживаемых групповых замерных пунктов.

При выборе трассы напорно-самотечного коллектора важно иметь в виду, чтобы принятые уклоны исключали образование «газовых карманов», уменьшающих пропускную способность коллектора.

Проектируя трассы свободно-самотечного коллектора, избегают участков, на которых движение нефти может происходить при запол­ ненном сечении трубы, так как при этом уменьшается пропускная

Наименьшие требования предъявляются к проектированию трассы товарного нефтепровода, по которому нефть перекачивается насо­ сами.

Наиболее жесткие требования предъявляются к выбору самотеч­ ных нефтепроводов, которые должны обеспечивать запланированный объем транспорта нефти, к тому же они трудно поддаются расчету, (см. § 4 гл. III).

§3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОСТЫХ

ИСЛОЖНЫХ НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ПРИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ ТЕЧЕНИЯ

Гидравлический расчет указанных в § 1 типов трубопроводов при движении по ним однофазных жидкостей сводится к определе­ нию диаметра, начального давления и пропускной способности по известным формулам общей гидравлики. За основу гидравличе­ ских расчетов трубопроводов принимается уравнение Бернулли:

(* +£ + W ) ~ (* + # + f) “ * =*"+*- (ШЛ)

Каждый напор (выражения в скобках) определяет запас полной механической энергии в соответствующем сечении, отнесенный к единице массы жидкости. В выражение напора входят значения: геометрического напора z, пьезометрического напора p/pg и скорост­ ного напора w2l2g. Эти напоры расходуются в основном на преодоле­ ние сил трения ЛтР и местных сопротивлений hK.

53

1. Формулы для определения потерь напора от трения. Потеря напора на преодоление трения hTp по длине трубопровода круглого сечения определяется по формуле Дарси — Вейсбйха:

При турбулентном течении, характеризующемся числами Рей­ нольдса, большими 2320, для определения коэффициента X приме­ няется ряд экспериментальных формул — для переходного режима (от ламинарного к турбулентному), смешанного режима и квадра­ тичного.

В области значений критерия Рейнольдса, где первое переходное

54

В этой области значений Re сопротивление шероховатых и глад­ ких труб одинаково, поэтому эта область характеризует «гидравли­ чески гладкие» трубы. В зависимости от скорости течения и вязкости жидкости одна и та же труба может быть гидравлически гладкой, если Rex ^ Re, и гидравлически шероховатой, если Re ^ Rex.

Ig(WOA)

Рио, 22. Зависимость коэффициента сопротивления А, гидравлически гладкой п ше­ роховатой труб от числа Re (опыты Никурадзс).

Значения r/e: 1 — 15; 2 — 30,6; 3 — 60; 4 — 126; 5 — 252; 6 — 507.

На рис. 22 приведены результаты опытов Никурадзе по опреде­ лению зависимости коэффициента сопротивления к от числа Рей­ нольдса и параметра т/е. Здесь е — размер песчинки — искусствен­ ного выступа (шероховатости), нанесенного на внутреннюю поверх­ ность трубы; г — радиус трубы.

Анализ графика показывает:

1) в области ламинарного течения (Re •< 2320, lg Re < 3,36) шероховатость стенок трубы не влияет на величину коэффициента гидравлического сопротивления к (прямая I);

2) в переходной области от ламинарного к турбулентному тече­ нию (2320 Re! <С 3000, lg Re! 3,48) коэффициент к возрастает с увеличением Re, имея одинаковое значение для труб разной шерохо­ ватости;

55

Потери напора от трения можно определить также по обобщенной формуле Л. С. Лейбензона, которая получается следующим образом.

Если среднюю скорость течения жидкости w выразить через объемный расход Q и живое сечение потот;а F

Если в формулу (ШЛО) вместо коэффициента X подставить его значения из формул (Ш.З) и (III.5) и произвести несложные пре­ образования, которые мы здесь не приводим, то получим более удоб­ ные для практических расчетов формулы:

для ламинарного режима

для турбулентного режима

v0,2bQl,75

iЪ 76 *

57

Решая эти уравнения для каждого из входящих в него парамет­ ров, получаем:

для ламинарного режима

см:

v = ( ^ r ) 4°M2/ceK-

Здесь приняты значения: D в см, v в см2/сек, расход Q может быть выражен в л/сек, м3/ч, м3/сутки. В соответствии с принятой размер­ ностью значения коэффициентов а и Ь принимаются следующие:

Положим, что в трубопровод диаметром D 0 вставлена труба другого диаметра DB, тогда гидравлический уклон в этой вставке iB может быть выражен через гидравлический уклон в основной трубе /0 по формуле

(III.11)

Такая форма записи справедлива в том случае, если характер течения в основной трубе и во вставке одинаков (т = const).

3. Формулы для определения потерь напора на местные сопро-

тпвленпя. Потерю напора на местные сопротивления обычно представляют в долях скоростного напора в трубопроводе и определяют по формуле

где £ — коэффициент местного сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса, формы местного сопротивления и шероховатости, а для запорных устройств — от степени их открытия; / м — длина трубо­ провода, эквивалентная по потере напора местному сопротивлению.

Коэффициенты местного сопротивления £ и 1М связаны зависи­ мостью

I

Потери напора от гидравлических сопротивлений в трубопро­ воде, имеющем местные сопротивления, рассчитываются по фор­ муле

h —Я_^L w2

Лм * D 2g

или

—И»

вкоторых длина трубопровода I заменяется эквивалентной длиной

ПП

выраженных через длину прямого участка трубы, эквивалентного по потерям напора. Величины местных сопротивлений можно найти

влитературе [19]-

А.Гидравлический расчет простого трубопровода. Гидравличе­ ский расчет простого напорного трубопровода сводится к определе­ нию одного из следующих параметров:

1) пропускной способности трубопровода Q при известных гео­ метрических отметках начала и конца трубопровода Az = z4 — z2,

2) необходимого начального давления р t при известном конечном давлении р 2, длине трубопровода I, диаметре D , разности геометри­ ческих высот Az, объемном расходе Q, плотности жидкости рж

иее вязкости vJK;

3)диаметра трубопровода D , способного пропустить заданный расход жидкости Q при известных Az, Ар, I, рж, vx .

Рассмотрим общие принципы решения перечисленных выше задач. 1. В задачах первого типа искомым является пропускная спо­ собность Q. В связи с тем что коэффициент гидравлических сопроти­ влений X зависит от числа Рейнольдса, а следовательно, и от неиз­ вестного расхода Q, задачу приходится решать методом последова­ тельных приближений или графо-аналитическим путем, сущность

которого сводится к следующему.

Вначале строят кривую, характеризующую работу трубопро­ вода Н — f (Q), задаваясь несколькими произвольными значениями расхода Qt (рис. 23, а). После этого по заданному напору Н 0 находят искомую производительность трубопровода Q0.

При решении этой задачи за заданный напор Н 0 обычно прини­ мают разность значений удельной потенциальной энергии:

пренебрегая при этом скоростным напором (w\ — w\)/2g в уравне­ нии (III.1) ввиду его малости.

2. В задачах второго типа в зависимости от числа Рейнольдса находят коэффициент гидравлического сопротивления X, затем

59

решают уравнение (III.26) относительно искомого начального давления.

3. Третья задача — определение диаметра нефтепровода — легче всего решается графо-аналитическим методом. Для этого задаются различными значениями диаметра трубопровода, определяют соот­ ветствующие им потери и строят зависимость Н — / (D) (рис. 23, б). Необходимый диаметр трубопровода определяется по заданному напору II0. Если такого размера труб в ГОСТ нет, то принимается ближайший больший размер.

Б. Гидравлический расчет сложного напорного трубопровода.

Сложный трубопровод представляет собой ряд последовательно или параллельно соединенных простых трубопроводов и поэтому гидравлический расчет его в принципе ничем не отличается от изло­ женной выше расчетной схемы.

При последовательном1соединении простых трубопроводов, име­ ющих различные диаметры, расход нефти или воды на всем пути остается постоянным, а общие потери напора определяются сумми­ рованием потерь напора на отдельных участках. При параллельном соединении трубопроводов, когда две или более линии отходят от одной точки В и сходятся в другой С, разность напоров по концам участков, сходящихся в этих точках, будет Одинакова, а сумма расходов по отдельным ветвям равна полному расходу, поступа­ ющему к точке разветвления (рис, 23, в).

Для расчета параллельных трубопроводов применяются следу­ ющие формулы.

Л . Сумма расходов в ветвях равна расходу в подводящем или отводящем трубопроводе:

4i~\~42~r • ■ +<7л = (?*

СО