Козловского месторождения
.pdf
140
Расчет показал, что установленный на площадке УПСВ «Козловская», объемом 100 м3 нефтегазовый сепаратор (производительностью по нефти до 1800 м3/ч и по газу до 500000 м3/ч) справляется с поступающим потоком газонефтяной смеси (расход нефти 310,88 м3/сут, расход газа 491197,94 м3/сут).
10. Гидравлический расчет сложного трубопровода, транспортирующего двухфазную жидкость
Технические условия для выполнения расчета
Определить потери давления, которые возникнут при движении по трубопроводу газожидкостной смеси от скв.176 до узла №1, который врезается в сборный коллектор рис. 10.1.
Схема движения газожидкостной смеси
C |
B |
А |
Узел 1 |
АГЗУ-8 |
Скв.176 |
|
Козловского
месторождения
Рис. 10.1
Консорциум н е д р а
141
Таблица 10.1
Исходные данные для расчета
Длина участка АB |
L1, м |
762 |
Внутренний диаметр трубопровода на участке АB |
D1, м |
0,09 |
Расход смеси на участке АB |
Q1, м3/сек |
0,00061 |
Длина участка ВС |
L2, м |
50 |
Внутренний диаметр трубопровода на участке ВС |
D2, м |
0,152 |
Расход смеси на участке ВС |
Q2, м3/сек |
0,0086 |
Плотность нефти |
ρf, кг/м3 |
857 |
Плотность растворенного в нефти газа |
ρg, кг/м3 |
1,078 |
Динамическая вязкость нефти |
μf, Па·с |
0,00605 |
Динамическая вязкость газа |
μg, Па·с; |
0,0000095 |
Объемная доля растворенного в нефти газа |
α |
0,30 |
Массовая доля растворенного в нефти газа |
х |
0,014 |
Абсолютная шероховатость |
e, м |
0,0002 |
Результаты расчета
1.Определим методику расчёта.
Для этого найдём значения показателей W и f/ g и сравним их с табличными [12].
f g
=0,00000950,00605 = 636,84
Удельную массовую скорость квазижидкости находим по формуле, (кг·м2/с):
W = |
G |
, |
|
S |
|||
|
|
где G – массовый расход, кг/с;
(10.1)
Консорциум н е д р а
142
S – площадь сечения трубы, м2.
G = Q ,
(10.2)
G1 |
= 0,00061· 857 = 0,52кг/с |
G2 |
= 0,0086· 857 = 7,37кг/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S = |
вн |
, |
(10.3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
S1 |
= |
3.14 · 0,09 = 0,006359 м2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S2 |
= 3.14 · 0,152 =0,02 м2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
W = |
0,52 |
|
=81,77кг·м2/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,006359 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W2 |
= 7,37 |
=368,5кг·м2/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,02 |
|
|
|
|
|
Так как |
|
н |
|
< 1000 на участке АВ и ВС, то применяем методику Фриделя. Согласно выбранной методике находим |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
потери по формуле:
Согласно данной методике потери давления на трение могут быть определены из соотношения:
|
|
f |
|
|
|
g |
n |
+ 3.23 F H Fr−0.045 W −0.035 |
|
P = 1 − 2 + 2 |
|
|
|
|
|
(10.4) |
|||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
g |
f |
|
|||||||
|
|
||||||||
F = |
0.78 |
(1 − ) |
0.224 |
|
|
(10.5)
Консорциум н е д р а
Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:
«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»
Консорциум н е д р а
143
|
|
|
|
0.91 |
|
|
|
|
0.19 |
|
|
|
|
|
0.7 |
f |
|
g |
|
− |
g |
|
|||||||||
H = |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g |
|
|
f |
|
|
|
|
f |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Средняя скорость движения жидкости в трубе равна:
(10.6)
v |
|
= |
Q |
f |
, |
|
|
|
|||||
c |
S |
|||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
(10.7)
Критерий Фруда определяется по формуле:
|
|
|
|
Fr = |
2 |
|
|
c |
(10.8) |
||
|
|||
c |
g D |
||
|
|
||
|
в |
|
Найдем расход жидкой фазы в объёме трубопровода по формуле:
Q |
|
= Q (1−) |
|
|
(10.9) |
f |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Qf |
1 |
= 0,00061 · (1- 0,3)= 0,000427м3/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Qf |
2 |
= 0,0086 · (1- 0,3)= 0,00602м3/с |
|
|
|
|
|
|
|
Для первого участка:
v |
с1 |
|
=
0,000427
0,006359 = 0,067м/с
Для второго участка:
v |
с 2 |
|
Frc1 =
= |
0,00602 |
= 0,301м/с |
|
0,02 |
|
0,0672 · 9,18·0,09 = 0,00509
Консорциум н е д р а
144
H
|
|
F |
|
857 |
0.91 |
= |
|
|
1,078 |
|
|
|
0,3012 · |
|
|
|
|
||
Frc 2 |
= |
|
= 0,060822 |
|
|
||
9,18·0,152 |
|
|
|||||
=0,0140.78 · (1-0,014) 0.224 = 0,04 |
|
|
|||||
0,0000095 |
0.19 |
|
0,0000095 |
|
0.7 |
||
· |
0,00605 |
|
· 1-( |
0,00605 |
) |
=127,67 |
|
|
|
|
|
|
|||
По формуле (3.84) найдем потери давления на участке АВ и ВС:
P 1
P2
|
857 |
0,0000095 |
0.01 |
|
= 1-0,0142 +0,0142 · |
|
· |
|
+ 3.23·0,04·127,67·0,00509-0.045 ·81,77-0.035 =19,08Па |
1,078 |
|
0,00605 |
|
|
|
857 |
0,0000095 0.01 |
·368,5-0.035 =16,36Па |
||
= 1-0,0142 +0,0142 · |
|
· |
|
+ 3.23·0,04·127,67·0,060822-0.045 |
|
1,078 |
|
0,00605 |
|
|
|
Выводы и рекомендации
Общие потери на трение составляют 35.44 Па, поэтому можно сделать вывод, что газонасыщенная нефть, по выкидной линии, способна дойти от скважины до точки врезки в коллектор за счёт собственного давления. Потери на трение незначительны. Следовательно, дополнительных насосов не требуется.
11. Гидравлический расчет сложного трубопровода, транспортирующего однофазную жидкость
Технические условия для выполнения расчета
Определить потери давления, которые возникнут при движении по трубопроводу подтоварной воды от БКНС до ВРП-2 и от ВРП-2 до нагнетательной скважины № 166. Схема изображена на рис. 11.1.
Консорциум н е д р а
145
Схема движения подтоварной воды
|
ВРП-2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скв. №166 |
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
БКНС |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C
А
Рис. 11.1
Таблица 11.1
Исходные данные
Внутренний диаметр трубопровода на участке AB |
D1, м |
0,187 |
|
|
|
Расход жидкости на участке AB |
Q1, м3/с |
0,0024 |
|
|
|
Длина участка трубопровода AB |
L1, м |
100 |
|
|
|
Внутренний диаметр трубопровода на участке BC |
D2, м |
0,089 |
|
|
|
Расход жидкости на участке BC |
Q2, м3/с |
0,032 |
|
|
|
Длина участка трубопровода BC |
L2, м |
137 |
|
|
|
Абсолютная шероховатость трубопровода |
e, м |
0,002 |
|
|
|
Плотность пластовой воды |
ρ, кг/м3 |
1160 |
|
|
|
Динамическая вязкость пластовой воды |
μ, Па·с. |
0,00132 |
|
|
|
Результаты расчета
Консорциум н е д р а
146
Для горизонтального трубопровода потери вычисляем по формулам Дарси-Вейсбаха:
P |
= |
L |
|
|
|
||
тр |
|
D |
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
v |
2 |
|
c |
||
|
||
2 |
||
,
(11.1)
где |
L - длина трубопровода, м; |
||
D |
в - внутренний диаметр трубопровода, м; |
||
|
|
||
g |
|
- ускорение силы тяжести, м/с2; |
|
|
|
- плотность жидкости, кг/м3; |
|
hтр |
- потеря напора, м; |
||
Ртр |
- потеря давления, Па; |
||
|
|
- |
коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий в общем случае от режима течения жидкости и |
шероховатости стенок трубопровода; |
|||
v |
c - средняя скорость течения жидкости, м/с, определяем по формуле: |
||
|
|
|
|
= |
|
, |
|
|
|||
|
|
(11.2)
где - динамическая вязкость жидкости, Па×с.
=
0,00132 |
= 1,14·10-6м2/сек |
1160 |
|
где - плотность жидкости, кг/м3.
Определим режим движения для трубопровода. Для этого определим числа Рейнольдса Re, Reпер1и Reпер2.
Консорциум н е д р а
147
Re = |
v D |
вн |
= |
4 Q |
= |
4 Q |
|
, |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
вн |
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вн |
|
|
|
где v – средняя скорость движения жидкости в трубе, м2/с.
Re |
1 = |
|
4 · 0,0024 |
||
-6 |
|||||
|
|
|
|
3.14 · 0,187 ·1,14·10 |
|
Re |
|
= |
|
4 · 0,032 |
|
2 |
|
3.14 · 0,089 ··1,14·10-6 |
|||
|
|
|
|||
(11.3)
=14367,99
=402518,87
Так как ReАВ 2320 и ReВС>2320, то режим течение на участке АВ, ВС - турбулентный. Турбулетное течение бывает трех типов:
- |
если |
2320 Re Re |
пер1 , |
то это режим гидравлических гладких |
|
||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
труб; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(11.4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
если Reпер1 Re Reпер2 , то это режим переходной зоны; |
(11.5) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
Re Re |
пер2 |
, то это режим квадратичного трения. |
(11.6) |
|||||||||||
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Re |
|
= |
59,5 |
, |
|
(11.7) |
||
|
|
|
|
|
|
|
пер1 |
|
8 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Re |
пер2 |
= |
665 − 775 lg |
, |
(11.8) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где – относительная шероховатость внутренней стенки трубы.
= |
2 е |
, |
(11.9) |
|
D |
||||
|
|
|||
|
|
|
||
|
вн |
|
|
где е – абсолютная шероховатость труб, м.
|
1 |
|
=
2 ·0,002
0,187 = 0,021
Консорциум н е д р а
148
|
2 |
|
=
2 ·0,002
0,089 = 0,0449
Находим число Рейнольдса на участке АВ:
Re
Re |
|
|
= |
59.5 |
= 4920,18 |
|
пер1(1) |
0,0212 |
|||||
|
|
|||||
пер2(1) = |
665 - lg0,021= 92785,82 |
|||||
|
|
|
|
0,021 |
|
|
Находим число Рейнольдса на участке ВС:
Re
Re
пер2(
|
= |
59.5 |
= 2064,46 |
|
пер1(2) |
0,04492 |
|||
|
||||
2) =665 - lg0,0449= 37773,53 |
||||
|
|
0,0449 |
|
|
Так как Reпер1(1) < Re1 < Reпер2(1),
Для режима переходной зоны
следовательно, имеем на участке АВ режим переходной зоны.
определяется по формуле Белоконя:
= (1,83 lg Re−1.7) |
|
−1 |
(11.10) |
2 |
|
||
|
|
|
|
1 |
= ((1,83 · lg14367,99 – 1,7)2 )-1 = 0,03 |
||
Так как ReВС>Reпер2(ВС), следовательно, имеем режим квадратичного трения.Для режима квадратичного трения определяется по формуле Никурадзе:
= |
1 |
|
|
|
(11.11) |
(1,74 − 2 lg ) |
2 |
|
|
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
= |
|
= 0,02 |
|
|
(1,74-2·lg 0,0449)2 |
|||
По формуле определим среднюю скорость течения жидкости, м/с:
Консорциум н е д р а