Расчёт трубопровода на прочность

 

Цель расчёта на прочность – определение типа размеров (толщины стенки) трубопровода при заданных основных нагрузках или наоборот.

При расчёте трубопровода на прочность основным воздействием считается внутреннее давление.

При этом, прежде всего учитывают кольцевые напряжения, и толщину стенки трубопровода рассчитывают по формуле:

где р – внутреннее давление;

n – коэффициент перегрузки (коэф-т надёжности по нагрузке);

D_н – наружный диаметр трубопровода;

R₁ – расчётное сопротивление Ме трубы и сварных соединений.

где σ_вр – min предел прочности материала трубопровода (временное сопротивление);

m₀ – коэффициент условий работы трубопровода (зависит от категории);

К₁ – коэффициент надёжности по материалу;

К_н – коэффициент надёжности по назначению трубопровода (выбир-ся по диаметру).

Расчётное значение δ округляется до ближайшего по ГОСТу в большую сторону.

Кольцевые напряжения возникают от внутреннего давления и определяются формулой σ_к = рD_вн / (2δ).

 

1.11. Необходимость подготовки нефти к магистральному транспорту

Учебник Алиев стр 50

 

 

Образование нефтяных эмульсий и их основные свойства

 

Образование эмульсий уже начинается при движении нефти к устью скважины и продолжается при дальнейшем движении по промысло­вым коммуникациям, т. е. эмульсии образуются там, где происходит непрерывное перемешивание нефти и воды. Интенсивность образова­ния эмульсий в скважине во многом зависит от способа добычи нефти, который, в свою очередь, определяется характером месторождения, периодом его эксплуатации и физико-химическими свойствами самой нефти.

В эмульсиях принято различать две фазы – внутреннюю и внеш­нюю. Внешнюю фазу – жидкость, в которой размещаются мельчайшие капли другой жидкости, называют дисперсионной, внешней или сплошной средой. Внутреннюю фазу – жидкость, находящуюся в виде мелких капель в дисперсионной среде, принято называть дисперсной, разобщенной или внутренней фазой.

По характеру внешней среды и внутренней фазы различают эмуль­сии двух типов: нефть в воде (н/в) и вода в нефти (в/н). Тип образую­щейся эмульсии в основном зависит от соотношения объёмов двух фаз; внешней средой стремится стать та жидкость, объём которой больше. На практике наиболее часто (95 %) встречаются эмульсии типа в/н.

На способность эмульгирования нефти и воды кроме соотношения фаз оказывает влияние присутствие эмульгаторов, т. е. веществ, которые способствуют образованию эмульсии. Они понижают поверх­ностное натяжение на границе раздела фаз и создают вокруг частиц внутренней фазы прочные адсорбционные оболочки. Эмульгаторы, растворимые в воде, способствуют созданию эмульсии нефть в воде. К таким гидрофильным эмульгатором относятся щелочные мыла, же­латин, крахмал и др. Гидрофобные эмульгаторы (растворимые в нефти) способствуют образованию эмульсий типа в/н.

Нефтяные эмульсии характеризуются вязкостью, дисперсностью, плотностью, электрическими свойствами и стойкостью. Вязкость неф­тяной эмульсии изменяется в широких диапазонах и зависит от собст­венной вязкости нефти, температуры образования эмульсии, соотно­шения количеств нефти и воды и температуры эмульсии.

Дисперсностью эмульсии принято называть степень раздроблен­ности капель внутренней фазы во внешней среде. Дисперсность ха­рактеризуется одной из трёх взаимосвязанных величин: диаметром капель d, обратной величиной диаметра капель D = 1/ d, обычно на­зываемой дисперсностью; удельной межфазовой поверхностью, кото­рая является отношением суммарной поверхности частиц к их общему объёму.

В зависимости от физико-химических свойств нефти и воды, а также от условий образования эмульсий размеры капель могут быть самыми разнообразными и колебаться в пределах от 0,1 мкм до нескольких десятых миллиметра.

Плотность нефтяных эмульсий определяется по формуле для смеси нескольких жидкостей:

,

где r_э, r_в, r_н – плотность эмульсии, воды и нефти при заданной температуре соответственно; q – содержание воды.

Электропроводность чистых нефтей колеблется от 10^-9 до 10^-14 См/м, т. е. смесь из этих двух компонентов является хорошим диэлектриком. Однако при растворении в воде незначительного ко­личества солей или кислот резко увеличивается электропроводность воды, а следовательно, и эмульсии. Электропроводность нефтяных эмульсий увеличивается в несколько раз при нахождении их в элек­трическом поле. Это объясняется различной диэлектрической прони­цаемостью воды и нефти и ориентацией капель воды в нефти вдоль силовых линий электрического поля.

Стойкость (устойчивость) эмульсий, т. е. способность в течение определенного времени не разделяться на составные компоненты, яв­ляется самым важным показателем для водонефтяных смесей. Чем выше устойчивость эмульсии, тем труднее процесс деэмульсации. Нефтяные эмульсии обладают различной стойкостью. На устойчивость водонефтяных эмульсий значительное влияние оказывают следующие факторы: дисперсность системы; физико-химические свойства эмуль­гаторов, образующие оболочки вокруг капель воды; наличие на гло­булах внутренней фазы электрического заряда; температура эмуль­сии; состав пластовых вод.

При всех прочих равных условиях устойчивость эмульсий тем выше, чем больше дисперсность. Устойчивость эмульсий в большой степени зависит от состава компонентов, входящих в защитную обо­лочку, которая образуется на поверхности капли. В процессе существо­вания эмульсий происходит упрочнение бронирующей оболочки, так называемое «старение» эмульсии. Установлено, что поверхностные слои обладают аномальной вязкостью, и со временем вязкость брони­рующего слоя возрастает в десятки раз.

Наличие электрических зарядов на поверхности глобул увеличи­вает стойкость эмульсий. Чем больше поверхностный заряд капель, тем труднее их слияние и тем выше стойкость эмульсии. В статиче­ских условиях дисперсная система электрически уравновешена, что повышает устойчивость эмульсии.

С повышением температуры уменьшаются вязкость нефти и меха­ническая прочность бронирующего слоя, что снижает устойчивость эмульсии. Существенно влияет на устойчивость нефтяных эмульсий состав пластовой воды.