Гидравлический расчет трубопроводов при движении нефтегазовых смесей

 

Перепад давления, обусловленный гидравлическим сопротивлением при движении газожидкостного потока, определяют по формуле Дарси-Вейсбаха:

 

 

Число Рейнольдса:

 

 

При Re < 2300

 

 

При Re > 2300

 

Кинематическая вязкость определяется по формуле Монна:

 

 

где b - расходное объёмное газосодержание двухфазного потока (расходный параметр, определяется для трубных условий):

 

 

где V_г, V_ж – объёмный расход газа и жидкости при средних давлении и температуре в трубопроводе.

Плотность смеси:

 

 

где

r_ж, r_г – плотность жидкости и газа при средних давлении и температуре в трубе;

j - величина истинного газосодержания.

Истинное газосодержание является сложной функцией, зависящей от физических свойств жидкости и газа, диаметра и наклона трубопровода, расхода жидкости и газа. Закономерности изменения j - доли сечения потока, занятой газом, от указанных параметров устанавливаются только экспериментально – путём мгновенных отсечек потока или просвечиванием гамма-лучами.

.

 

Доля сечения потока, занятая жидкостью, составит: .

Средняя скорость смеси:

 

 

Определение структур потока и истинного газосодержания производится по критериям, разработанным во ВНИИГаз Мамаевым и Одишария.

Эмульсионная структура

Критерий Фруда:

 

 

При b < 0,988

 

 

При b ³ 0,988

определяется по специальным графикам.

Пробковая структура

При движении смеси на подъём:

При движении смеси по горизонтальным и нисходящим трубопроводам:

 

где a - угол между осью трубы и горизонталью.

 

 

Расслоенная структура.

 

 

Перепад давления, обусловленный гравитационными силами, определяется из уравнения:

 

 

где

h_в h_y – высоты восходящих и нисходящих участков, м;

r_в, r_н – истинная плотность смеси на этих участках, определённая с учётом истинного газасодержания j:

 

 

при восходящем потоке:

 

при нисходящем потоке:

 

 

Тогда:

 

 

Гидравлический расчет трубопроводов, транспортирующих многофазные жидкости

 

Для расчета трубопроводов, транспортирующих разрушенные неустойчивые эмульсии используют методику Гужова А.И. и Медведева В.Ф. порядок расчета по этой методике следующий.

1. Рассчитывают объемную долю дисперсной фазы в эмульсии:

 

,

 

2. Определяют тип дисперсной фазы исходя из того, что наиболее плотная упаковка капель пластовой воды в эмульсии достигается при  и дальнейшая концентрация их приводит к инверсии фаз в эмульсии.

 

 и

3. Определяют плотность эмульсии по одной из формул:

 

; ;

 

где ,  - плотность нефти и воды, кг/м3; - обводненность в долях единицы; Gн иGв объемные расходы нефти и воды

4. Рассчитывают динамическую вязкость эмульсии по формуле Бринкмана

 

 при

 при

 

5. Определяют среднюю скорость течения эмульсии в трубопроводе:

 

 

6. Находят кинематическую вязкость эмульсии:

 

 

7. Вычисляют число Рейнольдса:

 

;

 

8. Рассчитывают коэффициент гидравлического сопротивления

 

9. Определяют перепад давления на расчетной длине трубопровода

 

 ( - разность начальной и конечной геодезических отметок трубопровода, м; g – ускорение свободного падения, м/с²)