Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Схема емкостного датчика




1 – сварной корпус, 2 – стеклянная труба, 3 – электрод, 4 – регулятор длины электрода (шток), 5 – штурвал, 6 и 10 – верхний и нижний фланцы соответственно, 7 – стальная труба, 8 – кольцо для крепления стеклянной трубы, 9 – металлический цилиндрик.

На верхнем фланце 6 монтируется внутренний элек­трод 3, особенностью которого является наличие регулятора его длины, действующего при помощи вращающегося штока. Роль изолятора выполняет стеклянная труба 2, которая при помощи специального кольца 8 и стального патрубка 7 крепится к верх­нему фланцу 6. Внутри стеклянной трубы на длине 200 мм нано­сится распылением слой серебра, являющегося внутренним элек­тродом 3 датчика. Вращая штурвал 5 вместе со штоком, можно выдвигать из электрода на требуемую длину металлический ци­линдрик 9, контактирующий с серебряным покрытием, таким образом, настраивать влагомер на измерение различных сортов нефти с различной обводненностью. Шкала влагомера, находя­щаяся на верхнем фланце, отрегулирована в процентах объемного содержания воды. На точность измерения этим прибором коли­чества пластовой воды и нефти значительное влияние оказывают:

1) изменение температуры нефтеводяной смеси;

2) степень одно­родности смеси;

3) содержание пузырьков газа в потоке жид­кости;

4) напряженность электрического поля в датчике.

 

6. Классификация промысловых трубопроводов. Гидравлический расчет простых трубопроводов.

Трубопроводы, применяемые на нефтяных месторождениях, подразделяются на несколько видов:

1. по назначению – нефтепроводы, газопроводы, нефтегазопроводы, водопроводы. В нефтепроводах и нефтегазопроводах наряду с нефтью и газом может двигаться и пластовая вода.

2. по функции - выкидные линии и коллекторы. Выкидные линии-трубопроводы от устья скважины до ГЗУ. Коллекторы-трубопроводы, собирающие продукцию скважин от групповых установок к сборным пунктам.

3. по величине рабочего давления – низкого (до 1,6МПа), среднего (от 1,6 до 2,5 МПа) и высокого (выше 2,5МПа).

Трубопроводы среднего и высокого давления – напорные. Трубопроводы низкого давления могут быть напорными и самотечными.

Если в самотечных трубопроводах движение жидкости происходит при полном заполнении ею объема трубы, то движение напорно-самотечное, если заполнение не полное, то движение характеризуется как свободно-самотечное.

4. по гидравлической схеме работы - простые и сложные.

Простые - трубопроводы, имеющие неизменный диаметр и массовый расход транспортируемой среды по всей длине.

Сложные - трубопроводы, имеющие различные ответвления или изменяющийся по длине диаметр. Сложные трубопроводы можно разбить на участки, каждый из которых является простым трубопроводом.

5. По способам прокладки:

-подземные,

- наземные,

- подводные,

-подвесные.

Гидравлический расчет простых трубопроводов.

Простой трубопровод имеет постоянный диаметр по всей длине и не имеет никаких отводов. Гидравлический расчет его сводится к определению одного из следующих параметров.

Пропускная способность трубопровода Q при заданных величинах: диаметра D и длины l трубопровода, физических свойств перекачиваемой жидкости (r ж и v ж), геометрических отметках начала и конца трубопровода (D z = z 1 - z 2) и перепада давления (р 1 - р 2) или напора (Н 1 - Н 2).

Необходимый начальный напор Н1 или давление р1 при задан­ных величинах: конечного напора H 2 или давления p 2, длины трубопровода l, физических свойств перекачиваемой жидкости (r ж и v ж), диаметра трубопровода D, разности геометрических высот D z и количества перекачиваемой жидкости Q ж.

Диаметр трубопровода D, способного пропустить заданный расход Q ж при тех же известных, что и в первых двух случаях.

Рассмотрим принципы решения перечисленных задач.

В задачах первого типа искомым является пропускная спо­собность Q ж трубопровода. Коэффициент гидравлического со­противления l зависит от числа Рейнольдса, а следовательно, и от неизвестного расхода Q ж. Поэтому задачу решают графо-аналитическим методом, сущность которого сводится к следующему.

 

 

В начале задаются несколькими произвольными значениями расхода жидкости Qi, после чего определяют скорость потока . Затем рассчитывают режим движения и в зависимости от него определяют коэффициент гидравлического сопротивления l. После чего, подставляя все известные данные в формулу Дарси-Вейсбаха , находят для данного расхода потери напора в трубопроводе Hi и строят по найденным величинам зависимость Hi = f (Qi) (рис.1, а). После этого по заданному напору H 0 находят иско­мую производительность трубопровода Q 0. При решении этой задачи за заданный напор Н 0, определяемый из уравнения Бернулли обычно принимают разность значений удельной потенциальной энергии (D z и D р):

В задачах второго типа в зависимости от числа Рейнольдса, которое в данном случае легко определить по известным диаметру трубопровода D и расходу жидкости Q ж, находят коэффициент гидравлического сопротивления l, затем решают уравнение -формула Лейбензона (*) - относительно искомого начального давления.

В задачах третьего типа искомым является диаметр нефтепро­вода при известном расходе жидкости Q ж, перепаде давлений p 1 - р 2, плотности r ж и вязкости v ж жидкости, а также длине трубопровода l.

Здесь, как и в задаче первого типа, коэффициент гидравличе­ского сопротивления l зависит как от режима движения, т. е. от числа Рейнольдса, так и от неизвестного диаметра D, входя­щего в число Re. Поэтому данная задача решается графо-аналитическим методом. Для этого задаются различными значениями диаметра трубопровода Di, определяют соответствующие им по­тери Hi и строят зависимость Hi = f (Di).

Необходимый диаметр трубопровода определяют по кривой рис. 1 по заданному напору H 0.

 

 

7. Классификация промысловых трубопроводов. Гидравлический расчет сложных трубопроводов. Расчет сборного и раздаточного коллекторов.

Трубопроводы, применяемые на нефтяных месторождениях, подразделяются на несколько видов:

1. по назначению – нефтепроводы, газопроводы, нефтегазопроводы, водопроводы. В нефтепроводах и нефтегазопроводах наряду с нефтью и газом может двигаться и пластовая вода.

2. по функции - выкидные линии и коллекторы. Выкидные линии-трубопроводы от устья скважины до ГЗУ. Коллекторы-трубопроводы, собирающие продукцию скважин от групповых установок к сборным пунктам.

3. по величине рабочего давления – низкого (до 1,6МПа), среднего (от 1,6 до 2,5 МПа) и высокого (выше 2,5МПа).

Трубопроводы среднего и высокого давления – напорные. Трубопроводы низкого давления могут быть напорными и самотечными.

Если в самотечных трубопроводах движение жидкости происходит при полном заполнении ею объема трубы, то движение напорно-самотечное, если заполнение не полное, то движение характеризуется как свободно-самотечное.

4. по гидравлической схеме работы - простые и сложные.

Простые - трубопроводы, имеющие неизменный диаметр и массовый расход транспортируемой среды по всей длине.

Сложные - трубопроводы, имеющие различные ответвления или изменяющийся по длине диаметр. Сложные трубопроводы можно разбить на участки, каждый из которых является простым трубопроводом.

5. По способам прокладки:

-подземные,

- наземные,

- подводные,

-подвесные.

Сложный трубопровод может иметь различные диаметры по длине и отводы.

При гидравлическом расчете их практический интерес пред­ставляет четыре случая, часто встречающихся в промысловых условиях:

1) жидкость из раздаточного коллектора, имеющего постоян­ный диаметр, равномерно или неравномерно отбирается;

2) жидкость равномерно или неравномерно поступает в сбор­ный коллектор, имеющий по длине разный диаметр;

3) общий сборный коллектор образует параллельные трубо­проводы (лупинги);

4) общий сборный (раздаточный) коллектор имеет форму кольца (магистральный водовод).

Рассмотрим решение задач для каждого случая при условии установившегося течения.

Уравнение материального баланса для первого случая (см. рис.1) - раздаточного коллектора

где Q - объемный расход жидкости в произвольном сечении; Q T - транзитный расход жидкости, т. е. расход, который транс­портируется за пределы указанных участков; Q П - путевой расход жидкости; q 1, q 2, …., qi - равные или неравные объемные расходы жидкости в ответвлениях, отстоящих на расстоянии l 1, l 2, …., li от начала трубопровода.

Расход жидкости на участках:

l1 = О T + Q П;

l2 = О T + Q П - q 1;

l3 = О T + Q П - (q 1 + q 2);

ln = О T + Q П - (q 1 + q 2 + ….. + qn - 1).

Поскольку диаметр раздаточного коллектора одинаков на всем протяжении, а расходы жидкости на различных участках, в связи с ее отбором, разные, то режимы течения на каждом уча­стке l 1, l 2, …., l П также будут разными.

Определим перепад давления на каждом участке горизонтального трубопровода по формуле Лейбензона . На первом участке

На втором участке

На третьем участке

на n -м участке

Сложив перепады на каждом участке, найдем общий перепад на всей длине рассматриваемого раздаточного коллектора:

Если транзитный расход в раздаточном коллекторе равен нулю, т. е. Q T = 0, величины отборов одинаковы (q 1 = q 2 = q 3 = ….. qn), расстояния между отборами равны между собой (l 1 = l 2 = …. Ln), то

С учетом рельефа местности формула примет вид

Для каждого участка трубопровода определяется режим дви­жения жидкости и по формуле

Уравнение материального баланса для второго случая - сборного коллектора

Расход жидкости на участках

l1 = О 0;

l2 = О 0 + q 1;

l3 = О 0 + q 1 + q 2 и т. д.

Определим перепад давления на каждом участке по аналогии с предыдущим.

Рис. 2. Расчетная схема сложного нефтепровода, имеющего по длине разные диаме­тры, с сосредоточен­ным поступлением нефти

На первом участке

На втором участке

На третьем участке

На n -м участке

Как и в первом случае, сложив перепады давлений на каждом участке, найдем общий перепад на всей длине рассматриваемого сборного коллектора:

Для каждого участка сборного коллектора определяют режим движения жидкости и определяют перепад давления на каждом участке. Затем производится сложение этих перепадов, в результате чего получается общий перепад.Расчет параллельных и кольцевых трубопроводов.

Сложный трубопровод может иметь различные диаметры по длине и отводы.При гидравлическом расчете их практический интерес пред­ставляет четыре случая, часто встречающихся в промысловых условиях:

1) жидкость из раздаточного коллектора, имеющего постоянный диаметр, равномерно или неравномерно отбирается; 2) жидкость равномерно или неравномерно поступает в сборный коллектор, имеющий по длине разный диаметр; 3) общий сборный коллектор образует параллельные ТП (лупинги); 4) общий сборный (раздаточный) коллектор имеет форму кольца (магистральный водовод).

Параллельные ТП, или лупинги, прокладывают обычно для увеличения их пропускной способности при сохране­нии того же перепада давления на конечных участках или умень­шении его.

Рис. 3. Расчетная схема параллель­ных трубопроводов (с лупингом)

На рис. 3 приведена схема трубопровода с лупингом.

Из баланса количества жидкости имеем

где Q 0 - расход жидкости в основном трубопроводе до сечения А и после сечения В; Q 1 - расход жидкости в трубопроводе на участке АВ; Q 2 - расход жидкости в лупинге.

Очевидно, потери напора на участке трубопровода АВ равны потери напора в лупинге (параллельной трубе), т. е. D h 1 = D h 2 или, можем записать:

где l 0 - длина участка трубопровода, равная длине лупинга; D 1, D 2 - диаметры трубопровода и лупинга соответственно.

Из равенства потерь напора на участке трубопровода А - В следует

откуда найдем расход в трубопроводе Q 1 на участке , выра­женный через расход Q 0 до разветвления:

Формула (7) позволяет определить расход жидкости в сдво­енном трубопроводе по известному суммарному расходу Q 0 и заданным отношениям диаметров лупинга и трубопровода.

Гидравлический уклон до участка АВ и после него

Гидравлический уклон на участке АВ и в лупинге одинаков и будет равен с учетом выражения (7)

Выражая гидравлический уклон на сдвоенном участке через гидравлический уклон основного трубопровода, получим

Если диаметр основного трубопровода D 1 и диаметр лупинга D 2 равны между собой, то

В этом случае при ламинарном режиме n = 0,5, при турбу­лентном режиме в зоне справедливой для формулы Блазиуса n = 0,297, для зоны с квадратичной характеристикой n = 0,25.

Кольцевые трубопроводы сравнительно широко применяют в промысловых условиях при подаче воды от мест водозабора до кустовых насосных станций (КНС).

Кольцевые трубопроводы рассчитывают по той же схеме, что и при параллельном соединении (с лупингом).

Однако задача значительно усложняется тем, что здесь имеется несколько расходных пунктов Q 1, Q 2, Q 3, Q 4, Q 5 (рис. 4), и рас­чет проводят до тех пор, пока изменением расхода жидкости и направлением ее движения не будет достигнуто равенство потерь напора в ветвях ВСДЕ и ВМКЕ.

Рис. 4. Расчетная схема кольцевого трубопровода

При проектировании кольцевой системы водоводов вначале задаются величинами расходов Q 1, Q 2, Q 3, Q 4, Q 5 и, зная диаметры отдельных ветвей, определяют значения потерь напора от общей точки разветвления В до расходных пунктов СDЕ и МКЕ. Рас­ходы считаются заданными правильно, если алгебраическая сумма потерь напора в кольце равна нулю, т. е.

или

Если это условие не соблюдается, то следует повторить рас­четы при измененных величинах расходов жидкости в трубах:

Q 1 + Q 2 + Q 5 = Q 3 + Q 4 + Q 5 ± D Q.

Поправка D Q при этом выбирается удовлетворяющей уравне­нию

Если в процессе эксплуатации кольцевого трубопровода на линиях-отводах Q 1, Q 2, Q 3, Q 4 и Q 5 изменяется сопротивление (закрывается задвижка), то соответственно этому сопротивлению происходит перераспределение расходов жидкости в отдельных отводах.

 

 

8.Неизотермическое течение жидкостей в трубопроводе. Расчет трубопроводов при неизотермическом течении жидкости

1 – изотермическое ламинарное течение; 2 – нагревание вязкой нефти; 3 – охлаждение вязкой нефти.

Закон распределения температуры жидкости по длине трубопровода получен Жуковым в 1883 г., в основу которого заложена потеря теплоты от элементарного участка dx в единицу времени в ОС: (1), где - поверхность охлаждения элементарного участка, м3, - полный коэффициент теплоотдачи от жидкости в ОС, Вт/м2*0С, t – текущая температура жидкости.

При движении жидкости через рассматриваемый участок dx, жидкость охлаждается на dt 0С и теряет количество теплоты: (2), где - теплоемкость, Дж/кг*0С, G – массовый расход, кг/с. (1)=(2): - уравнение Шухова (закон распределения температуры жидкости по длине трубопровода).

В 1923 г. Лейбензон внес поправку в эту формулу, учтя работу трения потока жидкости, превращающуюся в теплоту, участвующую в тепловом балансе трубопровода: ; - поправка Лейбензона, - средний гидравлический уклон; Е – механический эквивалент теплоты (1 ккал=427 кгс*м=427*9,81 Н*м).

Закон изменения температуры на участке трубопровода, где происходит кристаллизация парафина, описывается формулой Черникина: ; - расстояние, на котором температура падает от tн до tп, - количество парафина, выделяющегося из нефти при понижении температуры от tп до t (доли единицы); - любая температура, для которой известно ; x – скрытая теплота кристаллизации парафина.

 

 

9.Гидравлический расчет трубопроводов, транспортирующих вязкопластичные жидкости.

распреде­ление скоростей и напряжений в структурированном потоке.

Согласно закону Ньютона о вязкостном трении при движении жидкости в круглой трубе, уравнение касательного напряжения сдвига t записывается в следующем виде:

Парафинистые и застывающие нефти при понижении температуры приобретают вязкопластичные свойства вследствие образования в них пространственной структуры. В этом случае течение нефтей не начнется до тех пор, пока не будет достигнуто предельное напряжение сдвига, необходимое для разрушения пространственной структуры, и только после начала течения наблюдается пропорциональность между градиентом скорости и разностью напряжения τ-τ0.

Таким образом, поведение вязкопластичных жидкостей отклоняется от закона Ньютона и описывается уравнением Шведова-Бингама: τ= τ0пл , где τ0-предельное напряжение сдвига, μпл-пластичная вязкость; du/dn-градиент скорости сдвига.

Профиль скоростей при движении вязкопластичной жидкости в круглой трубе существенно отличается от профиля скорости ньютоновской жидкости. Так как напряжение сдвига убывает от стенки трубы и оси, на некотором радиусе r0 напряжение сдвига становится равным предельному напряжению сдвига τ0, и жидкость в цилиндре радиусом r0 движется в виде «ядра», внутри которого скорость по сечению не изменяется. Радиус цилиндрического ядра r0 определяют по формуле: r0 = τ0 . При ламинарном течении вязкопластичных жидкостей в трубах расход определяют по уравнению Букингема:

,

которое также можно записать

.

Для упрощения расчетов применяют формулу Стокса: λ=64/Re*, где Re* - обобщенный параметр Рейнольдса, который вводится с использованием уравнения Букингема в виде: ,

где u-параметр пластичности,

.

При турбулентном движении парафинистых нефтей, являющихся вязкопластичными жидкостями, λ не зависит от Re. Численное значение λ в турбулентном режиме в зависимости от содержания парафина изменяется от 0,028 до 0,038, причем λ возрастает с ростом концентрации твердого парафина.

 

 

10.Гидравлический расчет трубопроводов для нефтяных эмульсий

Устойчивые высокодисперсные эмульсии ведут себя как однородные жидкости, и поэтому гидравлический расчет трубопроводов в этом случае не отличается от гидравлического расчета простого нефтепровода. Различие гидродинамического поведения неустойчивых и устойчивых эмульсий проявляется в эффекте гашения турбулентных пульсаций дисперсионной среды каплями дисперсной фазы. С учетом этого эффекта λ неустойчивых эмульсий определяется:

λэ=64/Re,Re<=2320,

,

2320< Re<105,

где Re*э-число Рейнольдса, определяемое по формуле:

,

где γ0 указывает, является ли неустойчивая эмульсия ньютоновской или неньютоновской жидкостью, ее определяют по выражению:

,

1-ньютоновская

2- неньютоновская

-параметр пластичности,

w-средняя скорость течения, ρэ, μэ-плотность и вязкость эмульсии; D-внутренний диаметр трубопроводада; τ0- дополнительное напряжение сдвига плотной эмульсии: τ0=(0,195φф-0,102)σ/d, где σ-межфазное натяжение; d-диаметр капель; φф-содержание дисперсной фазы и эмульсии.

Плотная (устойчивая) эм-ия сущ-т при 0,524<φф<0,741

Множитель (1+1,125*γ1ф)-1 учитывает эффект гашения турбулентности.

Символ γ1 указывает, проявляется ли в потоке неустойчивой эмульсии эффект гашения турбулентности, и определяется:

,

где d-средний объемно-поверхностный диаметр капель неустойчивой эмульсии; d=1,4Dwe0.6; We=σ/ρс число Вебера; ρс и ρф-плотность дисперсной среды и дисперсной фазы.

Снижение давления при преодолении гидродинамического сопротивления при турбулентном течении неустойчивых эмульсий в промысловых трубопроводах зависит от содержания дисперсной фазы в неустойчивой эмульсии.

Содержание дисперсной фазы в эмульсии, при котором потери давления будут минимальны, является оптимальным.

1) Потери Р минимальны.

Оптимальное содержание дисперсной фазы в неустойчивой эмульсии определяют по формуле:

φф0=0,68-0,4ρфс, 0,6< ρф<1.4.

2) Потери Р для эм-ии не превышают потерь Р для нефти.

Важное значение для нефтепромысловой практики имеет определение области, в которой перепад давления при течении эмульсии не превышает перепада давления при течении нефти с той же скоростью. Эта область при 1< ρф/ ρc<1.4 описывается формулой: φф*=1,2-0,7 ρф/ ρс.

3) Потери Р для эм-ии меньше чем потери Р для нефти.

Т.о., при 0< φф< φф* перепад давления в труб-де меньше, чем для чистой нефти. За пределами этой области перепад давления для эмульсии превышает перепад давления для чистой нефти.






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных