Гидравлический расчет трубопроводов при движении в них нефтегазовых смесей.

На промыслах 70 % трубопроводов транспортируют нефтегазовые смеси, то есть являются трубопроводами с неполным заполнением сечения.

Рис. 8. Структуры газожидкостных потоков в горизонтальных трубах.

а - пузырьки газа в верхней образующей; б - начало образования газовых пробок; в - разделенная структура; г - пробково-диспергированная: д - пробковая; е - пленочно-диспергированная.

В зависимости от количества нефти и газа, протекающих по трубопроводу, может образоваться не­сколько структур течения, характеризующих взаимное расположение газовой и жидкой фаз в процессе их движения (рис. 8). Последовательность указанных на рисунке структур объясняется постепенным увеличением газовой фазы в потоке нефти. Трубопроводы с первыми двумя структурами потока без особых погрешностей можно рассчитывать по формулам Дарси-Вейсбаха.

Основная задача, возникающая при гидравлическом расчете трубопроводов, транспортирующих неф­тегазовые смеси, - определение перепадов давления. Расчетное уравнение для " рельефных" (негоризонталь­ных) нефтепроводов записывается в следующем виде:

∆ P = ∆ P тр см + ∆ P см

где ∆ P - перепад давления, обусловленный весом столба газожидкостной смеси, а для горизон­тального трубопровода это значение отсутствует.

Перепад давления- обусловленный гидравлическим сопротивлением нефтегазового потока, можно определять по формуле:

где λ см - коэффициент гидравлического сопротивления, который находится по формуле:

Число Рейнольдса для смеси определяется как:

Кинематическая вязкость двухфазного потока V см определяется по формуле Манна:

где р. - объемное расходное газосодержание двухфазного потока:

где G, и Он - соответственно объемный расход газа и нефти при средних давлении и температуре в трубопроводе.

Плотность нефтегазовой смеси р.„, определяется из выражения:

где рц и рг - соответственно плотность нефти и газа при средних давлении и температуре смеси в трубопроводе; < р. - истинное газосодержание нефти определяется как отношение площади сечения потока, занятого газовой фазой Sr, к полному поперечному сечению потока s, то есть:

Вся трудность решения задач, связанных с движением нефтегазовых смесей по трубопроводам, сво­дится к отысканию закономерности изменений истинного газосодержания (р, зависящего от физических свойств нефти и газа, их расхода, диаметра и наклона трубопровода. Закономерности изменения (р от ука­занных параметров устанавливаются только опытным путем при помощи мгновенных отсечек потока или просвечивания труб гамма-лучами.

Общий перепад давления в " рельефном" трубопроводе, обусловленный гравитационными силами и силами трения смеси, определяется из уравнения:

где Z п и Z сп - высоты отдельных восходящих (подъемов) и нисходящих (спусков) участков трубо­провода; p п и p сп - плотность смеси соответственно на подъемах и спусках, определяемая из формул: