Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 [ 47 ] 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

M,= Reз•We•Pф/pз.

(8.77)

Если Мд < 0,46, то эмульсия является плотной и эффект гашения турбулентности отсутствует (у, = 0), если же > 0,46, то эмульсия неустойчива и эффект гашения турбулентности имеет место (Yi=1). В последнем случае необходимо вычислить уточненное значение объемно-поверхностного диаметра капель эмульсии

(8.78)

d,.=7--:

(1-рф)-(1-0,8бЗ-рф-МГ)

где М, - расчетный параметр

(8.79)

При найденной величине d,, уточняются значения Xq, И и Rq по формулам (8.74)...(8.76).

Коэффициент гидравлического сопротивления при течении эмульсии

А. =

0,3164

при Re, < 2320

. (8.80)

(l + U25-y,-P,„).Re:-

при 2320<Вез <]0

Потери давления в трубопроводе при движении эмульсии

АР = Рз

4- + g-Az

(8.81)

§ 8.7. Гидравлический расчет трубопроводов для перекачки газоэмульсионных смесей

Газоэмульсионной называется трехфазная смесь нефти, газа и воды. Она образуется на участках промысловой сети сбора между устьями скважин и сепарационными установками.

Присутствие газовой фазы приводит к наличию различных структурных форм газоэмульсионного потока, меняющихся в зависимости от его скорости, свойств фаз, угла наклона трубопровода и т.д.

Исходные данные для расчета

Помимо данных, необходимых для расчета течения эмульсии, требуется также знание следующих параметров: объемных расходов дегазированной нефти Q„„ и воды Q; средних давления Рр и температуры Тр перекачки; коэффициента растворимости газа Кр; плотностей дегазированной нефти р, воды и газа при нормальных условиях р„у; динамических вязкостей дегазированной нефти ц, пластовой воды ц, и газа ц; поверхностного натяжения на границах нефть-газ cs„ и пластовая вода-газ о„.

На восходящих и нисходящих участках структурные формы потока разные и, следовательно, потери давления на них различны. Поэтому выполняется обработка профиля трассы трубопровода. Для этого на нее выделяются все восходящие и нисходящие участки. Горизонтальные yracтки при этом относятся к тем участкам, которым они предшествуют. Затем определяют перепады высоты и длины всех восходящих и нисходящих участков, после чего вычисляются: - суммарный перепад высот на восходящих участках

суммарный перепад высот на нисходящих участках

Ze=lAz„, i=I

суммарная длина восходящих участков

суммарная длина нисходящих участков

синус среднего угла наклона нисходящих участков

sina,p=Az7L,.

(8.82) (8.83) (8.84)

(8.84)

Определение параметров фаз при условиях перекачки

По мере движения газоэмульсионной смеси в трубопроводе происходит уменьшение давления, в результате чего из нефти непрерывно выделяется растворенный газ. С точностью, достаточной для инженерных расчетов, принимают, что количество растворенного и свободного газа определяется средними давлениями Рр и температурой Тр.

Количество газа, растворенного в 1 м нефти

Г = Кр-(Р,р-Р,,). (8.87)

Коэффициент сжимаемости газа при Р(.р>0,б МПа

Zc = 1 - [(Рср - 0.6) (0,00345 • А, - 0,000446) + 0,015] • ?

•l,3-0,0144-(T,p-293)1. (8.88)

Объемный расход газонасыщенной нефти и газа при условиях перекачки

Q.=Q„oB.;

(8.89) (8.90)

где - величина объемного коэффицисргга, вычисляемого по формулам (8.56) или (8.57); Т„ - нормальная температура, Т,=273 К.

Объемная расходггая доля воды в эмульсии рассчитывается по формуле (8.67).

Объемное расходное газосодержание

Qr + Q.,+Q„

Плотность газа при условиях перекачки

(8.91)

Рг.ср =Р„

Ра. T,pZ,

Средняя скорость движения смеси

4(Q3 + Q. + Q..) Tt-d

(8.92)

(8.93)

Число Фруда смеси

Fr.. =

(8.94)

Объемная доля окклюдированного (взвешенного в жидкости в виде пузырьков) газа

Фпк =0,02]-Fr.

(8.95)

Критическое расходное содержание воды в эмульсии, при котором происходит инверсия фаз, рассчитывается по формуле (8.68). Критическое истинное содержание дисперсной фазы в эмульсии, при котором происходит инверсия фаз в трехфазном потоке

гв кр

Если выполняется условие

Ре + Фпк Фф.кр,

(8.96)

(8.97)

то тип эмульсии - «вода в нефти», где дисперсионная среда - нефть (в дальнейшем индекс «с»), а дисперсная фаза - вода (в дальнейшем индекс «ф») и объемная доля дисперсной фазы Рф=р,.

Если же неравенство (8.97) не выполняется, то тип эмульсии -«нефть в воде», в которой дисперсионная среда - вода, дисперсионная фаза - нефть и объемная доля дисперсной фазы Рф=1-Рв.

Плотность газоэмульсионной смеси

Рр=Рс(1-Рф)-(1-Рг) + Рф-Рф-(1-Рг) + Рг. -Рг-

(8.98)

Истинное содержание дисперсной фазы в газоэмульсионной смеси

Фф =

Рф при3,<0,6

(1,62-0,9-р,)-рф при>0,6-

(8.99)

Плотность эмульсии, рассчитываемая по истинному содержанию дисперсной фазы

Рэ=Рс(1-фф)+Рф-Фф

(8.100)

Динамическая вязкость газированной эмульсии

Межфазное натяжение на границе нефть - вода

вг "нг

(8.101)

(8.102)

Число Вебера рассчитывается по формуле (8.72).

Средний объемно-поверхностный диаметр капель воды в газоэмульсионном потоке (без учета эффекта гашения турбулентности) в первом приближении

d, =l,4-d-We"

1-0,8-13,

\0,4

(8.103)

Определение дополнительного напряжения сдвига эмульсии, параметра Ильюшина, числа Рейнольдса, проверка наличия эффекта гашения турбулентности и уточнение среднего объемно - поверхностного диаметра капель выполняется по формулам (8.74)...(8.78).

Число Кутателадзе, характеризующее устойчивость газоэмульсионной смеси к расслоению

К = -

ё-«<:г-(Рз-Ргср)

-i0,25 -

(8.104)

Расчет перепада давления в трубопроводе

При течении газоэмульсионной смеси на выходящих участках трассы имеет место пробковая структура потока, а на нисходящих -пробковая или расслоенная.

Условием расслоенного течения (газ + эмульсия) на нисходящих участках являются выполнение неравенства

К<К,р, (8.105)

где Кр - критическое число Кутателадзе

J2-sina„

(8.106)

где - коэффициент гидравлического сопротивления при безнапорном движении, рассчитываемый по формуле (8.80).

Определение режима течения газоэмульсионного потока при безнапорном движении в нисходящем участке производится по параметру

sina,p-gd

(8.107)

Если С<74240, то движение ламинарное, если же О74240 - движение турбулентное.

Число Рейнольдса при безнапорном течении вычисляется по формуле (8.76) с использованием расчетных скоростей эмульсии, определяемых по зависимостям: для ламинарного режима

singp-g-d -Рз

32-Рз

(8.108)

для турбулентного режима

«03 = 2,87

(g-s"«cp)-d-P3

1 +

(8.109)

Величины рассчитывается по формулам (8.108), (8.109) методом последовательных приближений. В качестве 1-го приближения необходимо использовать а, вычисляемые по (8.108), (8.109) при То • d/(p3 • aJ = 0.

Общие потери давления при пробковой структуре газоэмульсионного потока в восходящих и нисходящих участках

= Рр • Ч -у (Мп • Ln + М/с - L,) + g - {Az„ - [Рз (1 - Ф™) + Р,.,рФ™ -

-Az, • [рз • (1 -) + Ррор Фг.]), (8.110)

где - коэффициент гидравлического сопротивления при пробко-