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

веденных в разделе 1.3.5. Если течение неизотермическое, положения, приведенные в разделе 7.2.2, изменятся, так как в этом случае метод нахождения коэффициента конвекционной теплопередачи ai отличается от процедуры, подходящей для ньютоновской нефти. Давление, требующееся для страгивання загустевщей в трубопроводе нефти, определяется из соотношения

Ар, (7.2-65)

которое получается из уравнения (1.3-14) при замене т на Тст, принимаем Т = Тст-

Если предположить, что конечное давление рг почти равно атмосферному, давление р\ = р2-\-Ар, необходимое для страгивання застывшей нефти в трубопроводе данного диаметра, прямо пропорционально напряжению сдвига Тст и протяженности трубопровода.

Исследованиями последних лет показано, что давление страгивання для промышленных трубопроводов значительно меньше, чем расчетное, что объясняется рядом различных факторов (Вершуур и др., 1971, Паркинс и Тэрнэр, 1971). Уравнение (7.2-65) справедливо при условии, что весь объем трубопровода заполнен застывшей несжимаемой нефтью. В этом случае давление в начале трубопровода должно быть достаточным для получения напряжения сдвига, равного пределу текучести вдоль всего трубопровода. В результате в пристенной зоне образуется пленка жидкости, и в этом случае будет происходить поршневое вытеснение нефти в воде. Такие условия можно воспроизвести в лаборатории или во внутризаводских трубопроводах небольшой протяженности. Однако промышленные трубопроводы обычно не полностьк> заполняются застывшей нефтью. С учетом упругих свойств как самой нефти, так и трубопровода давление страгивання обычно бывает значительно ниже расчетного, полученного по уравнению (7.2-65).

Рассмотрим приведенные основные факторы, влияющие на давление страгивання нефтей, имеющих структурированную вязкость (Вершуур и др., 1971). Необходимо указать, что эти факторы в основном изучены только для условий сохранения постоянной температуры по оси трубопровода и что расчетные формулы получены для этих условий.

Если перекачка подогретой парафинистой нефти остановлена, нефть будет постепенно охлаждаться и могут образовываться трехмерные кристаллы парафина, обладающие значительной механической прочностью. Эти кристаллы совместно с нефтью образуют гель. Кристаллическая парафиновая решетка обладает хорошо выраженной проницаемостью. Жидкая фаза при относительно низких перепадах давления будет просачиваться через решетку, не разрушая ее. Такая фильтрация подчиняется закону Дарси: скорость фильтрации изменяется линейно в зависимости от изменения градиента давления. При незначительных объемах фильтрующейся жидкости кристаллическая решетка будет подвергаться небольшим упругим деформациям, ее структура изменится незначительно.

Если под влиянием каких-либо обстоятельств решетка будет разорвана, образуется гетерогенная дисперсная система, обладающая более

Рис. 7.2-18. Модель трубопровода с резервуаром (Вершуур и др., 1971)

благоприятными условиями для перекачки, чем застывшая нефть с сохранившейся кристаллической решеткой. В этом случае для страгива-ння всей системы, заполняющей трубопровод, требуется создать значительно меньший перепад давления. Таким образом, для снижения давления страгивания необходимо добиться разрушения трехмерной решетки парафина. В дополнение к изменению отношения напряжения сдвига к напряжению текучести разрушению структуры способствуют еще два важных обстоятельства: уменьшение удельного объема нефти за счет ее охлаждения и уменьшение упругостей нефти и трубы.

При усадке нефти разрывается на части первоначально непрерывный объем нефти цилиндрической формы, заключенный в трубопроводе. В некоторых местах застывшая нефть отстанет от стенки трубы, а концы нефтяных пробок, образовавшиеся в результате усадки, могут разойтись. При усадке нефти может произойти разрушение парафиновой структуры. Условия охлаждения определенным образом влияют на образование трещин и степень непрерывности системы. Характерно, что охлаждение начинается со стенки трубы, а в этой зоне нефть начинает застывать. Около же оси трубы нефть может оставаться текучей, в результате чего она заполнит все щели, образовавшиеся при ее усадке.

Рассмотрим модель трубопровода, показанного на рис. 7.2-18. В трубе / остановлен поток, в результате чего нефть остывает. С момента начала охлаждения задвижка 2 закрыта, а задвижка в направлении к резервуару 3 открыта. Поэтому при охлаждении нефть из резервуара может поступать в трубопровод. Скорость продольного перемещения из-за усадки при охлаждении нефти составит

уМ4г. (7-2-66)

где Рт - коэффициент термического сжатия; / - расстояние до закрытой задвижки; dTldt - скорость охлаждения нефти.

Принимаем скорость фильтрации жидкой нефти через парафиновую решетку, по закону Дарси, тогда перепад давления

<7.2-67)

dl k

где k - проницаемость парафиновой решетки; р, - динамическая вязкость жидкой фазы. Зависимость мгновенного градиента давления от напряжения сдвига вдоль стенки трубы по уравнению (1.3-14) описывается следующим соотношением:

dp dl

4т,,

(7.2-68)"

Отсюда напряжение сдвига вдоль стенки трубы

" ~ 4 dt - k

Напряжение сдвига вдоль стенки трубы затем будет увеличиваться в обратном направлении от закрытой задвижки до тех пор, пока оно не будет равно пределу текучести (тст = Те). Как только оно достигнет этого значения, гелеобразная структура разрушится и часть трубопровода заполнится гетерогеннодисперсной суспензией, характеризующейся низким остаточным напряжением сдвига Тост- Протяженность трубопровода, заполненного застывшей нефтяной пробкой, можно определить по формуле

4 ЙТе

dT •

(7.2-69)

"1

Анализируя лабораторные данные, k можно определить по уравнению (7.2-67), а Те-по уравнению (7.2-68). При лабораторных испытаниях гелеобразная структура при быстром охлаждении в трубках легко разрушается. Известная осторожность должна быть проявлена

при определении значений постоянных величин уравнений.

В промышленных трубопроводах снижается вероятность разрушения геля, если при постепенном охлаждении каверны, образованные в результате усадки нефти, заполнились жидкой нефтью. Для заполнения этих каверн в трубопровод не обязательно закачивать дополнительный объем нефти. Если остановлен трубопровод высокого давления, в результате охлаждения из-за усадки нефти произойдет и снижение давления. Это в свою очередь вызовет (относительное) расширение нефти и сжатие трубы. Все это может снизить или вообще предотвратить образование каверн в застывшей нефти, заполняющей трубопровод. Что же касается давления страгивання, то чем короче участок застывшей пробки, тем лучше. В этом случае не следует закачивать в трубопровод дополнительный объем нефти.

Упругие свойства трубы и заполняющей ее нефти являются еще одним фактором, влияющим на давление страгивання. В результате упругих свойств замещение и деформация застывшей нефти будет возрастать с повышением давления. Если возьмем модель, представленную на рис. 7.2-19, в которой давление на конце трубы равно гидростатическому давлению столба жидкости у днища резервуара, напряжение сдвига у стенки трубы и давление по длине трубопровода будут иметь

Рис. 7.2-19. Модель трубопровода (Вершуур и др., 1971)