СООРУЖЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ
Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» для студентов специальности 130503.65 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»
Астрахань 2007
Составитель:
Лямина Н.Ф. ст. преподаватель кафедры «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»
Рецензент: Семенякин В.С., к.т.н., профессор кафедры РЭНГ
Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ: Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» для студентов специальности 130503.65 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»
Методические указания утверждены на заседании методического совета специальности 130503.65 протокол № _______ от «___» _____________2007г.
Астраханский государственный технический университет
Содержание
Наименование | стр |
Практическое занятие I Гидравлический расчет нефтепроводов | |
Практическое занятие 2 Определение пропускной способности газопровода | |
Практическое занятие 3 Типы и конструкции сепараторов | |
Практическое занятие 4 Выбор нефтегазовых сепараторов | |
Практическое занятие 5 Коррозия трубопроводов и способы ее предупреждения | |
Практическое занятие 6 Установки комплексной подготовки нефти | |
Практическое занятие 7 Путевые подогреватели, их конструкции и применение | |
Практическое занятие 8 Типы и конструкции резервуаров | |
Приложение 1 | |
Литература |
Роль трубопроводного транспорта в нефтяной и газовой отрасли чрезвычайно велика. В первую очередь это относится к газовой промышленности, где трубопроводы являются единственным средством транспорта больших объёмов газа от места добычи к потребителю. Увеличение протяжённости трубопроводных сетей сопровождается ещё большим увеличением объемов газа и нефти, транспортируемых по трубопроводам, за счет усовершенствования технологии строительства и эксплуатации трубопроводов. Крупные магистральные газопроводы соединяются между собой, строятся подземные хранилища газа, создана единая кольцевая система газоснабжения страны.
Современные системы сбора и подготовки продукции нефтяных скважин предусматривают максимальное использование энергии пласта для обеспечения транспортирования нефтегазовых смесей как по промысловым трубопроводам, так и через все технологические установки, включая установки подготовки нефти, газа и воды. При этом высокая эффективность производства достигается в результате совмещения различных технологических процессов.
Системы сбора и подготовки нефти и газа состоят из разветвленной сети трубопроводов, замерных установок, сепарационного оборудования, резервуарных парков, установок комплексной подготовки нефти, установок подготовки воды, насосных и компрессорных станций.
Выбор системы сбора определяется условиями добычи нефти и газа на данном месторождении - составом и физическими свойствами нефти, устьевыми давлениями и температурами, газовым фактором, сеткой расположения скважин, рельефом местности.
Эти и другие вопросы исполнены в настоящих методических указаниях, позволяющих студентам самостоятельно решать задачи и выполнять технические задания по дисциплине «Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ».
Практическое занятие 1
Гидравлический расчет нефтепроводов (2 часа)
Гидравлический расчет нефтетрубопроводов предусматривает определение их диаметров или пропускной способности или необходимого перепада давления по его длине или участкам.
Путевые потери напора в общем случае складываются из потерь на внутреннее трение жидкости по длине трубопровода (hтр) и из потерь на местные сопротивления (hм) (задвижки, диафрагмы, повороты и т.д.)
(1.2)
При гидравлическом расчете из-за их малости нефтепровода местными сопротивлениями можно пренебречь. Потери напора по длине трубопровода при установившемся движении обычно определяют, полученной из уравнения Бернулли по формуле Дарси-Вейсбаха
(1.3)
или потери давления на трение
, (1.4)
где L - длина трубопровода; D- внутренний диаметр трубопровода; - коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий от режима течения, т.е. и относительной шероховатости внутренней стенки трубы.
, (1.5)
где Re - число Рейнольдса
, (1.6)
где e - абсолютная шероховатость стенок трубы. Число Рейнольдса определяется по формуле
, (1.7)
где - динамическая вязкость жидкости.
Средняя скорость определяется
, (1.8)
где Q - объемный расход жидкости.
При Re < 2300 течение жидкости в трубопроводе ламинарное и в этом случае коэффициент гидравлического сопротивления, определяется по формуле Стокса
, (1.9)
При Re > 2300 течение жидкости приобрести турбулентный характер.
Турбулентное течение характеризуется хаотичным беспорядочным движением частиц жидкости в ядре потока и ламинарным подслоем у стенки трубы. Хаотическое беспорядочное движение частиц что приводит к увеличению затрат энергии на трение жидкости, о стенки трубы и росту потерь на трение. При турбулентном режиме течения жидкости коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле Блазиуса:
(1.10)
или по формуле Кутателадзе, Кононова и т.д.
Задача 1.1. Рассчитать давление на в начале шлейфа (выкидной линии) добывающей скважины после штуцера для следующих условий: трубопровод горизонтальный, местные сопротивления отсутствуют, длина выкидной линии L = 4200 м. внутренний диаметр выкидной линии dвн= 0,1 м, дебит скважины Q= 320 м3/сут, плотность нефти = 850 кг/м3; давление перед входом в сепаратор Рс = 1,5 МПа, вязкость нефти = 3,5 мПа-с.
Решение. Для заданных условий при Z1=Z2=0 давление после штуцера
где - потери давления по длине от устья до сепаратора.
Рассчитаем скорость движения нефти по формуле (1.8):
Определим число Рейнольдса по формуле (1.7):
режим течения турбулентный
Рассчитаем потери давления по длине трубопровода (1.4):
Давление у скважины после штуцера определим по формуле (1.11)
Варианты данных по задачам и вопросы к практическим занятиям приведены в приложении 1.
Практическое занятие 2.
Определение пропускной способности газопровода (2 часа).
Массовый расход газа в газопроводе для установившегося изотермического режима течения определяется по формуле
, кг/сек (2.1)
где Рн и Рк - давления, соответственно, в начале и в конце газопровода;
D- внутренний диаметр газопровода;
- коэффициент гидравлического сопротивления;
Z - коэффициент сжимаемости газа;
R - газовая постоянная;
Т - температура газа;
L - длина газопровода.
Коэффициент гидравлического сопротивления определяют по универсальной формуле ВНИИгаза:
, (2.2)
при 158/Re>>2Kэ/D
(2.3)
при 158/Re<<2Kэ/D
(2.4)
По данным ВНИИгаза, для новых труб Кэ = 0,03 мм. Тогда из (2.4) получим
, (2.5)
где D - диаметр, мм.
Граница между смешанным и квадратичным режимами течения определяется зависимостью
(2.6)
при Re > Reкр - квадратичный режим течения, при Re < Reкр - смешанный.
Число Рейнольдса
, (2.7)
где, г- средняя по сечению трубы скорость газа;
nг г- коэффициенты кинематической и динамической вязкости газа, соответственно.
При технических расчетах коэффициент гидравлического сопротивления можно принимать
(2.8)
Если необходимо определить давление Р на расстоянии Х от начала газопровода, то следует использовать уравнение
(2.9)
Так как в газопроводах закон падения давления по длине имеет нелинейный характер, то среднее давление определяется как среднеинтегральное
(2.10)
Задача 2.1. Определить массовый и объемный расходы для газопровода длиной L = 100 км, с наружным диаметром 720 мм и толщиной стенки 10мм. Абсолютное давление в начале газопровода Рн = 5 МПа в конце Рк =1,1 МПа. Плотность газа при стандартных условиях рг =0,8 кг/м, газовая постоянная R = 8.31 Дж/(моль-К). Коэффициент динамической вязкости газа r = 12-10-6 Па-с, коэффициент сжимаемости Z= 0,93. Температура грунта на глубине залегания 5°С. Эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубы Кэ = 0,2 мм.
Решение.
Задаваясь квадратичным законом сопротивления, по (2.4) определяем коэффициент гидравлического сопротивления
В соответствии с (3.8) расчетное значение принимаем = 0,01575. По (3.1) определяем массовый расход
.
Практическое занятие 3.