Гидравлический расчет системы промыслового сбора нефти

Содержание:

Введение……………………………………………………………………...3

Теоретическая часть………………………………………………………....4

Расчетная часть

1. Постановка задачи………………………………………………….…8
2. Расчет давления в сборнике и расходов в трубах…………………..9
3. Расчет расхода Q2, при  присоединении лупинга ………………….17

Вывод………………………………………………………………………...18

Литература ………………………………………………………………….19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Гидравликой, называется прикладная наука, которая изучает законы равновесия и движения жидкостей и применение этих законов к решению инженерных задач.

Современная гидравлика – это комплекс знаний, объединяющий теорию и опыт, наука, в которой опыт обобщается теорией, а теория исправляется дополнительным опытом.

Особое значение гидравлика имеет для нефтяной и газовой промышленности, так как нефтяникам часто в своей практической деятельности приходится решать вопросы, связанные с транспортировкой нефти и ее продуктов, проведением ГРП, СКО и т.д.

Роль трубопроводного транспорта в системе нефтегазовой отрасли промышленности чрезвычайно высока. Он является основным и одним из дешевых видов транспорта нефти от мест добычи на нефтеперерабатывающие заводы и экспорт. Магистральные трубопроводы, позволяют разгрузить железнодорожный транспорт для перевозок других важных для народного хозяйства грузов.

Трубопроводный транспорт нефти имеет ряд преимуществ по сравнению с водным и железнодорожным транспортом: минимальная дальность транспортировки, ритмичность работы поставщиков и потребителей, наименьшие потери нефти.

Трубопроводная система страны состоит из множества разветвляющихся и параллельных участков. Чтобы такая система работала слажено и без сбоев, нужно знать теорию процессов движения жидкости по трубам. В данной курсовой работе будет подробно рассмотрен гидравлический расчёт системы промыслового сбора нефти. 

 

 

 

 

 

Теоретическая часть.

Трубопровод — искусственное сооружение, предназначенное для транспортировки газообразных и жидких веществ, а также твёрдого топлива и иных твёрдых веществ в виде раствора под воздействием разницы давлений в поперечных сечениях трубы.

Трубопроводы могут быть простыми и сложными.

Простой трубопровод-трубопровод постоянного диаметра без разветвлений.

Сложные трубопроводы – трубопроводы, которые имеют переменный по длине диаметр или состоят из разветвленных участков различного диаметра и длины с различными расходами жидкости.

Различают следующие основные типы сложных трубопроводов:

1. С параллельными ветвями, когда к основной магистрали подключены параллельно еще трубы (лупинги), с целью увеличения пропускной способности трубопроводов.
2. С концевой раздачей жидкости.
3. Разветвленные трубопроводы, в которых жидкость из магистрали отнимается в боковые ответвления и обратно в магистраль не поступает.
4. Кольцевые трубопроводы- замкнутый трубопровод, от которого отходят ответвления.

Можно выделить три основные группы задач расчета сложных трубопроводов:

1-я задача. «Определение  размеров труб по заданным  в них расходам и перепадам  напоров в питателях и приемниках».

2-я задача. «Определение  перепадов напоров в питателях  и приемниках по заданным расходам  в трубах заданных размеров».

3-я задача. «Определение  расходов в трубах заданных  размеров по известным перепадам  напоров».

Наша задача относится к 3-ему типу задач «Определение расходов в трубах заданных размеров по известным напорам»

Для решения поставленной задачи составим систему уравнений, которая устанавливает зависимости между расходом, давлением и геометрическими характеристиками. В эту систему входят уравнения Д. Бернулли для каждой ветви трубопровода и уравнение неразрывности расхода для узла (резервуара):

 

Последовательное соединение.

При последовательном соединении участков труб различного сечения объемные расходы несжимаемой жидкости для каждого из участков одинаковы, а общие потери напора равны сумме потерь напора на каждом из участков, т.е:

;

 

Параллельное соединение труб.

При параллельном соединении труб объем жидкости до разветвления равен сумме расходов в ветвях, а потери напоров в каждой из ветвей равны между собой, т.е:

При определении потерь напора на разветвленном участке учитываются потери только в какой-нибудь одной из труб.

При решении поставленной задачи воспользуемся графоаналитическим методом, таким образом, зададимся серией расходов и для каждого из этих расходов, используя схему , посчитаем потери напора и построим расходную характеристику для каждой ветви трубопровода.

Далее необходимо сложить все расходные характеристики. На участке с параллельным соединением нужно при одних и тех же значениях потерь(ординаты)  сложить расходы(абсциссы) этих трех трубопроводов. Затем складываем суммарную расходную характеристику для 1,2,3 трубопроводов с расходной характеристикой 4-ого трубопровода.  Для этого нужно при одних и тех же значениях расхода(абсциссы) сложить потери(ординаты). Построив, таким образом, суммарную расходную характеристику для 1,2,3 и 4-ого трубопроводов. Вычисляем разницу напоров на скважине и перед насосом, откладываем ее на суммарной расходной характеристике по ординате, проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой, получаем абсциссу, которая соответствует расходу в 4ом трубопроводе. Для определения расходов в параллельных ветвях необходимо на графике суммарной характеристики 1,2 и 3-его трубопровода  определить точку пересечения вертикальной линии, проведенной через значение суммарного расхода (расхода на 4-ом трубопроводе) на оси абсцисс, с расходной характеристикой. Горизонтальная, проведенная через эту точку, пересекает расходные характеристики для 1-ого, 2-ого и 3-его трубопроводов в точках, абсциссы которых дадут соответствующие расходы в параллельных ветвях.

Так как в этой задаче длины участков имеют значительные размеры, то можно пренебречь малыми потерями напора в узле относительно потерь на трение по длине трубопровода, это позволяет считать равными напоры в концевых участках труб, примыкающих к одному узлу, что значительно упрощает расчеты.

Также можно пренебречь скоростным напором, в виду его малости по сравнению с другими членами уравнения Д. Бернулли, поэтому полный напор, в каждом сечении, будет равен сумме пьезометрического  и геометрического напоров.

Выделяют следующие режимы течения жидкости: ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме частицы жидкости движутся параллельно стенкам трубы без перемешиваний, а в турбулентном беспорядочный характер движения частиц жидкости.

Опытами Рейнольдса установлено, что переход от ламинарного течения в трубах к турбулентному осуществляется при:

-средняя скорость потока  жидкости в трубе;

- диаметр трубы;

-коэффициент динамической  вязкости;

- коэффициент кинематической  вязкости;

-плотность жидкости; 

Формулы для вычисления коэффициента гидравлического сопротивления.

1. Область ламинарного режима:

2. Область гидравлически гладких труб:

- формула Блазиуса;

3. Область смешанного трения:

- формула Альтшуля;

4. Область вполне шероховатых труб:

- формула Шифринсона.

 

Расчетная часть.

Схема промыслового сбора нефти

 

 

 

 

 

Давление на входе в насос атмосферное  pн = 0, геометрическая отметка насоса zн = 0. Трубы стальные, сварные, новые.

 

Исходные данные:
Длины участков
Диаметры участков
Давления на устьях скважин
Геометрические отметки
Плотность нефти
Вязкость нефти

 

Задача:

1. Рассчитать давление в сборнике и расходы в трубах Q1, Q2, Q3.
2. Определить, насколько возрастет расход Q2, если к трубе 2 присоединить лупинг длиной Lл = 3 км и диаметром dл=d2, при том же перепаде давлений.

 

 

Решение:

1. Рассчитаем давление в сборнике и расходы в трубах.

         Запишем  уравнение потерь напора для  каждого из участка трубопровода:

       Пренебрегаем  скоростными напорами и потерями  на местном сопротивлении, учитывая, что  , , получим:

Воспользуемся соотношением:

, получаем:

 

Воспользуемся уравнением баланса расхода для резервуара :

 

Подставим 4-ое уравнение системы в первые 3, получим:

 

 

Располагаемые напоры на устье добывающих скважин :

Напоры равны между собой и из системы уравнений видно, что напор равен потерям на параллельном участке трубопровода плюс потерям на четвертом трубопроводе.

Воспользуемся графоаналитическим методом для нахождения расходов в трубах, Зададимся расходами  и для каждого из расходов найдем потери:

 ;

 

 

 

 

2,34	0,003
7,01	0,009
11,69	0,015
30,05	0,021
46,65	0,027
66,28	0,033
88,78	0,039
114,05	0,045
141,98	0,051
172,48	0,057
205,50	0,063
240,96	0,069
278,82	0,075
319,02	0,081
361,51	0,087
406,27	0,093
453,24	0,099
502,40	0,105
553,71	0,111

Расходная характеристика для 1-ого трубопровода:

 

 График 1

 

 

2,34	0,001
7,01	0,003
11,69	0,004
30,05	0,008
46,65	0,011
66,28	0,014
88,78	0,016
114,05	0,019
141,98	0,022
172,48	0,024
205,50	0,027
240,96	0,029
278,82	0,032
319,02	0,034
361,51	0,037
406,27	0,039
453,24	0,042
502,40	0,044
553,71	0,046

 Расходная  характеристика для 2-ого трубопровода:

График 2

 

 

2,34	0,003
7,01	0,009
11,69	0,015
30,05	0,021
46,65	0,027
66,28	0,033
88,78	0,039
114,05	0,045
141,98	0,051
172,48	0,057
205,50	0,063
240,96	0,069
278,82	0,075
319,02	0,081
361,51	0,087
406,27	0,093
453,24	0,099
502,40	0,105
553,71	0,111

Расходная характеристика для 3-его трубопровода:

График 3

 

 

 

0,007	0,14
0,021	0,51
0,034	0,98
0,050	1,70
0,065	2,51
0,080	3,45
0,094	4,52
0,109	5,73
0,124	7,07
0,138	8,55
0,153	10,16
0,167	11,89
0,182	13,76
0,196	15,76
0,211	17,89
0,225	20,15
0,240	22,54
0,254	25,06
0,268	27,71

Расходная характеристика для 4-ого трубопровода:

График 4 

 

 

Складываем расходные характеристики на параллельном участке:

            График 5

потери	1ый трубопровод	2ой трубопровод	3ий трубопровод	суммарный расход
2,34	0,003	0,001	0,003	0,007
7,01	0,009	0,003	0,009	0,021
11,69	0,015	0,004	0,015	0,034
30,05	0,021	0,008	0,021	0,050
46,65	0,027	0,011	0,027	0,065
66,28	0,033	0,014	0,033	0,080
88,78	0,039	0,016	0,039	0,094
114,05	0,045	0,019	0,045	0,109
141,98	0,051	0,022	0,051	0,124
172,48	0,057	0,024	0,057	0,138
205,50	0,063	0,027	0,063	0,153
240,96	0,069	0,029	0,069	0,167
278,82	0,075	0,032	0,075	0,182
319,02	0,081	0,034	0,081	0,196
361,51	0,087	0,037	0,087	0,211
406,27	0,093	0,039	0,093	0,225
453,24	0,099	0,042	0,099	0,240
502,40	0,105	0,044	0,105	0,254
553,71	0,111	0,046	0,111	0,268

Складываем суммарную расходную характеристику для параллельного участка с расходной характеристикой для 4-ого трубопровода и откладываем по ординате суммарные потери на параллельном участке и 4-ом трубопроводе, находим соответствующий суммарный расход:

График 6

Из графика 6 видно, что суммарный расход

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для определения расхода в параллельных ветвях необходимо на графике 5 определить точку пересечения вертикальной линии, проведенной через значение    на оси абсцисс с расходной характеристикой для параллельного участка. Далее из этой точки проводим горизонтальную линию, которая пересечет расходные характеристики для 1-ого, 2-ого и 3-его трубопроводов в точках, абсциссы которых будут равны расходам на соответствующих участках:

График7

 

Из графика видно, что при расходы в трубопроводах :

Проверка:

следовательно, задача графически решена верно.

Падение напора между резервуаром и насосом:

 

Определим режим течения:

, следовательно, режим течения  турбулентный, определим область  турбулентного режима:

, следовательно, область гидравлически гладких труб, .

Воспользуемся формулой Блазиуса для нахождения коэффициента гидравлического сопротивления:

тогда потери на 4-ом участке будут равны:

Так как падение напора между P (резервуар) и насосом равно 22,05, м, тогда:

- избыточное  давление в резервуаре.

Промежуточные результаты:

0,0977	0,0977	0,0410	0,195

 

2. Определим, насколько возрастет расход Q2, если к трубе 2 присоединить лупинг длиной Lл = 3 км и диаметром dл=d2, при том же перепаде давлений.

Потери напора на 2-ом участке:

 

Формула для нахождения потерь при подключении лупинга:

- расход второго трубопровода с лупингом.

Так, как , то расходы расход поделится пополам:

Построим расходную характеристику для 2-ого трубопровода с лупингом:

Из графика видно, что при потерях

- увеличение  расхода за счет лупинга.

 

Вывод:

1. Определили расходы на всех участках трубопровода:

2. Определили избыточное давление в резервуаре:

3. Нашли на сколько возрастет расход Q2, если к трубе 2 присоединить лупинг длиной Lл = 3 км и диаметром dл=d2, при том же перепаде давлений:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. Арустамова Ц.Т., Иванников В.Г.  Гдравлика, М., 1995.
2. Разбегина Е.Г., Сумбатова А.Р. «Прикладные задачи гидравлики», М., РГУНиГ, 2007.
3. Евгеньев А.Е. «Гидравлический расчет сложных трубопроводов», М., МИНХиГП, 1975.