В разделе 1.1.1. различают 3 типа задач.

Стр 1 из 43Следующая ⇒

Nbsp; МИНИСТРЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙЦ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» Ю.П.БОРИСЕВИЧ Г.З.КРАСНОВА

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМЫ СБОРА ПРОДУКЦИИ СКВАЖИН

Учебно – методическое пособие

Самара

Самарский государственный технический университет

2012

Печатается по решению методического совета нефтяного факультета

УДК 622.276

Б82

Борисевич Ю.П.

Б82 Гидравлические расчеты трубопроводов системы сбора продукции скважин:учебно – методическое пособие / Ю.П.Борисевич, Г.З.Краснова.- Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013. – 60 с.: ил.

Приведены теоретические основы и методики гидравлических расчетов трубопроводов системы сбора продукции скважин, снабженные конкретными примерами расчетов.

Предназначено для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению 131000 «Нефтегазовое дело» специальности «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти» и «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи газа, газоконденсата и подземных хранилищ» очной, заочной и дистанционной формы обучения в рамках дисциплины «Сбор и подготовка нефти, газа и воды».

Рецензент д-р техн. наук проф. В. К. Тян

ВВЕДЕНИЕ

Целью и задачей учебно-методического пособия является выработка у студентов навыков гидравлического расчета реальных трубопроводов системы сбора, и подготовки продукции скважин, транспортирующих как однофазные, так и многофазные системы.

Трубопроводный транспорт является не только основным способом доставки добытых энергоносителей до потребителя, но и одним из основных источников потребления капитальных вложений; а ограниченный срок их действия требуют огромных затрат на ремонтно-восстановительные работы. Поэтому любая работа в области транспорта нефти и газа может помочь молодому специалисту минимизировать эти вложения.

Студент должен иметь представление о всех возможных способах течения газо-жидкостных смесей и водо-нефтяных эмульсий; обязан разбираться в особенностях движения по трубопроводу газовых или жидкостных систем, содержащих механические примеси.

Студент должен знать причины появления в трубопроводных системах таких нежелательных явлений как гидроудар, кавитацию и т.д.

Студент должен уметь анализировать сложившуюся многофакторную ситуацию и находить оптимальные инженерные решения даже в климатических условиях арктических регионов РФ.

Концентрированным ответом на поставленные вопросы и посвящено данное учебное пособие, снабженное примерами решения наиболее типичных задач.

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТРУБОПРОВОДОВ, ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ ОДНОФАЗНУЮ НЬЮТОНОВСКУЮ ЖИДКОСТЬ [1, 2, 9]

Простые изотермические трубопроводы

Установившееся течение жидкости

Под однофазной жидкостью понимается жидкость не содержащая газа, твёрдых веществ и других жидкостей в свободном виде.

Под ньютоновской жидкостью понимается жидкость, подчиняющаяся вязкостному закону Ньютона:

(1.1)

где:

- касательное напряжение сдвига, н/м²;

- сила, приложенная к жидкости, н;

- площадь сечения трубопровода, м²;

- динамическая вязкость жидкости, Па^.с (1 Па^.с = 10 П);

- градиент скорости по радиусу, 1/с.

Для ньютоновских жидкостей при неизменной температуре не зависит от приложенной силы и времени её действия.

Простой трубопровод имеет неизменный диаметр по длине, а боковые отводы отсутствуют.

При установившемся течении жидкости через любое сечение трубопровода за одно и то же время проходит одинаковое количество субстанции.

Гидравлический расчёт базируется на вычислении потери напора или давления по длине трубопровода вследствие трения.

Существует два способа расчёта этих потерь.

Й способ.

Для горизонтального трубопровода данные потери вычисляют по формулам Дарси – Вейсбаха:

(1.2)

(1.3)

т.е.:

(1.4)

где:

- длина трубопровода, м;

- внутренний диаметр трубопровода, м;

-ускорение силы тяжести, м/с²;

-плотность жидкости, кг/м³;

-потеря напора, м;

- потеря давления, Па;

λ - коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий в общем случае от режима течения жидкости и шероховатости стенок трубопровода;

- средняя скорость течения жидкости, м/с, определяемая по формуле:

(1.5)

где:

Q -объёмный расход жидкости, м³/с.

Режим течения жидкости определяется критерием Рейнольдса:

(1.6)

где:

ν - кинематическая вязкость жидкости, м²/с (1 м²/с = 10^-4Ст);

т.е.:

(1.7)

Если Re ≤ 2320, то это ламинарное течение.

Если Re > 2320, то это турбулентное течение.

Для ламинарного течения λ определяется по формуле Стокса:

(1.8)

Турбулентное течение бывает 3-х типов:

если 2320 < Re ≤ Re_пер.1, то это режим гидравлически гладких труб;

если Re_пер.1 < Re ≤ _Re_пер.2 , то это режим переходной зоны;

если Re > Re_пер.2 , то это режим квадратичного трения.

(1.9)

(1.10)

где:

-относительная шероховатость внутренней стенки трубопровода, определяемая по формуле:

(1.11)

где:

е -абсолютная шероховатость внутренней стенки трубопровода, м.

Значения е для основных типов труб (мм):

Новые цельнотянутые стальные 0,05 – 0,15; Стальные с незначительной коррозией 0,2 – 0,3; Старые стальные 0,5 – 2,0; Асбестоцементные 0,3 – 0,8; Новые цельнотянутые из меди, латуни, свинца 0,01.

Для режима гидравлически гладких труб λ определяется по формуле Блазиуса:

(1.12)

Для режима переходной зоны применяются следующие формулы:

Исаева:

(1.13)

Альтшуля:

(1.14)

Черникина:

(1.15)

Белоконя:

(1.16)

Кольбрука – Уайта:

(1.17)

Последняя формула наиболее универсальная и точная.

В формулах для переходной зоны К_э так называемая эквивалентная шероховатость внутренней стенки трубы, вычисляемая по формуле:

(1.18)

Для режима квадратичного трения λ определяется по формуле Никурадзе:

(1.19)

Й способ.

Расчёт основан на формулах Лейбензона:

(1.20)

(1.21)

где:

и - эмпирические коэффициенты.

(1.22)

где:

- эмпирический коэффициент.

Для ламинарного течения: =64, =1;

Для первых двух случаев турбулентного течения: =0,3164;

=0,25;

Для квадратичного течения: =0,

(1.23)

Кроме потерь давления или напора на трение существуют потери на местных сопротивлениях к которым относят: повороты, задвижки, клапаны и т.п.

Эти потери могут быть вычислены по формуле:

(1.24)

где:

ξ- так называемый коэффициент местного сопротивления, берущийся из справочной литературы.

Часто потери на местных сопротивлениях удобнее определять мысленно заменяя их на так называемую эквивалентную длину трубопровода, дающую точно такие же потери.

Эквивалентная длина приплюсовывается к основной длине и определяется по формуле:

(1.25)

Для трубопроводов, имеющих наклон к горизонту, формулы Лейбензона и Дарси-Вейсбаха будут иметь вид:

(1.26)

(1.27)

где:

- разность геодезических отметок конца и начала трубопровода; причём, «+» означает перекачку в гору, а«-» перекачку под гору.

определяется по формуле:

(1.28)

где:

- разность геодезических отметок отдельных участков трубопровода.

В разделе 1.1.1. различают 3 типа задач.

В первом типе требуется определить пропускную способность конкретного трубопровода по заданному перепаду давления или потере напора.

Во втором типе требуется определить начальный напор или давление при известном диаметре трубопровода с конкретной пропускной способностью и известным конечным напором или давлением.

В третьем типе требуется определить диаметр трубопровода при известной пропускной способности при заданном перепаде давления или потере напора.

Задачи первого типа удобнее решаются 1-способом графо - аналитическим методом по следующей схеме:

-Сначала, произвольно задаются несколькими значениями (не менее 5 величин) пропускной способности ;

-потом, по формуле (1.5) для каждого значения пропускной способности определяют линейную скорость потока ;

-после чего, для каждого значения линейной скорости по формуле (1.6) находят соответствующую величину критерия Рейнольдса ;

-следующим шагом, для каждого значения критерия Рейнольдса по одной из формул: (1.8), (1.12) – (1.17) или (1.19) находят значения гидравлических коэффициентов сопротивления ;

-затем, для каждого значения коэффициента гидравлического сопротивления по формуле (1.2) или (1.3) вычисляют соответствующие величины потерь напора (или давления) на трение ;

-наконец, используя формулы (1.24) – (1.28), находят итоговые потери напора (или давления) на трение или .

По результатам расчётов строят график:

или

Рис.1.1.

Зависимость потерь напора (давления) на трение от величины объёмного расхода

Откладываем на вертикальной оси заданное значение потери напора на трение (или перепада давления) –это точка «А», восстанавливаем из неё перпендикуляр и из точки пересечения перпендикуляра с построенной кривой – точка «В» опускаем перпендикуляр на горизонтальную ось.

Полученная точка «С» и есть искомая пропускная способность трубопровода.

Если перпендикуляр, восстановленный из точки «А», не пересёк построенную кривую, то задаёмся новыми значениями пропускной способности и весь расчёт повторяем.

Задачи второго типа удобнее решаются 1-способоманалитическим методом по следующей схеме:

Зная внутренний диаметр трубопровода и его пропускную способность по формуле (1.5) определяют линейную скорость потока ;

-после чего, по формуле (1.6) находят соответствующую величину критерия Рейнольдса ;

-следующим шагом, по одной из формул: (1.8), (1.12) – (1.17) или (1.19) находят значение гидравлического коэффициента сопротивления ;

-затем, по формуле (1.2) или (1.3) вычисляют соответствующие величины потерь напора (или давления) на трение ;

-понеже чего, используя формулы (1.24) – (1.28), находят итоговые потери напора (или давления) на трение или ;

-наконец, определяют искомое начальное давление или начальный напор по формулам:

(1.29)

(1.30)

где:

Н_н –необходимый начальный напор;

Р_н –необходимое начальное давление;

h_к -известный конечный напор;

р_к –известное конечное давление.

Задачи третьего типа удобнее решаются 1-способом графо - аналитическим методом по следующей схеме:

Сначала, произвольно задаются несколькими значениями (не менее 5 величин) внутреннего диаметра ;

-потом, по формуле (1.5) для каждого значения внутреннего диаметра определяют линейную скорость потока ;

-наконец, используя формулы (1.24) – (1.28), находят итоговые потери напора (или давления) на трение или .

По результатам расчётов строят график:

или

Рис.1.2.

Зависимость потерь напора (давления) на трение от величины внутреннего диаметра

Полученная точка «С» и есть искомый внутренний диаметр трубопровода.

Основываясь на полученной величине искомого внутреннего диаметра, выбираем ближайший стандартный диаметр, разумеется, в сторону увеличения.

Если перпендикуляр, восстановленный из точки «А», не пересёк построенную кривую, то задаёмся новыми значениями внутренного диаметра и весь расчёт повторяем.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 505; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!