СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИАМЕТРА ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1999 года по МПК F17D1/00 F17D3/00 

Описание патента на изобретение RU2142597C1

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть преимущественно использовано при транспорте нефтей с высоким газовым фактором для получения устойчивой эмульсионной структуры в трубопроводе типа "жидкость в газе".

Известен метод определения диаметра трубопровода (см. Зимин А.А. Гидравлические расчеты нефтепродуктопроводов и насосных станций. Справочник Гостоптехиздат, Москва, 1962) по формуле

где λ - коэффициент Дарси;
l - длина трубопровода;
h - потери напора;
V - скорость жидкости;
g - ускорение силы тяжести.

Недостаток - известная формула определения диаметра трубопровода не приемлема для расчета в системах сбора при добыче нефтей с высоким газовым фактором. Кроме того, применение этой формулы вносит много ошибок, так как при определении диаметра не учитывает таких параметров, как плотность газовой фазы, скорость газовой фазы и поверхностное натяжение на границе раздела фаз "газ-жидкость". В области расходного газосодержания больше 0,95 поток сам подготавливает однородную структуру "жидкость в газе". Задача сводится к необходимости "помочь" ему в ее создании, обеспечить ее стабильность путем ликвидации волнового течения и тем самым расширить границы ее существования. "Помощь" заключается в создании такого режима, когда с учетом свойств перекачиваемых сред образование структуры, ее устойчивость проистекает за счет разумного использования кинетической энергии потока газовой фазы, ее скоростного напора. Устойчивость такой структуры, а также ее образование определяется значением критерия Вебера

Исходя из выше приведенной формулы при получении и сохранении определенной крупности капель жидкой фазы радиусом rк в объеме газа на значении параметра We оказывает влияние плотность газовой фазы ρ″ , межфазное натяжение на границе газ-жидкость σ и скорость потока газа U''.

Цель изобретения - повышение эффективности способа путем снижения энергозатрат, предотвращения разрушения труб, образования пробок и гидравлических ударов.

Поставленная цель достигается тем, что критерию Вебера, равном или большем 11,5, определяют скорость движения газовой фазы с учетом ее плотности, диаметра капель и поверхностного натяжения на границе раздела фаз и по найденной скорости определяют необходимый диаметр трубопровода из выражения

где Q' - объемный расход жидкости;
Q'' - объемный расход газа, приведенный к Tср и Pср при этом найденное значение диаметра трубопровода при выборе его из таблиц ГОСТ округляют в меньшую сторону.

Сущность способа заключается в следующем.

При обустройстве систем сбора важным фактором является определение необходимого диаметра трубопровода. Для определения последнего служит численное значение критерия Вебера, так называемого его критического значения, при котором наблюдается процесс устойчивого распыла жидкой фазы. Необходимо сказать также о крупности капель в потоке с газом. Это связано с тем, что в расчетные зависимости, например, по определению значения скорости потока наряду с другими параметрами входит размер капли, ее диаметр. Значение последнего большую роль играет в процессе отделения распыленной жидкой фазы из газового потока в конечном пункте сбора. В этой связи необходимо создавать такие скорости, когда размер капель имел бы вполне определенный размер. Экспериментально установлено, что дробление капли начинается при значении We = 10.

Анализ экспериментального материала показал, что несмотря на то, что в одном случае значение критерия Вебера равнялось 11,5, а в другом 10 в интервале изменения скорости от 20 до 25 м/с размер капель отличается незначительно и представляет физически ощутимый размер.

В этой связи при определении значения скорости газовой фазы, по которой затем находят диаметр трубопровода, значение критерия Вебера подставляется равным 10, а размер капли
dк = 0,33 • 10-3 м.

Последовательность подхода к получению необходимого значения числа Вебера и определению диаметра трубопровода на конкретном примере рассмотрим по данным, приведенным в таблице.

По трубопроводу с внутренним диаметром d = 0,090 м, длиной l = 1455 м подается до ГУ (групповая установка) 284 м3/сут нефти и приведенного к среднему давлению 9800 м3/сут газа. На это затрачивается в виде перепада давления ΔP= 1,32 МПа. Плотность газа ρ″= 9,87 кг/м3, значение скорости газовой фазы U'' = 18,19 м/с. При принятии крупности капель распыленной нефти dк = 0,3 • 10-3 м межфазное натяжение на границе "нефть-газ" σ = 26•10-3 н/м, значение критерия Вебера определяем по формуле

Полученное значение Вебера меньше 10. Движение газонефтяной смеси проистекает при полукольцевой структурной форме. Часть нефти распылена и переносится в поток газа. Другая, основная часть движется сплошным слоем по нижней образующей трубы с наличием волн на границе раздела "газ-жидкость".

Путем изменения значений ρ″ и U'' пытаемся получить значение числа Вебера больше 10. Пусть его значение будет равно 11,5. Значение ρ″ увеличим за счет создания подпора в конце трубопровода, а U'' - за счет уменьшения диаметра трубопровода.

Увеличим давление в конце трубопровода с 0,34 МПа до 0,84 МПа. При этом Pср = 1,25 МПа и
Определяем скорость газовой фазы.


Диаметр трубопровода определим из следующего выражения

Из приведенного примера следует, что вместе с уменьшением перепада давления на 0,82 МПа наблюдается снижение расхода металла второго по отношению к первому исходному варианту в 1,18 раз. При определении расхода металла толщины стенок труб первого и второго вариантов принимались одинаковыми и равными 8 • 10-3 м.

Использование предполагаемого изобретения при поддержании режима (We = 11,5) позволит, во-первых, снизить энергозатраты в 1,5 раза, а во-вторых, предотвратить разрушение труб по нижней образующей, что в свою очередь даст возможность снизить расход дорогостоящих ингибиторов коррозии.

Похожие патенты RU2142597C1

название год авторы номер документа
Способ сбора, транспорта и разделения газожидкостной смеси с высоким газосодержанием и устройство для его осуществления 1988
  • Корнилов Григорий Герасимович
  • Карамышев Виктор Григорьевич
  • Гурьянова Валентина Алексеевна
  • Арменский Евгений Анатольевич
  • Палий Виктор Остапович
  • Иванов Виктор Николаевич
  • Дьячук Алексей Иванович
  • Шарифуллин Фарид Мухамадуллович
SU1673156A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ИЗ ПОТОКА С ВЫСОКИМ ГАЗОСОДЕРЖАНИЕМ 1992
  • Корнилов Г.Г.
  • Шарифуллин Ф.М.
  • Карамышев В.Г.
  • Гурьянова В.А.
  • Акчулпанов А.Г.
RU2047393C1
СПОСОБ ДЕЭМУЛЬГИРОВАНИЯ НЕФТИ 1997
  • Ахсанов Р.Р.
  • Абызгильдин Ю.М.
  • Маннанов Э.Г.
  • Зиякаев З.Н.
RU2158749C2
СПОСОБ ПРОДУВКИ ГАЗА ЧЕРЕЗ ОБРАБАТЫВАЕМУЮ ЖИДКОСТЬ 1995
  • Гумеров А.Г.
  • Мирасов С.М.
  • Сабитов С.З.
  • Ахсанов Р.Р.
  • Данилов В.И.
RU2111411C1
Стенд для исследования деформации капель аэродинамическими силами 2016
  • Архипов Владимир Афанасьевич
  • Шрагер Геннадий Рафаилович
  • Усанина Анна Сергеевна
  • Басалаев Сергей Александрович
  • Поленчук Сергей Николаевич
  • Перфильева Ксения Григорьевна
RU2638376C1
СПОСОБ УДАЛЕНИЯ КИСЛЫХ ГАЗОВ ИЗ ЖИДКОСТИ 1992
  • Ахсанов Р.Р.
  • Тухбатуллин Р.Г.
  • Абызгильдин Ю.М.
  • Сабитов С.З.
  • Харланов Г.П.
RU2043781C1
ВИНТОВАЯ КОМПРЕССОРНАЯ ГИДРОЦИКЛОННАЯ СТАНЦИЯ 1993
  • Ахсанов Р.Р.
  • Сабитов С.З.
  • Харланов Г.П.
  • Тухбатуллин Р.Г.
  • Лешев Н.Н.
  • Джумагалиев Б.Д.
  • Сабиров У.Н.
  • Куртаков О.М.
RU2083876C1
СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ СТОЙКИХ НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ В НАСОСАХ 1998
  • Аймурзаев Еркин Амангельдиевич
  • Мамонов Фердинат Абдрахимович
  • Муринов Сарсембай Игалиевич
  • Гумеров А.Г.
  • Карамышев В.Г.
RU2171422C2
СЕПАРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА 1989
  • Сандурский Б.Ф.
  • Крюков В.А.
  • Сыртланов А.Ш.
  • Тимошенко В.И.
  • Рыгалов В.А.
  • Карамышев В.Г.
  • Абрамова А.А.
RU2019252C1
СПОСОБ ТРАНСПОРТА ВЫСОКОВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ 1994
  • Михайлов Е.Н.
  • Сальникова С.Н.
  • Емков А.А.
  • Гумеров А.Г.
RU2064627C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 142 597 C1

Реферат патента 1999 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИАМЕТРА ТРУБОПРОВОДА

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть преимущественно использовано при транспорте нефти с высоким газовым фактором для получения устойчивой эмульсионной структуры в трубопроводе типа "жидкость в газе". Технический результат изобретения состоит в снижении энергозатрат, предотвращении разрушения труб, образовании пробок и гидравлических ударов. Это достигается тем, что по критерию Вебера, равному или большему 11,5, определяют скорость движения газовой фазы с учетом ее плотности, диаметра капель и поверхностного натяжения на границе раздела фаз и по найденной скорости определяют необходимый диаметр трубопровода из выражения

где Q' - объемный расход жидкости, Q'' - объемный расход газа, приведенный к Tср и Рср, при этом найденное значение диаметра трубопровода при выборе его из таблиц ГОСТ округляют в меньшую сторону. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 142 597 C1

Способ определения диаметра трубопровода, включающий использование отношения объема перекачиваемой жидкости к ее скорости в трубопроводе, отличающийся тем, что по критерию Вебера, равному или большему 11,5, определяют скорость движения газовой фазы с учетом ее плотности, диаметра капель и поверхностного натяжения на границе раздела фаз и по найденной скорости определяют необходимый диаметр трубопровода из выражения

где Q' - объемный расход жидкости;
Q'' - объемный расход газа, приведенный к Тср и Рср;
U" - скорость движения газовой фазы;
Тср - средняя температура смеси;
Рср - среднее давление по длине трубопровода.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1999 года RU2142597C1

Зимин А.А
Гидравлические расчеты нефтепродуктопроводов и насосных станций
Справочник
- М., 1962
Способ определения толщины слоя отложений парафина в нефтепроводе 1969
  • Шумаков Н.В.
  • Юфин В.А.
  • Мильштейн Ю.А.
SU312534A1
0
SU171233A1
Способ определения толщины слоя грязи парафиновых отложений в нефтепроводах 1971
  • Анциферова Алла Ивановна
  • Арутюнов Борис Ашотович
  • Кузнецов Павел Борисович
  • Рабинович Ефим Зиновьевич
  • Юфин Всеволод Александрович
SU437882A1

RU 2 142 597 C1

Авторы

Гумеров А.Г.

Карамышев В.Г.

Корнилов Г.Г.

Даты

1999-12-10Публикация

1997-09-26Подача