Предложенное изобретение относится к области перекачки (добычи) высоковязких жидкостей, обладающих свойством зависимости эффективной вязкости от скорости перекачки. Положительным результатом является повышение эффективности (коэффициента полезного действия) работы насосного агрегата в системе «насос - трубопровод».
В настоящее время добыча нефти характеризуется вовлечением в разработку высоковязких так называемых неньютоновских нефтей, вязкость которых велика настолько, что для их перекачки используются специальные способы уменьшения ее, например, подогрев (см. путевые подогреватели [1]). Однако, использование такого метода в скважинных условиях сопряжено с необходимостью усложнения конструкции и удорожания оборудования для скважинной добычи.
В связи с этим возникают лишние затраты, связанные с движением неньютоновской жидкости по стволу скважины - насосно-компрессорным трубам (НКТ).
Известно, что эффективная вязкость таких нефтей является функцией скорости сдвига [2].
Для снижения потерь на трение при движении неньютоновской нефти по НКТ предлагается следующее:
выбрать режим течения нефти по НКТ таким образом, чтобы скорость сдвига оказалась больше некоторого предельного значения , характеризующего переход от течения неньютоновской жидкости к ньютоновской (см. Фиг. 1).
При этом относительные потери на трение в трубопроводе будут уменьшаться (точнее, будут пропорциональны расходу Q в виде (Q/π*D3), где D - диаметр трубы, a R - соответственно ее радиус), так как
где а и b - соответственно, углы наклона функции
На Фиг. 1 показана зависимость напряжения сдвига τ от скорости сдвига dν/dz: где 1 - ньютоновская, 2 – неньютоновская (псевдопластичная) жидкости; a и b - соответственно углы наклона функции τ =f(dν/dz) в начале при малых dν/dz и при больших (больше (dν/dz)k).
Для оценки эффективности перекачки неньютоновский нефти примем:
труба имеет постоянное сечение в виде окружности;
течение в трубе стационарное, ламинарное;
распределение скоростей частиц жидкости осесимметрично;
давление во всех точках поперечного сечения одинаково и изменяется лишь вдоль трубы.
Из второго и третьего допущения следует где r - расстояние от оси трубы до произвольной частицы жидкости, r∈[0, R], R - радиус трубы.
Запишем уравнение Бернулли для частиц жидкости, находящихся на расстоянии r от оси трубы
где ρ - плотность жидкости, р1, - давление и скорость жидкости в сечении (S1), а р2, - давление и скорость в сечении (S2), εтр - потеря энергии на выделенном участке, приходящаяся на единицу объема жидкости.
Тогда можно показать, что коэффициент полезного действия трубопровода (КПД) в виде
можно записать в виде:
где R - радиус трубы, ρ - плотность и - скорость потока жидкости, где Е - полная энергия, Еполезн - полезная энергии единицы объема жидкости, а Етр, - потери на трение в жидкости.
Таким образом, для определения КПД в зависимости от скорости потока (и потерь на трение, соответственно) необходимо определить зависимость - распределение скоростей в сечении трубы.
Воспользуемся связью между скоростью и напряжением трения τ, которая для псевдопластичных жидкостей хорошо описывается выражением [3]:
где , 0<n<1, а k представляет собой меру консистенции жидкости - чем больше вязкость, тем больше k.
Используя (6) можно путем несложных преобразований привести ф. (5) к виду:
где a L - длина трубы.
Рассмотрим пример.
Пусть р1=12⋅106 Па, p2=105 Па, ρ=900 кг/м3, R=0,08 м, Q=2 м3/с, k=1,2 Па⋅cn.
Тогда зависимость КПД от градиента скорости перекачки (n=0.25) (см. Фиг. 2):
На Фиг. 2 показана зависимость КПД трубопровода от скорости сдвига dν/dz (при n=0.25): величина (dν/dz)k – критическое значение скорости сдвига, соответствующего переходу течения от псевдопластичного к ньютоновскому.
Видно, что существует переходной режим dν/dz >(dν/dz)k, начиная с которого происходит переход течения от псевдопластического к ньютоновскому; при этом КПД перекачки начинает расти пропорционально росту расхода (до перехода потока с ламинарного течения к турбулентному).
Таким образом, предлагается для уменьшения потерь мощности на трение выбирать режим течения так, чтобы (см. Фиг. 1, 2):
1. ОАО "Нефтемаш». Подогреватели путевые. - http://dznm.ru/products/podogrevateli-putevye/
2. Коршак А.А., Шаммазов A.M. Основы нефтегазового дела: Учебник для вузов. - 3-е изд., испр. и доп. - Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2005. - 528 с.
3. Гиматудинов Ш.К. Физика нефтяного и газового пласта: Учебник. - Изд. 2, перераб. и доп. - М.: «Недра», 1971. - 312 с.
4. Рабинович Е.З. Гидравлика. - М.: Недра, 1978. - 297 с.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ТОЧНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗЛИЧНЫХ ТЕКУЧИХ СРЕД | 1996 |
|
RU2129264C1 |
СОСТАВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ | 2010 |
|
RU2434042C1 |
СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВЫСОКОВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ ПО ТРУБОПРОВОДУ | 2007 |
|
RU2334161C1 |
СПОСОБ ПЕРЕКАЧКИ ВЯЗКИХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЖИДКОСТЕЙ ПО ТРУБОПРОВОДУ | 2013 |
|
RU2569782C2 |
Способ теплообмена ламинарных течений высоковязкой нефти в каналах с трехзаходной шнековой вставкой и устройство для его реализации | 2019 |
|
RU2726024C1 |
Способ транспорта вязких нефтей и нефтепродуктов по трубопроводу | 1990 |
|
SU1786335A1 |
Способ измерения вязкости неньютоновских жидкостей | 1989 |
|
SU1716388A1 |
Способ освоения скважины с высоковязкой нефтью | 2016 |
|
RU2620692C1 |
СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ НЕНЬЮТОНОВСКОЙ ПАРАФИНСОДЕРЖАЩЕЙ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЖИДКОСТИ ПО ТРУБОПРОВОДУ | 1998 |
|
RU2124160C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ | 2014 |
|
RU2548948C1 |
Предложенное изобретение относится к области перекачки (добычи) высоковязких жидкостей, обладающих свойством зависимости эффективной вязкости от скорости перекачки. Техническим результатом является повышение эффективности (коэффициента полезного действия) работы насосного агрегата в системе «насос - трубопровод». Способ заключается в том, что производится регулирование режима течения неньютоновских жидкостей - псевдопластиков, нефти по трубам - колонна насосно-компрессорных труб, цилиндр длинноходового плунжерного насоса. При этом скорость сдвига должна быть больше некоторого предельного значения – (dV/dz)k, определяемого в лабораторных условиях и характеризующего переход от течения неньютоновской жидкости к ньютоновской dV/dz~Q/R3>(dV/dz)k, где Q - расход жидкости через поперечное сечение трубы радиуса R - в случае круглого сечения. 2 ил.
Способ повышения эффективности работы системы «насос - трубопровод - скважина», заключающийся в том, что производится регулирование режима течения неньютоновских жидкостей - псевдопластиков, нефти по трубам - колонна насосно-компрессорных труб, цилиндр длинноходового плунжерного насоса, отличающийся тем, что скорость сдвига dV/dz~Q/R3>(dV/dz)k, Q - расход жидкости через поперечное сечение трубы радиуса R - в случае круглого сечения, должна быть больше некоторого предельного значения - (dV/dz)k, определяемого в лабораторных условиях и характеризующего переход от течения неньютоновской жидкости к ньютоновской.
КОРШАК А.А | |||
и др | |||
Основы нефтегазового дела: учебник для вузов | |||
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
в доп | |||
- Уфа: ООО "ДизайнПолиграфСервис", 2005, с | |||
СТЕРЕООЧКИ | 1920 |
|
SU291A1 |
Способ перекачки жидкости | 1983 |
|
SU1105723A1 |
Способ подготовки высоковязкой парафинистой нефти к трубопроводному транспорту | 1985 |
|
SU1361308A1 |
СПОСОБ ДОБЫЧИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ | 1998 |
|
RU2143546C1 |
СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВЫСОКОВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ ПО ТРУБОПРОВОДУ | 2007 |
|
RU2334161C1 |
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ | 2010 |
|
RU2441217C1 |
US 3542044 A1, 24.11.1970. |
Авторы
Даты
2020-04-23—Публикация
2018-10-24—Подача