Distribution of volume of water accumulations in profile oil pipeline
Authors: Жолобов Владимир Васильевич , Морецкий Валерий Юрьевич , Талипов Рустям Фаатович 
Published: November 2022

Введение. Имеющиеся математические модели поведения воды в эксплуатируемых нефтепроводах не учитывают возможность одновременного существования неподвижной и подвижной форм водных образований. Это ограничивает область применимости таких расчетных моделей и делает актуальной разработку обобщенных гидравлических моделей. Методы. Применение положений многоскоростного континуума позволяет сформулировать общую математическую модель многофазной среды, которая при адаптации допускает высокую степень детализации гидравлического описания накопления и миграции воды. При этом будут сформулированы незамкнутые уравнения (балансовые законы сохранения), которые применимы к описанию формирования условно неподвижного водного скопления и миграции коалесцированной воды как в непрерывной (ручейковой), так и в дисперсно-капельной форме на технологическом участке магистрального нефтепровода. Постановка задачи сводится к конкретизации межфазного взаимодействия на основе пограничного слоя и аналогии с движением влекомых наносов в теории русловых течений. Результаты. На основе соотношений пограничного слоя на поверхности контакта фаз и аналогового предположения о профиле продольной скорости получены расчетные зависимости для скорости среды на границе контакта, а также формулы для расчета силового взаимодействия и дисперсно-капельного массообмена. В отличие от имеющихся в научно-технической литературе вариантов замыкания здесь применен профиль скорости в циркуляционном течении воды. Обсуждение. Полученные зависимости в общем случае содержат дополнительные параметры, подлежащие идентификации и ранжированию по степени влияния на основные гидродинамические характеристики стратифицированных течений с поправкой на разницу в диаметрах срываемых и оседающих капель. Для этого требуются данные специально поставленных стендовых и численных экспериментов. Выводы. Представленная модель поведения воды в профильном трубопроводе сформулирована с учетом возможного волнового срыва капель с поверхности неподвижного водного скопления, полного дисперсно-капельного выноса или переноса капель на последующие участки. При практических расчетах, помимо обычной процедуры предварительной идентификации параметров однофазных моделей, дополнительно необходима идентификация параметров пограничного слоя на границе контакта фаз. Ключевые слова: стратифицированное течение, ручейковое течение, водные скопления в трубопроводах, двухфазное течение, математическая модель течения, дисперсная фаза, гидравлическая модель

Introduction. The available mathematical models of water behavior in operated oil pipelines do not take into account the possibility of simultaneous existence of fixed and mobile forms of water formations. This limits the applicability of such design models and makes the development of generalized hydraulic models relevant. Methods. In the mechanics of multiphase media, on the basis of a multi-speed continuum, a mathematical apparatus is built, which, when adapted, allows any degree of detail in the hydraulic description of the process of accumulation and migration of water. At the same time, unclosed equations (balance conservation laws) are formulated, which are also applicable to the description of the formation of a conditionally stationary water accumulation and migration of coalesced water both in continuous (stream) and dispersed-droplet form in the technological section of the main oil pipeline. The formulation of the problem is reduced to the concretization of interphase interaction on the basis of the boundary layer and analogy with the movement of attracted sediments in the theory of channel currents. Results. Based on the ratios of the boundary layer on the phase contact surface and the assumption of the longitudinal velocity profile, calculated dependencies for the velocity of the medium at the contact boundary, as well as formulas for calculating the force interaction and disperse-droplet mass transfer, are obtained. In contrast to the options available in the literature, the velocity profile in the circulation flow of water is applied here. Discussion. The obtained dependencies in the general case contain additional parameters to be identified and ranked according to the degree of influence on the main hydrodynamic characteristics of the stratified currents, adjusted for the difference in the diameters of the torn and settling droplets. This requires data from specially staged bench and numerical experiments. Conclusion. The presented model of water behavior in the profile pipeline is formulated taking into account the possible wave breakage of droplets from the surface of a stationary water accumulation, complete dispersion-droplet removal or transfer of droplets to subsequent areas. In practical calculations, in addition to the usual procedure for preliminary identification of the parameters of single-phase models, it is additionally necessary to identify the parameters of the boundary layer at the phase contact boundary.