Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей

2





Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей



Способы выражения составов смесей и связь между ними



Состав смеси характеризуется числом компонентов смеси и их соотношением. Соотношения определяются долями: массовой, объемной, молярной. Сумма долей всех компонентов смеси равна 1.



Массовая и молярная доли



Массовая доля i-го компонента в смеси:



i (1.1)



mi – масса i-го компонента в смеси

r- число компонентов в растворе



Молярная доля i-го компонента в смеси равна:



i (1.2)



ni – число молей i-го компонента в смеси

ni=mi/Mi (1.3)

Из 1.2 с учетом 1.1 и 1.3 следует:

 (1.4)

 (1.5)



Массовая и объемная доли



Объемная доля для смесей, подчиняющихся правилу аддитивности, определяется следующим образом:



 (1.6)



Vi – объем i-го компонента перед смешением при заданных температуре и давлении смеси.

Так как  (- плотность i-го компонента при заданной температуре и давлении)



 (1.8)

 (1.9)


Объемная и молярная доли



 (1.10)



Для газообразных продуктов в первом приближении можно принять, что в диапазоне давлений, мало отличающихся от атмосферного, отношение молярной массы газа к его плотности практически постоянно, т.е. const, следовательно, для смеси газов



 (1.13)



Перемешивание газонефтяных смесей различного состава



Для расчета составов смесей, получающихся в результате перемешивания r смесей пользуются следующими формулами:

Для смесей газов в нормальных (стандартных) условиях



 (1.14)



Для смесей нефтей



 (1.15)


Nij Nis, – молярная доля i-го компонента в j-растворе и в смеси, получаемой в результате смешивания r растворов(газов, нефтей); Vj – объем j-раствора при нормальных (стандартных) условиях; nj – число молей j-нефти.

Уравнение 1.15 является общим и справедливо для смесей веществ в любых агрегатных состояниях. Например, при перемешивании пластовых нефтей различных скважин, работающих в единый сборный коллектор, состав получающегося нефтяного газа может быть рассчитан по формуле 1.16:



 1.16



Qнj – дебет сепарированной нефти j-скважины; Гj – газосодержание пластовой нефти j-скважины (объем газа приведен к нормальным или стандартным условиям).

При удалении из смеси отдельных компонентов полностью или частично, молярные доли оставшихся компонентов можно рассчитать по уравнению 1.17:



 1.17



Ni молярная доля i-го компонента в смеси первоначального состава Niуд – молярная доля части i-го компонента, удаляемого из смеси: полностью



Ni =Niуд, частично - Niуд  Ni

газосодержание нефти и ее объемный коэффициент



Газосодержание нефти определяют как отношение объема газа, выделяющегося из пластовой нефти в результате ее однократного разгазирования при температуре 20оС и атмосферном давлении к объему сепарированной нефти:



Г0=Vг/Vн (1.18)



Vг – объем газа однократного разгазирования при температуре 20оС и атмосферном давлении (м3), Vн – объем сепарированной нефти, остающейся после однократного разгазирования при температуре 20оС и атмосферном давлении (м3)

Массовую долю растворенного в нефти газа можно определить по формуле 1.19:



 (1.19)



mн, mг – массы сепарированной нефти и газа (кг), н – плотность сепарированной нефти в стандартных условиях (кг/м3), г – плотность газа однократного разгазирования при температуре 20оС и атмосферном давлении (кг/м3)

Молярная доля растворенного в нефти газа определяется по формуле:



 1.21


Мнг – молярная масса нефти с растворенным в ней газом, Мг – молярная масса газа (кг/кмоль). Если неизвестна молярная масса нефти с растворенным в ней газом, то молярную долю растворенного в нефти газа можно рассчитать по уравнению 1.22:



 (1.22)



Мн – молярная масса дегазированной нефти.



Молярную массу пластовой нефти можно определить из 1.21 и 1.22



 (1.23)



Поскольку молярный объем газа в стандартных условиях (20оС, 0,1МПа) можно принять равным 24,05м3/кмоль, из 1.22 следует 



 (1.24)



Для определения молярной массы пластовой нефти из 1.23 следует



 (1.25)

физико-химические свойства пластовых вод



Состав:

Анионы: ОН-, СL-, SO42-, CO32-, HCO3- 

Катионы H+, K+, Na+, NH4+, Mg2+, Ca2+, Fe2+ и др.

Микроэлементы Br-, J- и др.

Коллоидные частицы SiO2, Fe2O3, Al2O3

Растворенные газы : СО2, H2S, CH4, H2, N2 и др.

Минерализация воды

Под минерализацией воды (М) понимают общее содержание растворенных в ней солей. По В.И. Вернадскому природные воды в зависимости от массового содержания (%) в них растворенных веществ делят на: 

Пресные – М 0,0010,1

Минерализованные – М 0,1- 5

Рассолы – М 535

Понятие об эквивалентной массе и эквиваленте ионов

Эквивалентом ионов вещества (Э), диссоциированного в воде, называется их молекулярная масса или часть ее, соответствующая единице валентности. Или иначе, эквивалентом иона называется отношение молекулярной массы иона к его валентности в данной химической реакции. Для определения Э нужно молекулярную массу иона, подсчитываемую как сумма атомных масс элементов, его составляющих, разделить на валентность иона (nи) в данной реакции:



Э=Ми/nи



Чтобы выразить содержание ионов вещества в растворе в миллиграмм-эквивалентах на килограмм (мг-экв/кг), нужно количество миллиграммов ионов вещества в килограмме раствора разделить на его эквивалент:

qэi= (1.26)



где qэi – концентрация i-тых ионов в растворе (мг-экв/кг), qi – массовая доля i-тых ионов в растворе, mi – масса i-тых ионов в растворе (кг), mв - масса воды в растворе (кг), k- число разновидностей ионов растворенных в воде веществ, qi103 – содержание i-тых ионов в растворе (мг/кг). Значения эквивалентов попутных вод нефтяных месторождений приведены ниже.



Ион

Na+

K+

Mg2+

Ca2+

Fe2+

Fe3+

H+

NH4+

Эквивал.

23,00

39,10

12,15

20,04

27,93

18,62

1,01

18,04

Ион

СL-

HCO3-

CO32

SO42-

Br-

J-

HS-

Нафтен-ионы

Эквивал.

35,45

61,02

30,01

48,03

79,90

126,90

33,07

150-200



Процент-эквивалентная форма представления солевого состава воды получается следующим образом:



Ai=; Kj=; (1.27)



Где Ai, Kj – процент-эквивалентная доля i-аниона и j-катиона соответственно, rAi, rKj – число миллиграмм-эквивалентов в литре раствора i-аниона и j-катиона соответственно (мг-экв/л), - сумма миллиграмм-эквивалентов всех катионов и анаионов в литре раствора (мг-экв/л).

Жесткость воды

Жесткостью воды называется суммарное количество содержащихся в воде катионов кальция и магния, выраженное в молях на килограмм (литр) раствора. 

В зависимости от соотношения между общей жесткостью воды Жо и содержанием в ней ионов НСО нефтепромысловые сточные воды можно разделить на две группы:



Жо- жесткие

Жо- щелочные воды



Для вод первой группы различают жесткость общую Жо, карбонатную Жк и некарбонатную Жнк, кальциевую ЖСа и магниевую ЖMg.

Для вод второй группы понятие карбонатной и некарбонатной жесткости теряет смысл, поэтому они характеризуются только общей кальциевой и магниевой жесткостью.

Между различными жесткостями существует связь:



Жо= Жк+ Жнк= ЖСа+ ЖMg



Показатель содержания водородных ионов

Важной характеристикой химическиго состава пластовой и сточной вод является содержание в ней водородных ионов. Часть молекул воды находится в диссоциированном состоянии:



Н2О=Н++ОН-



Состояние равновесия при данной температуре характеризуется константой:



К= (1.28)

Где СН+, СОН- - концентрация ионов водорода и гидроксида в воде соответственно, моль/л; СН2О – концентрация молекул воды, моль/л.

Концентрация воды постоянна и равна 55,56 моль/л. поэтому из (1.28) следует 



Кв=55,56К= СН++ СОН-, где Кв – ионное произведение воды (табл. 2). 



Таблица 2 Ионное произведение воды

tоС

Кв 10-14

tоС

Кв 10-14

tоС

Кв 10-14

tоС

Кв 10-14

0

0,112

25

1,01

60

9,61

150

234

5

0,186

30

1,47

70

21,0

165

315

10

0,293

35

2,09

80

35,0

200

485

15

0,452

40

2,92

90

53,0

250

550

18

0,570

45

4,02

100

59,0

306

304

20

0,680

50

5,47

122

120







При нейтральной реакции концентрации ионов водорода и гидроксида равны, следовательно СН++ СОН-=( СН+)2. Так как при температуре 22оС Кв=10-14, то СН+=10-7моль/л. отрицательное значение логарифма концентрации водородных ионов обозначается рН.



рН=-lg СН+ (1.29)



Следовательно, реакции водных растворов при 22оС с помощью этого показателя будут характеризоваться следующим образом:

рН=7 – нейтральная; рН 7 – щелочная; рН 7 – кислая.



Физические свойства пластовых и сточных вод

Плотность воды пластовой (минерализованной) в зависимости от солесодержания может быть рассчитана по формуле: 






где - плотность дистиллированной воды при 20оС, кг/м3, S – концентрация соли в растворе, кг/м3.

В диапазоне температур 0-45оС плотность водных растворов солей нефтяных месторождений изменяется мало, поэтому в первом приближении влияние температуры может быть учтено следующим образом:



 (1.30)



где  и  плотность минерализованной воды при температуре t и 20оС соответственно, кг/м3.



Вязкость минерализованной воды может быть рассчитана следующим образом:

при  



 (1.31)

 (1.32)



где  -вязкость минерализованной воды при температуре t , мПа*с; - вязкость дистиллированной воды при температуре t;  - разность между плотностью минерализованной и дистиллированной вод при 20оС, кг/м3 (); - параметр, определяемый по формуле:

 (1.33)

при 


 (1.34)



где А() – функция, значение которой зависит от температуры и плотности:

при 0t20оC



 (1.35)



при 20t30оC



 (1.36)



при t30оC



 (1.37)



корреляционные связи физико-химических свойств нефти



Влияние температуры на плотность сепарированной нефти

Плотность сепарированной нефти в зависимости от температуры можно рассчитать исходя из определения коэффициента термического расширения нефти



 (1.38)



где ,  плотность сепарированной нефти при 20оС и температуре t соответственно, кг/м3,  - коэффициент термического расширения нефти, зависимостью которого от температуры в диапазоне 10 – 120оС можно пренебречь и рассчитывать его по формулам:



 (1.39)



Влияние содержания газа на изменение объема нефти при постоянных температуре и давлении

Для растворения в нефти газа необходимо повысить давление и привести систему в равновесие. Увеличение давления уменьшает объем нефти, растворение же в ней газа увеличивает его. Эти два процесса противоположного изменения объема нефти можно учесть раздельно введением двух различных коэффициентов: сжимаемости нефти и «набухания» ее.

Таким образом, объем нефти при растворении в ней газа при постоянных давлении и температуре газонасыщенностью Го можно рассчитать по формуле:



 (1.40)



где V- объем сепарированной нефти при постоянных давлении и температуре в системе, м3; Г0 – отношение объема газа, растворенного в нефти к объему этой нефти, приведенные к стандартным условиям; - коэффициент изменения объема нефти из-за изменения ее насыщенности газом.



 (1.41)

где - плотности нефти и газа, растворяемого в нефти, при 20оС и 0,1 МПа, кг/м3.

Уменьшение объема сепарированной нефти (Vp) из-за сжатия ее до определенного давления (pпл) рассчитывают по формуле:



 (1.42)



где - коэффициент сжимаемости сепарированной нефти (можно принять равным 6,5*10-4 Мпа-1).

Увеличение объема нефти из-за ее нагревания до температуры tпл рассчитывают по формуле:



 (1.43)



где - коэффициент термического расширения нефти



Кажущуюся плотность растворенного газа определяют по формуле 



 (1.44)



Объемный коэффициент нефти можно рассчитать по формуле 



 (1.45)



где p – давление в системе, МПа; t – температура, оС


для нефти в пластовых условиях объемный коэффициент в первом приближении можно рассчитать по формуле:



 (1.46)



Плотность нефти с растворенным в ней газом рассчитывают по формуле



 (1.47)



Молярная масса нефти

Молярная масса сепарированной нефти (кг/кмоль) в результате ее однократного разгазирования при 20оС до атмосферного давления может быть рассчитана по формуле:



 (1.48)



где  - вязкость сепарированной нефти при стандартных условиях, мПа*с



Молярную массу пластовой нефти можно рассчитать по формулам, аналогичным (1.48):



, если мПа*с (1.49)

, если мПа*с (1.50)



или по двухпараметрической формуле 


 (1.51)



При отсутствии данных по молярной массе сепарированной нефти и ее вязкости, а также плотности газонасыщенной нефти молярную массу пластовой нефти можно определить по формуле:



 (1.52)



Зависимость вязкости сепарированной нефти от температуры

Удовлетворительная связь между вязкостью сепарированной нефти и температурой описывается уравнением Вальтерра:



 (1.53)



где  - относительная кинематическая вязкость сепарированной нефти при температуре t, численно совпадающей с кинематической вязкостью нефти, выраженной в мм2/сек; а1 а2 – эмпирические коэффициенты, зависящие от состава нефти. Для применения формулы (1.53) необходимо знание экспериментальных значений вязкости нефти при двух температурах, подставляя которые в (1.53) можно определить коэффициенты а1 и а2.

Используя два экспериментальных значения вязкости нефти при двух температурах 20 и 50 оС, температурную зависимость динамической вязкости сепарированной нефти можно описать уравнением (1.54):



 (1.54)


где  - относительные динамические вязкости сепарированной нефти при атмосферном давлении и температурах 20, 50 и t оС соответственно, численно равные динамической вязкости сепарированной нефти, выраженной в мПа*с.

Если известно только одно экспериментальное значение вязкости нефти при какой-нибудь температуре t0, то значение ее при другой температуре t можно определить по формуле (1.55):



 (1.55)



где ,  - динамическая вязкость нефти при температуре t и t0, а и С – эмпирические коэффициенты: при 1000мПа*с С=10 1/мПа*с; а= 2,52*10-3 1/оС; при 101000мПа*с С=100 1/мПа*с; а= 1,44*10-3 1/оС; при  С=1000 1/мПа*с; а= 0,76*10-3 1/оС.

При отсутствии экспериментальных данных для ориентировочных оценок вязкости нефти при 20оС и атмосферном давлении можно пользоваться следующими формулами:



Если кг/м3,



то  (1.56)



Если кг/м3,

то  (1.57)

Где  - вязкость и плотность сепарированной нефти при 20 оС и атмосферном давлении, мПа*с и кг/м3 соответственно.



Вязкость газонасыщенной нефти

По формуле Чью и Коннели можно рассчитать вязкость газонасыщенной нефти при давлении насыщения:



 (1.58)



где  - вязкость нефти, насыщенной газом, при температуре t и давлении насыщения, мПа*с,  - вязкость сепарированной нефти при температуре t, мПа*с, А и В – эмперические коэффициенты, определяемые по формулам:



А= ехр

В= ехр



Теплоемкость нефти 

Теплоемкость нефти может быть рассчитана по формуле:






гидравлический расчет трубопроводов, транспортирующих однофазные жидкости при постоянной температуре



Гидравлический расчет простых трубопроводов сводится к определению одного из следующих параметров: пропускной способности Q; необходимого начального давления (po) при заданном конечном (pк); диаметра трубопровода.



Определение пропускной способности

Поскольку коэффициент гидравлического сопротивления зависит от числа Рейнольдса, а, следовательно, и от неизвестного Q, задачи решают графоаналитичеким способом. Для этого вначале задаются несколькими произвольными значениями Q и определяют линейную скорость потока:



 (2.1)



Затем рассчитывают число Рейнольдса и определяют режим движения жидкости:



 (2.2)



В зависимости от него находят коэффициент гидравлического сопротивления:

При Re2000 ( ламинарный режим) 



 (2.3)



При 2000Re4000 (критический режим)

 (2.4)



При Re>4000 (турбулентный режим) для расчета используют формулу Альтшуля: 



 (2.5),



или частные формулы для трех областей турбулентного режима:

Зона гладкого трения 4000<Re<10D/kэ (kэ - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб, мм)



 (2.6)



Зона смешанного трения 10D/kэ <Re<500D/kэ 







Зона шероховатого трения Re>500D/kэ -  (2.5, а)

После этого рассчитывают полную потерю напора (давления) в трубопроводе по формуле:



;  (2.7)



и строят график зависимости  или  и по заданному Н илиР находят искомую пропускную способность.

Можно воспользоваться рекомендованными в специальной литературе значениями оптимальной скорости движения жидкости в трубопроводе в зависимости от вязкости (табл.1). В этом случае по известной или рассчитанной вязкости жидкости выбирают оптимальную линейную скорость течения. По известному диаметру рассчитывают пропускную способность и полученное значение проверяют путем расчета полной потери давления в трубопроводе при найденной пропускной способности. Если полная потеря давления выше заданной – задаются другой скоростью.



Таблица 1 – Рекомендуемые оптимальные скорости движения жидкости в трубопроводе в зависимости от вязкости

Кинематическая вязкость жидкости ( при температуре перекачки, см2/сек

Рекомендуемая скорость, м/сек



Во всасывающем трубопроводе

В нагнетательном трубопроводе

0,01-0,06

0,06-0,12

0,12-0,28

0,28-0,72

0,72-1,46

1,46-4,38

4,38-9,77

1,5

1,4

1,3

12

1,1

1,0

0,8

2,5

2,2

2,0

1,5

1,2

1,1

1,0



Определение необходимого давления

При известном начальном или конечном напоре (давлении) найти напор (давление) в противоположном конце трубопровода можно, зная полную потерю напора (давления) в трубопроводе, т.е. потерю напора (давления) на трение, преодоление разности геодезических отметок начала и конца трубопровода, преодоление местных сопротивлений (сужений, поворотов, задвижек и т.п.). Расчет полной потери напора (давления) производят следующим образом. Вначале находят линейную скорость течения жидкости по формуле (2.1), затем по формуле (2.2) – Re, коэффициент гидравлического сопротивления (ф. 2.3-2.6) и Н (Р). Начальное давление рассчитывают по формуле:

Ро=Рк+Р



Пример решения задач

Условие задачи

Нефть в количестве 8000м3/сут перекачивается по трубопроводу диаметром 307мм, длиной 15км, разность отметок начала и конца трубопровода 5м, сумма коэффициентов местных сопротивлений 5, коэффициент эквивалентной шероховатости 0,2мм плотность нефти 0,83т/м3. Определить полную потерю напора в трубопроводе (Н).



Решение



Находим линейную скорость потока в трубопроводе по ф.2.1:



= 4*(8000/86400)/(3,14*0,3072)=1,51м/сек



Поскольку по условию задачи вязкость неизвестна, находим ее значение по значению плотности, используя формулы 1.56 или 1.57



==4,75мПа*с= 0,0048Па*с



	Находим число Рейнольдса по ф. 2.2:



=4*(8000/86400)*830/3,14*0,307*0,0048=80845



Находим коэффициент гидравлического сопротивления по формуле Альтшуля (2.5), или используя частные формулы после определения зоны турбулентного течения

=0,11(0,2/307+68/80845)0,25=0,022



	Находим полную потерю напора в трубопроводе по ф.2.7



=(0,022*15000*1,512/0,307*2*9,81)+5+(1,512/2*9,81)*5=128,0м



Определение необходимого диаметра

Поскольку коэффициент гидравлического сопротивления зависит от числа Рейнольдса, а, следовательно, и от неизвестного D, задачи решают графоаналитичеким способом. Для этого вначале задаются несколькими произвольными значениями D и определяют все параметры, как при решении задач на определение пропускной способности. По известным параметрам строят график зависимости  или  и по заданному Н илиР находят искомый диаметр.

Как и при решении задач по расчету пропускной способности, можно воспользоваться рекомендованными значениями оптимальной скорости течения жидкости (табл.1). В этом случае по известной или рассчитанной вязкости жидкости выбирают оптимальную линейную скорость течения. По известной пропускной способности рассчитывают диаметр, и полученное значение проверяют путем расчета полной потери давления в трубопроводе при найденном значении диаметра. Если полная потеря давления выше заданной – задаются другой скоростью.


Гидравлический расчет газопроводов



В зависимости от максимального рабочего давления газа промысловые газопроводы подразделяются на следующие категории:

Газопроводы низкого давления – с давлением газа не более 0,005 МПа

Газопроводы среднего давления – с давлением газа от 0,005 МПа и не более 0,3МПа

Газопроводы высокого давления – с давлением газа от 0,3 МПа до 1,2 МПа

Гидравлический расчет газопроводов низкого давления производится при допущении, что скорость и удельный вес газа остаются по длине газопровода постоянными, течение - изотермическое

Полная потеря давления определяется по формуле 



, (2.8)



где P – потеря давления на трение и местные сопротивления, Н/м2 (*9,81 Па)

hгн –гидростатический напор за счет разности удельных весов воздуха и газа, Н/м2 (*9,81 Па)



Причем, гидростатический напор учитывается при расчете газопроводов, прокладываемых в условиях резко выраженного рельефа местности. Гидростатический напор складывается с потерями давления на трение и местные сопротивления со знаком «плюс» или «минус» в зависимости от направления движения газа. Знак «минус» ставится при движении газа на подъем, знак «плюс» - на спуск.

Потеря давления на трение и местные сопротивления определяется по формуле 

 (2.9)



где  – коэффициент гидравлического сопротивления

Q0 – расход газа нормальные м3/час (нм3/час) 

D - внутренний диаметр газопровода, см

 - плотность газа при температуре 0оС и атмосферном давлении, кг/нм3

 - приведенная длина газопровода, м 



= L+lэкв



где L действительная длина газопровода, м; lэкв – эквивалентная длина прямолинейного участка трубопровода (м), потери давления на котором равны потерям давления в местном сопротивлении со значением =1. 



lэкв= (2.10)



Гидростатический напор определяется по формуле 



=(-)H, (2.11)



где  - удельный вес воздуха, кг/м3,  - удельный вес газа, кг/м3; H – разность отметок начала и конца расчетного участка трубопровода



Схема расчета потерь напора в газопроводе низкого давления

Определяем среднюю скорость движения газа

W=3.5368, (2.12)



где Q0- расход газа, м3/час; D2 - диаметр трубопровода, см

Рассчитываем число Рейнольдса по ф. 2.2

Определяем коэффициент трения по ф. 2.3 – 2.5

Находим эквивалентную длину участка газопровода по ф.2.10

Определяем приведенную длину газопровода:



Lпр=L+lэкв* (2.13)



где - сумма коэффициентов местных сопротивлений

Определяем потерю давления на трение и местные сопротивления по ф.2.9

При необходимости определяем гидростатический напор по ф.2.11

Определяем полную потерю давления газа по ф.2.8.

Схема расчета пропускной способности газопровода низкого давления

Задавшись скоростью газа в соответствии с рекомендациями (табл. 2) определяем объемный расход газа в нм3/час по формуле: 



Q0=2827.4*10-4D2W



С учетом найденного Q0 рассчитываем полную потерю давления или напора. Проверяем соответствие заданных потерь давления или напора расчетным

Схема расчета диаметра газопровода низкого давления

Задавшись скоростью газа в соответствии с рекомендациями (табл. 2) определяем диаметр трубопровода по формуле:

D=1.88



С учетом найденного D рассчитываем полную потерю давления или напора. Проверяем соответствие заданных потерь давления или напора расчетным



Таблица 2 – Рекомендуемые значения скорости движения газа в трубопроводах

Наименование транспортируемого газа

Скорость газа W, м/сек

Пары углеводородов (остаточное абсолютное давление ниже 50мм рт ст. (0,0067 МПа)

45 – 60

Пары углеводородов (остаточное абсолютное давление 50 – 100мм рт ст. (0,0067 – 0,013 МПа)

30 – 45



Пары углеводородов (атмосферное давление)

9 – 18

Газ (давление до 3 атм)

5 – 20

Газ (давление 3 – 6 атм)

10 – 30 

Газ (давление свыше 6 атм)

10 – 35 



Гидравлический расчет газопроводов среднего и высокого давления во всей области турбулентного режима движения газа следует производить по формуле:



 



где Рн, Рк – соответственно начальное и конечное абсолютное давление газа на расчетном участке трубопровода, атм.

Lпр – приведенная (расчетная) длина газопровода, м

kэ – эквивалентная абсолютная шероховатость стенки трубы, см

 – кинематическая вязкость газа при 0оС и атмосферном давлении, м2/сек

Q0 – расход газа, нм3/час

г – удельный вес газа при 0оС и атмосферном давлении, кг/м3

Величину эквивалентной абсолютной шероховатости внутренней поверхности стенок трубопровода принимают согласно табл. 3



Таблица 3

Наименование трубопровода

Эквивалентная шероховатость, мм (kэ) 

Внутренние газопроводы

0,1

Магистральные газопроводы

0,03

Воздухопроводы сжатого воздуха от компрессоров 

0,8

Нефтепродуктопроводы

0,2

Нефтепроводы для средних условий эксплуатации

0,2

Водопроводы

0,5

Трубопроводы водяного конденсата

0,5

Трубопроводы пароводяной смеси

0,5

Паропроводы

0,2



Потери давления на местные сопротивления рассчитывают согласно ф.2.13



lэкв= 



Скорость газа, приведенная к условиям трубопровода, определяется по формуле:



W=3,54, Q0тр=



Схема расчета потерь напора в газопроводе среднего и высокого давления

Определяем приведенную длину газопровода по ф.

Находим эквивалентную абсолютную шероховатость трубы kэ по табл.3

Определяем конечное давление по формуле:



Рк=



Гидравлический расчет трубопроводов при движении нефтегазовых смесей



Перепад давления, обусловленный гидравлическим сопротивлением при движении газожидкостного потока, определяют по формуле Дарси-Вейсбаха: 







Число Рейнольдса:







При Re  2300







При Re  2300





Кинематическая вязкость определяется по формуле Монна:







где  - расходное объёмное газосодержание двухфазного потока (расходный параметр, определяется для трубных условий):







где Vг, Vж – объёмный расход газа и жидкости при средних давлении и температуре в трубопроводе.

Плотность смеси:







где 

ж, г – плотность жидкости и газа при средних давлении и температуре в трубе;

 - величина истинного газосодержания.

Истинное газосодержание является сложной функцией, зависящей от физических свойств жидкости и газа, диаметра и наклона трубопровода, расхода жидкости и газа. Закономерности изменения  - доли сечения потока, занятой газом, от указанных параметров устанавливаются только экспериментально – путём мгновенных отсечек потока или просвечиванием гамма-лучами.

.



Доля сечения потока, занятая жидкостью, составит: .

Средняя скорость смеси:







Определение структур потока и истинного газосодержания производится по критериям, разработанным во ВНИИГаз Мамаевым и Одишария.

Эмульсионная структура

Критерий Фруда:







При   0,988 







При   0,988 

определяется по специальным графикам.

Пробковая структура

При движении смеси на подъём:



При движении смеси по горизонтальным и нисходящим трубопроводам:







где  - угол между осью трубы и горизонталью.







Расслоенная структура.







Перепад давления, обусловленный гравитационными силами, определяется из уравнения:







где

hв hy – высоты восходящих и нисходящих участков, м;

в, н – истинная плотность смеси на этих участках, определённая с учётом истинного газасодержания :







при восходящем потоке:





при нисходящем потоке:







Тогда:







Гидравлический расчет трубопроводов, транспортирующих многофазные жидкости



Для расчета трубопроводов, транспортирующих разрушенные неустойчивые эмульсии используют методику Гужова А.И. и Медведева В.Ф. порядок расчета по этой методике следующий.

Рассчитывают объемную долю дисперсной фазы в эмульсии:



, 



Определяют тип дисперсной фазы исходя из того, что наиболее плотная упаковка капель пластовой воды в эмульсии достигается при  и дальнейшая концентрация их приводит к инверсии фаз в эмульсии. 



 и 


Определяют плотность эмульсии по одной из формул:



; ; 



где ,  - плотность нефти и воды, кг/м3; - обводненность в долях единицы; Gн иGв объемные расходы нефти и воды

Рассчитывают динамическую вязкость эмульсии по формуле Бринкмана



 при 

 при 



Определяют среднюю скорость течения эмульсии в трубопроводе:







Находят кинематическую вязкость эмульсии: 







Вычисляют число Рейнольдса:



; 



Рассчитывают коэффициент гидравлического сопротивления






Определяют перепад давления на расчетной длине трубопровода



 (- разность начальной и конечной геодезических отметок трубопровода, м; g – ускорение свободного падения, м/с2)