CC BY
8УДК 622.692.4.052
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОНЫ СМЕШЕНИЯ НЕФТИ И ВОДЫ ПРИ ИХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ПЕРЕКАЧКЕ ПО ПРОМЫСЛОВЫМ ТРУБОПРОВОДАМ
EXPERIMENTAL STUDIES OF THE ZONE OF OIL AND WATER MIXING AT THEIR SUCCESSIVE PUMPING THROUGH FIELD PIPELINES
А. В. Майер, М. Д. Валеев
A.V. Mayer, M. D. Valeiev
Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Нефтеюганск Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа
Ключевые слова: промысловые трубопроводы; обводненная нефть; вязкость нефти; сепараторы; перекачка нефти; перекачка воды Key words: field pipelines; water cut oil; oil viscosity; separators; water pumping
% 1, 2016
Неф ть и газ
97
Внутрипромысловая перекачка нефти повышенной вязкости зависит от давления в трубопроводах, частоты порывов труб и себестоимости добычи нефти.
Присутствие попутно-добываемой воды в перекачиваемой жидкости еще более осложняет транспорт из-за образования в добывающих скважинах стойких эмульсий обратного типа (вода в нефти), вязкость которых кратно превышает вязкость безводной нефти.
С другой стороны, наличие попутно-добываемой воды в перекачиваемой продукции вызывает внутреннюю коррозию труб из-за образования подстилающего слоя воды в трубах, особенно в пониженных участках трассы.
Способом, в значительной мере препятствующим таким осложнениям, является последовательная перекачка нефти и воды, создаваемая чередующимся сбросом их из отстойных аппаратов системы сбора нефти, газа и воды [1, 2]. К таким аппаратам относятся, прежде всего, установки предварительного (путевого) сброса воды на объектах добычи нефти или дожимных насосных станциях. Однако даже при сбросе значительной доли воды в отводимой из аппаратов нефти остается до 510 % поступающей воды.
Чередование водной и нефтяной пробок предупреждает образование стойких мелкодисперсных эмульсий, уменьшает гидравлические сопротивления в трубопроводах благодаря снижению доли трубопровода, занятой нефтью, и уменьшает коррозию трубопроводов смачиванием всей поверхности труб проходящей пробкой безводной нефти и образованием защитной углеводородной пленки. Последнее обстоятельство обусловлено лучшей смачиваемостью поверхности металла нефтью в сравнении с водой.
При последовательной перекачке нефти и воды по трубопроводу важно располагать опытными данными об объемах смешения жидкостей. В предельных случаях соседние зоны смещения могут соединиться и образовать в отдаленных и конечных участках трубопроводов непрерывное течение водонефтяной смеси. При этом фактор коррозионной защиты перестанет существовать. В зонах контакта не исключается и образование эмульсий обратного типа из-за массообменных процессов в турбулентном потоке.
Исследование смесеобразования в зонах контакта нефти с водой проводилось на 2-х промысловых трубопроводах «Кушуль — Телепаново» и «Андреевка — Телепаново» диаметром 0,25 м и длинами 21 и 26 км. После сброса основных объемов воды на УПС суммарный расход жидкостей в трубопроводах составил 4,0 и 2,25 тыс. м3/сут. При этом расход нефти составил 0,52 и 0,78 тыс. м3/сут., а воды — 3,48 и 1,47 тыс. м3/сут.
Вязкость нефти в трубопроводах в среднем составила 24^10-6 и 27,5^10-6 м2/с. Средние скорости течения обеих жидкостей в трубопроводах составили 0,945 и 0,531 м/с. Оставшаяся часть жидкостей после сброса воды откачивалась насосами на ЦПС «Телепаново».
Согласно [3, 4], объем смеси двух жидкостей, образовавшихся при их последовательной перекачке по трубопроводу, можно рассчитать по формуле Съенитцера
где ^1, Х2 — коэффициенты гидравлических сопротивлений при течении перекачиваемых жидкостей (нефти и воды); d — диаметр трубопровода; Ь — длина трубопровода, которую прошла зона контакта; V — объем внутренней полости трубопровода, занимаемый от начала трубопровода до участка движения смеси. Величина V рассчитывается в симметричных интервалах концентрации, то есть концентрация жидкостей от начальной зоны контакта меняется в ту и другую стороны идентично.
Включения в формулу (1) двух значений ^ и Х2 позволяет использовать ее для жидкостей с разными значениями вязкости, поскольку средняя скорость их движения и диаметр трубы одинаковы.
(1)
98
Неф ть и газ % 1, 2016
Изучение объемов смешения производилось на конечном участке трубопроводов на входе жидкостей в ЦПС «Телепаново». В трубопроводы были врезаны пробоотборники, отбирающие жидкости с трех уровней сечения труб для получения осредненных величин содержания фаз нефти и воды.
Отбор проб жидкостей на каждом трубопроводе начинал производиться с момента подхода начальной зоны контакта нефти и воды, то есть с момента прохода границы раздела фаз через насос откачки. По средним скоростям течения жидко -стей в трубопроводах рассчитывалось время их движения от насосов к точкам отбора проб. После подхода условной зоны контакта пробы в объеме 0,5 литра отбирались каждые 30 секунд. Последующий анализ обводненности проб позволял определить время течения смеси и его объем. Этот объем умножался на два, учитывая, что смесеобразование в трубах условно распространяется в обе стороны равномерно от зоны первоначального контакта нефти и воды.
Наряду с этим для обоих трубопроводов по формуле (1) рассчитывались объемы смешения нефти и воды на конечных участках трубопроводов. Расчетные значения и Х2 по формуле Блазиуса составили 0,0020 и 0,0028 при значениях параметра Рейнольдса 9 843 и 4 827. Расчетный объем смеси в конце трубопровода «Кушуль — Телепаново» составил 37,7 м3, а «Андреевка — Телепаново» — 42,6 м3. Длина трубопровода со смесями составила 769 и 868 м.
В то же время фактические объемы смесей в трубопроводах составили 18,62 и 22,05 м3, а длины трубопроводов со смесями — 380 и 450 м.
Таким образом, фактические объемы смесей в среднем на 50 % меньше в сравнении с перекачкой маловязких нефтепродуктов, для которых была получена формула (1). Меньшее смесеобразование, очевидно, связано со значительно большей вязкостью нефти в сравнении с нефтепродуктами перекачки. Это говорит в пользу применения технологии последовательной перекачки нефти и воды по промысловым трубопроводам.
При расчетах зоны смеси для нефтей с вязкостью не более 30Т0-6 м2/с следует применять формулу (1) с учетом снижения фактических объемов смеси на 50 % от расчетного.
Таким образом, экспериментально установлено, что фактический объем смешения нефти и воды при их последовательной перекачке по промысловым трубопроводам меньше в сравнении с объемом смешения при перекачке продуктов переработки нефти (разносортных бензинов и т. д.). Очевидно, что снижение интенсивности смешения обусловлено более высокой вязкостью перекачиваемой нефти. Снижение объемов смеси на величину порядка 50 % необходимо учитывать при внедрении технологии для нефтей с вязкостью до 30Т0-6 м2/с.
Список литературы
1. Майер А. В. Технология снижения вязкости обводненной нефти в промысловых трубопроводах // Известия вузов. Нефть и газ. - 2014. - № 3. - С. 49-53.
2. Валеев М. Д., Давлетшин З. Ш., Зайнашев Р. А. Последовательная откачка нефти и воды из скважины и отстойных аппаратов // Нефтяное хозяйство. - 1992. - N° 1. - С. 39-41.
3. Лурье М. В. Задачник по трубопроводному транспорту нефти, нефтепродуктов и газа: учебное пособие для вузов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр». - 2003. - 349 с.
4. Ишмухаметов И. Т., Исаев С. Л., Лурье М. В., Макаров С. П. Трубопроводный транспорт нефтепродуктов. - М.: Нефть и газ. - 1999.
Сведения об авторах
Майер Андрей Владимирович ассистент кафедры «Техника и технология», Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Нефтеюганск, тел. 89123889777, e-mail: [email protected].
Валеев Марат Давлетович, д. т. н., профессор, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа, e-mail: [email protected].
Information about the authors Mayer A. V., assistant of the chair «Equipment and technology», Tyumen State Oil and Gas University, Nefteyugansk, phone: 89123889777, email: [email protected].
Valeiev M. D., Doctor of Engineering, professor, Ufa State Petroleum Technical University, Ufa, email: [email protected].
% 1, 2016
Неф ть и газ
99
