Вплив газорідинної суміші на пропускну здатність промислових та міжпромислових газопроводів - Автореферат

Установлення нового обладнання або його реконструкція в умовах зменшення обсягів видобутку газу стають неефективними, що створює умови потрапляння рідинної фази в промислові та міжпромислові газопроводи і транспортування по них двофазних сумішей. Під час проектування промислових та міжпромислових газопроводів не враховується транспортування по них двофазних сумішей, які впливають на збільшення величини перепадів тиску, що зменшує продуктивність та ефективність їх роботи. Хюїтт), мають значні розбіжності, громіздкі у ходіобробки даних, містять припущення і не враховують в окремих випадках вязкості компонентів суміші, профілю траси газопроводів, вплив величини поверхневого натягу компонентів суміші на істинний газовміст і гідравлічний опір. У газовій промисловості України немає стандартних документів інженерних методів і моделей розрахунків для експлуатаційного персоналу, а тому обєктивно не існує можливості для оцінки ефективності роботи промислових і міжпромислових газопроводів, які транспортують двофазні суміші, і засобів керувати технологічними процесами видобування газу на промислах газових та газоконденсатних родовищ. Розробити узагальнену інженерну методику гідравлічного розрахунку трубопроводів для пробкового та кільцевого режимів руху газорідинної суміші і програмний продукт до неї та заходи щодо зменшення впливу газорідинної суміші на пропускну здатність промислових та міжпромислових газопроводів шляхом вибору ефективних режимів експлуатації.Під час вивчення істинного газовмісту у кільцевому потоці на цей час не визначено критерії, які можна вважати узагальненими. Для пробковому режиму визначали вплив вязкості рідини м1, критерію Вебера (We) і кута нахилу труби б на ц=f (в). Під час дослідження гідравлічного опору в кільцевому потоці проводили аналіз моделей руху і вибір виду рівнянь для коефіцієнта гідравлічного опору. Проведено низку вимірювань швидкості руху рідини трубопроводом щ (на відстані 6 м від вузла запуску) для різних значень витрати повітря на початку трубопроводу та сталих значень вязкості рідини м. Аналіз режиму реверсу плівки рідини і залежності 1-ц=f(в, щсм) дозволив обрати для опису істинного вмісту рідини критерій виду: (5), де щ* - залежить від фізичних властивостей суміші, величина характеризує вплив тиску суміші, а за умови постійних фізичних властивостей суміші характеризується швидкістю суміші.На основі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень закономірностей газо-і гідродинамічних процесів у газопроводі вирішено важливе для газовидобувної галузі науково-технічне завдання оцінки впливу газорідинної суміші на пропускну здатність газопроводу, що дає змогу визначити раціональну область експлуатації промислових і міжпромислових газопроводів та оптимальних режимів їх роботи. Аналіз літературних джерел та практичний досвід показали, що методики, розроблені для гідравлічного розрахунку таких газопроводів, не враховують ряду фізичних та витратних характеристик потоків, геометричних особливостей траси газопроводу, а наявні дані часто суперечливі. Досліджено вплив вязкості компонентів на істинний газовміст при пробковому русі газорідинної суміші в межах зміни вязкості від м=0,001-0,14 та числа Frcm=0,5ч12. Отримано поправочний коефіцієнт, який враховує вплив вязкості компонентів суміші на істинний газовміст у пробковому потоці в межах зміни автомодельних значень числа Фруда і . У ході вивчення впливу сил поверхневого натягу на істинний газовміст у пробковому потоці встановлено, що зі зменшенням критерію Вебера його вплив на істинний газовміст зменшується і при We30 мм впливом поверхневого натягу на істинний газовміст у пробковому потоці можна знехтувати.

Основний зміст роботи

На основі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень закономірностей газо- і гідродинамічних процесів у газопроводі вирішено важливе для газовидобувної галузі науково-технічне завдання оцінки впливу газорідинної суміші на пропускну здатність газопроводу, що дає змогу визначити раціональну область експлуатації промислових і міжпромислових газопроводів та оптимальних режимів їх роботи.

Основні наукові і практичні результати полягають у наступному.

1. На основі проведеного аналізу газопроводів системи видобування і збирання ГКР ДК “Укргазвидобування” встановлено, що в порожнині більше ніж 50 % газопроводів містяться рідинні забруднення і цей відсоток матиме тенденцію до зростання, що призводить до зменшення їх пропускної здатності. Аналіз літературних джерел та практичний досвід показали, що методики, розроблені для гідравлічного розрахунку таких газопроводів, не враховують ряду фізичних та витратних характеристик потоків, геометричних особливостей траси газопроводу, а наявні дані часто суперечливі. Загальновизнаними і найбільш обґрунтованими є дослідження проведені для вертикальних трубопровідних систем.

2. Досліджено вплив вязкості компонентів на істинний газовміст при пробковому русі газорідинної суміші в межах зміни вязкості від м=0,001?0,14 та числа Frcm=0,5ч12. Він виявляється в зміні автомодельного значення Фруда в межах Fra=1,5ч7 і =0,455ч0,9 при автомодельному русі. Отримано поправочний коефіцієнт, який враховує вплив вязкості компонентів суміші на істинний газовміст у пробковому потоці в межах зміни автомодельних значень числа Фруда і .

У ході вивчення впливу сил поверхневого натягу на істинний газовміст у пробковому потоці встановлено, що зі зменшенням критерію Вебера його вплив на істинний газовміст зменшується і при We30 мм впливом поверхневого натягу на істинний газовміст у пробковому потоці можна знехтувати.

Вплив кута нахилу трубопроводу на істинний газовміст досліджували на газорідинних сумішах із різними фізичними властивостями (м=0,001?0,14 ) при зміні кута нахилу від 0 до 90 °. Він виявляється у разі малих значеннях критерію Фруда Fra, для повітряно-водяних сумішей Fra <10, для повітряно-конденсатних Fra <4 і для повітряно-масляних сумішей Fra <1. На основі проведених досліджень отримано поправочний коефіцієнт, який враховує вплив кута нахилу трубопроводу і критерію Фруда на істинний газовміст у пробковому потоці.

Дослідження, проведені для пробкового режиму руху сумішей, показали, що істинний газовміст у пробковому потоці залежить від вязкості рідини і кута нахилу труби. Впливом поверхневого натягу на істинний газовміст можна знехтувати. Отримані коефіцієнти дають змогу доповнити формулу для визначення істинного газовмісту для пробкового режиму руху газорідинних сумішей із широким діапазоном зміни фізичних властивостей компонентів і кута нахилу трубопроводу до горизонту.

3. Досліджено границі існування кільцевого потоку. Встановлено, що для істинного вмісту рідини в кільцевому потоці визначальний критерій щ* ? безрозмірний комплекс впливу швидкості суміші. На основі обробки і аналізу експериментальних даних встановлено, що кільцева структура можлива при значеннях 4,2<щ*<8,0 і 0<1-в<0,12. Отримано залежності для визначення істинного вмісту рідини в кільцевому потоці та границі переходу від пробкового режиму до кільцевого з урахуванням витратних характеристик потоку і вязкості компонентів у вертикальній і горизонтальній трубі.

4. Аналіз дослідних показників коефіцієнта гідравлічного опору, отриманих на основі суцільної моделі, дав можливість як визначальний критерій, окрім Re1, використовувати безрозмірний параметр Ц, який являє собою модифіковане число Фруда для плівки рідини, тобто лсм=л(Re1, Ц). Така форма подання є досить складною. Остаточну обробку експериментальних даних для коефіцієнта гідравлічного опору проводили у вигляді , що допомогло лінеазувати вираз. Отриману формулу для визначення приведеного коефіцієнта гідравлічного опору в кільцевому режимі слід використовувати, якщо винесення рідини не перевищує 20 %.

5. Розроблено узагальнений алгоритм і програму гідравлічного розрахунку трубопроводів, які транспортують газорідинні суміші для розшарованого, пробкового та кільцевого режимів роботи. Результати розрахунків зіставлено з результатами обстеження діючих трубопроводів, що транспортують газонафтові суміші і нестабільний газовий конденсат та газоконденсатними свердловинами (свердловина розглядалася як вертикальний трубопровід). Показано, що запропонований метод розрахунку дає похибку ±6 %. Спосіб розрахунку запатентовано (Пат. на корисну модель №36414 Україна від 27.10.2008), на програму (GAZSTRUM) отримано авторське право (Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір №26625 від 26.11.2008).

Вибір оптимальних режимів експлуатації промислових та міжпромислових газопроводів, отриманих на основі розробленої методики та компютерної програми розрахунку, дають змогу підвищити ефективність їх роботи в середньому на 6-10 %.

Очікуваний економічний ефект від впровадження методики та програми на газопроводі Кременівська УКПГ-Перещепинська УКПГ становить - 12,7 тис. грн.

1. Паюк В.О. Аналіз основних досліджень в області моделювання двофазних потоків в газопроводах / В.О. Паюк, С.М. Стецюк // Питання розвитку газової промисловості України: Зб. наук. пр. - Харків: УКРНДІГАЗ. - 2004. ? Вип. ХХХІІ. ? С. 289?294.

Особистий внесок здобувача: проведено аналіз існуючих методів розрахунку газорідинних потоків та методів їх моделювання, що дозволило отримати оптимальну схему побудови системи рівнянь для конкретного двофазного потоку в газопроводах та конкретизувати його структуру.

2. Капцов І.І. Гідравліка двофазного потоку і оцінка обєму рідкої фази в промислових газопроводах / І.І. Капцов, С.М. Стецюк // Питання розвитку газової промисловості України. Зб. наук. пр. - Харків: УКРНДІГАЗ. ? 2005. ? Вип. ХХІІІ. ? С. 118?22.

Особистий внесок здобувача: проведена оцінка обєму рідинної фази в газопроводі з врахуванням рельєфу траси та найбільш поширених процесів, що проходять в газопроводі, отримана залежність, яка дозволяє визначати і контролювати обєм рідинної фази на ділянках газопроводу.

3. Капцов І.І. Транспорт двофазних середовищ у промислових і міжпромислових газопроводах / І.І. Капцов, С.М. Стецюк // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. ? Івано-Франківськ: ІФНТУНГ. ? 2005. ?№ 3(16). ? С. 70?72.

Особистий внесок здобувача: проведений аналіз процесів, повязаних з транспортуванням двофазних середовищ по шлейфах, промислових і міжпромислових газопроводах, вперше під тиском до 9 МПА визначено поверхневий натяг на границі газового конденсату та природного газу.

4. Капцов І.І. Визначення та аналіз основних характеристик двофазних потоків в газопроводах / І.І. Капцов, М.В. Гордійчук, С.М. Стецюк // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. ? Івано-Франківськ: ІФНТУНГ. ? 2006. ? № 1(18). ? С. 63?66.

Особистий внесок здобувача: розроблено методику визначення істинного вмісту рідини, встановлено границі переходу від пробкового режиму до кільцевого в горизонтальних трубах.

5. Стецюк С.М. Причини утворень скупчень рідини в газопроводах // Питання розвитку газової промисловості України. Зб. наук. пр. - Харків: УКРНДІГАЗ. ? 2006. ? Вип. XXIV. ? С. 237?242.

6. Стецюк С.М. Розробка гідравлічних методів розрахунку при трубопровідному транспортуванні газорідинних сумішей та співставлення результатів досліджень із промисловими даними / Проблеми нафтогазової промисловості: Зб. наук. праць. ? К:. ? 2007. - Вип. 5. ? С. 318-325.

7. Стецюк С.М. Нова інженерна методика гідравлічного розрахунку газорідинних потоків у газопроводах. // Нафт. і газова пром-сть. ? К., ? 2009. ? №2. - С 62?64.

8. Стецюк С.М. Дослідження основних характеристик горизонтального двофазного потоку в промислових і міжпромислових газопроводах // МНТК молодих вчених «Проблеми енергоефективності в нафтогазовому комплексі» (м. Київ 05?08 грудня 2005 р.) / Проблеми нафтогазової промисловості: Зб. наук. праць. / ? К., 2005. ? Вип. 2. - С. 300?305.

9. Капцов І.І. Розробка гідравлічного розрахунку промислових та міжпромислових газопроводів, що транспортують газорідинні суміші / І.І. Капцов, С.М. Стецюк // Мат. ХІІІ - ї Між нар. конф. “Ресурсоенергозбереження у ринкових відносинах” (м. Ялта, 12-16 червня 2006 р.) ? К., 2006. ? С. 146?150.

Особистий внесок здобувача: розроблено експериментальну установку для дослідження впливу газорідинних сумішей на пропускну здатність газопроводів, на основі отриманих результатів досліджень вдосконалана методика гідравлічного розрахунку промислових газопроводів.

10. Стецюк С.М. Гідравлічні опори при кільцевому потоці газорідинної суміші // Мат. Між нар. наук.-техн. конф. "Ресурсозберігаючі технології в нафтогазовій енергетиці". (Івано-Франківськ, 16?20 квітня 2007 р.) / ? Івано- Франківськ, 2007. ? С. - 258.

11. Пат. 8022 Україна, МКІ G01/N13/02. Пристрій для вимірювання поверхневого натягу рідини / Дячук В.В., Капцов І.І., Стецюк С.М.; Дочірнє підприємство Науково-дослідний інститут нафтогазової промисловості Національної акціонерної компанії Нафтогаз України; №20041211010; заявл. 31.12.2004; опубл. 15.07.2005. Бюл. №7., - 4 с.

Особистий внесок здобувача: проведено аналіз існуючих приладів для вимірювання поверхневого натягу рідини та розроблено конструкцію нового приладу.

12. Пат. 36414 Україна, МПК 2006 F17D 5/00. Спосіб визначення гідравлічного стану газопроводів, які транспортують газорідинні суміші / Дячук В.В., Капцов І.І., Стецюк С.М., Сушко Г.М., Світлицький В.М.; Дочірня компанія Укргазвидобування Національна акціонерна компанія Нафтогаз України; №u200806396; заявл. 14.05.2008; опубл. 27.10.2008. Бюл. №20., - 4 с.

Особистий внесок здобувача: проведено аналіз існуючих методів розрахунку газопроводі, які транспортують газорідинні суміші , розроблено алгоритм та новий спосіб розрахунку.

13. Пат. 68958 А Україна, МКІ В08В9/027. Спосіб очистки внутрішньої порожнини газопроводу / Капцов І.І., Слесарев В.А., Братах М.І., Винник С.М., Коляденко В.А., Стецюк С.М.; Дочірня компанія Укргазвидобування Національна акціонерна компанія Нафтогаз України Український науково-дослідний інститут природних газів (філія); №200311105228; заявл. 21.11.03; опубл. 16.08.04. Бюл. №8. -3 с.

Особистий внесок здобувача: проведено аналіз існуючих способів очистки порожнини газопроводу, встановлено позитивні і негативні сторони. Отримано новий спосіб очистки газопроводу.