Исследование влияния противотурбулентных присадок на гидравлическое сопротивление потока нефти в добывающих скважинах и трубопроводах
При растворении полимера происходит увеличение вязкости жидкости, а также одновременно происходит и увеличение скорости турбулентного течения полимерного раствора по сравнению со скоростью течения маловязкого растворителя. Это явление получило название эффекта Томса или эффекта снижения гидродинамического сопротивления.
Уже 20 лет в трубопроводном транспорте для снижения энергетических затрат и для увеличения скорости течения нефти используют противотурбулентные добавки
Возможность использования присадок для уменьшения сопротивления турбулентности в трубопроводах сжиженного газа и, таким образом, снижения затрат энергии на транспортировку газа в трубопроводах.
Введение …………………………………………………………………………………………………………………………. 16
1 Литературный обзор ………………………………………………………………………………………………….. 18
1.1 Жидкое и газообразное агрегатное состояние вещества ………………………………….. 18
1.2 Состав и физико-химические характеристики нефти и природного газа ………. 18
1.3 Физико-химические характеристики системы природный газ………………………… 20
1.3.1 Фазовая диаграмма пропана и бутана ………………………………………………………………. 22
1.3.2 Производство сжиженного газа и ШФЛУ осуществляется за счет следующих
трех основных источников: …………………………………………………………………………………………. 23
1.4 Течение жидкостей в цилиндрическом канале…………………………………………………… 26
1.5 Снижение гидродинамического сопротивления (эффект Томса)……………………. 31
1.5.1 Факторы, влияющие на снижение сопротивления …………………………………………. 32
1.5.1.1 Влияние концентрации полимерной добавки на эффект. ………………………….. 32
1.5.1.2 Влияние молекулярного веса полимерной добавки на эффект. ………………… 32
1.5.1.3 Влияние диаметра трубы на эффект………………………………………………………………. 32
1.5.1 Зависимость величины эффекта от числа Рейнольдса и напряжения
сдвига. ……………………………………………………………………………………………………………………………… 33
1.6 Полимеры, используемые на нефтяных промыслах ………………………………………….. 35
1.6.1 Процесс растворения и свойства образующихся полимерных растворов ….. 37
2 Экспериментальная часть …………………………………………………………………………………………. 40
2.1 Методы исследования и использованное оборудование. …………………………………. 40
2.1.1 Устройство и эксплуатация герметичного турбулентного реометра с
вертикальным расположением цилиндрического канала. ……………………………………… 41
2.1.2 Устройство и эксплуатация герметичного турбулентного реометра с
горизонтальным расположением цилиндрического канала. ………………………………….. 41
2.1.3 Формулы для расчета результатов турбореометрического тестирования
жидкостей: ……………………………………………………………………………………………………………………… 42
2.1.4 Ротационный вискозиметр для измерения вязкости ………………………………………. 43
2.2 Объекты исследования. ………………………………………………………………………………………….. 45
3 Обсуждение результатов …………………………………………………………………………………………… 47
3.1 Снижение гидродинамического сопротивления нефти добавками полимеров.
………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 47
3.1.1 Вискозиметрия Нефти – Уравнение Аррениуса – Френкеля – Эйринга (АФЭ)
………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 47
3.1.2 Растворы полиизопрена в нефти. ………………………………………………………………………. 49
3.2 Снижение гидродинамического сопротивления керосина и бензина добавками
полимеров. ……………………………………………………………………………………………………………………… 53
3.2 Снижение гидродинамического сопротивления сжиженного газа добавками
полимеров. ……………………………………………………………………………………………………………………… 54
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ…………………………………………………………………………………………….. 58
5.1 Экономическое обоснование рентабельности применения
противотурбулентных полимеров в нефтепроводах ……………………………………….. 58
5.2 Стоимость необходимого оборудования …………………………………………………… 59
5.2.1 Используемая спецтехника ……………………………………………………………………. 59
5.2.2 Используемые химические вещества ……………………………………………………… 59
5.3 Случай 1 ………………………………………………………………………………………………….. 60
5.4 Случай 2 ………………………………………………………………………………………………….. 62
5.4.1 Применение противотурбулентных присадок для снижения
энергопотребления на трубопроводах ……………………………………………………………. 63
6 Социальная ответственность при изучении влияния полимерных добавок на
поток углеводородных жидкостей. …………………………………………………………………………….. 68
6.1 Профессиональная социальная безопасность ……………………………………………. 68
6.2 Анализ вредных производственных факторов и обоснование мероприятия по
их устранению. ……………………………………………………………………………………………… 69
6.3 Анализ опасных факторов и обоснование мероприятий по защите от действия
опасные и вредные факторы ………………………………………………………………………….. 76
6.4 Экологическая безопасность …………………………………………………………………….. 78
6.4.1 Защита атмосферы ………………………………………………………………………………… 78
6.4.2 Защита гидросферы ……………………………………………………………………………….. 79
6.4.3 Защита литосферы…………………………………………………………………………………. 80
6.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………….. 81
6.6 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………… 82
Выводы ……………………………………………………………………………………………………………………………. 84
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………. 85
Приложения ……………………………………………………………………………………………………………………. 90
Снижение сопротивления в трубопроводах с использованием противотурбулентних присадок (ПТП) имеет большое значение для проектирования нефтегазопроводов, поскольку ПТП уменьшают мощность откачки и увеличивают пропускную способность трубопроводов.
ПТП были использованы в нескольких инженерных системах, таких как централизованное теплоснабжение и охлаждение, нефтедобывающие и транспортные трубопроводы и другие.
ПТП впервые был коммерчески использован в Трансалясском трубопроводе в 1979 году. Диаметр трубопровода составлял 1,2 м. Мощность трубопровода увеличилась с 1,45 млн. Баррелей в сутки до 2,1 млн. Баррелей в сутки из-за достигнутого снижение сопротивления на 50%. Явление называется эффектом Томса.[1]
Было доказано, что использование ПТП имеет преимущества, которые включают: увеличенная мощность трубопровода, экономия в насосной мощности, уменьшение давления при соответствующем снижении толщины трубы и давления, уменьшение диаметра трубы в стадии разработки, а также количество и размер насосных установок.[2,4]
В Институте нефтехимии СО РАН были проведены исследования по синтезу высокомолекулярных полимеров, которые могут быть использованы в качестве ПТП при транспортировке нефтяных и нефтяных фракций в разных регионах Российской Федерации.
Целью данной работы является экспериментальное исследование возможности использования полимерных добавок для перекачки по трубопроводам углеводородных жидкостей (нефти и её фракций), а также сжиженного природного газа (СПГ).
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
разработка лабораторных стендов для изучения закономерностей течения
углеводородных жидкостей;
16
реологические исследования различных фракции нефти и установление их совместимости с противотурбулентными добавками различной химической природы;
экспериментальное исследование текучести углеводородных жидкостей через цилиндрический канал турбулентного реометра в присутствие разных противотурбулентных добавок;
оценка технологической и экономической эффективности предполагаемой технологии.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (49 отзывов)
4.8 (40 отзывов)
4.2 (5 отзывов)
4.5 (9 отзывов)
4.8 (211 отзывов)
4.4 (59 отзывов)
5 (158 отзывов)
4.6 (522 отзыва)
4.1 (20 отзывов)
