Дәріс. Кәсіпшілік құбырлары. Олардың жіктелуі. Құбырлар бойымен қысымның және температураның таралуы.

Ұңғы өнімдерін жинау және дайындаудың барлық элементтері бір-бірімен құбырлар арқылы байланысады. Мұнай кен орындарында көптеген әртүрлі құбырлар кездеседі.

Мұнай кен орындарындағы алаңдарда ұңғы өнімдерін тасымалдайтын құбырларды келесі түрдегідей жіктейді:

· тағайындалуы бойынша - мұнай құбырлары, газ құбырлары, мұнай-газ-су құбырлары және су құбырлары;

· арыны бойынша – арынды және арынсыз;

· жұмыс қысымы бойынша – жоғарғы (6,4 МПа және одан жоғары), орташа (1,6МПа ) және төменгі (0,6 МПа) қысымды;

· төселу тәсілі бойынша - жерасты, жерүсті және су асты;

· функциясы бойынша - ұңғы сағасынан топтық өлшеу қондырығысына дейінгі лақтыру желісі (выкидные линии) (ішкі кәсіпшілік құбырлары); кен орындарынан ұңғы өнімдерін жинау және орталық жинау пунктіне (ЦПС) немесе газ өңдеу зауытына (ГПЗ) тасымалдауға арналған кәсіпшілік аралық құбырлар; магистралды – тауарлы өнімді тұтынушыға беруге арналған ұзынынан созылған мұнай және газ құбырлары;

· айдалатын өнімнің құрамы бойынша - мұнай, газ, мұнай-газ және су коллекторлары; тауарлық мұнай құбырлары.

· жұмыстың гидравликалық схемасы бойынша - тармақталмаған қарапайым құбырлар, тармақталаған күрделі құбырлар (оларға тұйықталған сақиналы құбырлар жатады).

Қабат қысымын ұстау үшін суды айдау ұңғыларына тасымалдауға арналған құбырлар былай бөлінеді:

· магистралды су құбырлары - қысымды көтеретін сорапты станциялардан;

· жеткізетін су құбырлары - магистралды су құбырынан шоғырлы сорап станциясына (ШСС-КНС) дейін;

· тарататын су құбырлары – ШСС-нан айдау ұңғыларына дейін.

Барлық құбырлар сұйыққа толық толтырылған және сұйыққа толық толтырылмаған құбырлар болып бөлінеді. Қимасы сұйыққа толық толған құбырларды арынды деп атайды, ал толық толмаған құбырларды арынды деп те арынсыз деп те атайды. Лақтыру желілері және мұнай жинау коллекторлары әдетте сұйықтармен толық толмайды. Өйткені олардың қимасының бір бөлігі газбен толтырылады.

Ұңғы өнімдері лақтыру желісінен автоматты топтық өлшеу қондырғысына (АТӨҚ) дейін сағадағы және АТӨҚ-дағы қысымдардың айырмашылығы есебінен қозғалады. Ұңғы өнімдеріне байланысты лақтыру желілерінің диаметрлері 75-150 мм аралығында қабылданып және де жер асты арқылы төселеді. Олардың ұзындығы техника –экономикалық есептер арқылы анықталады және қашықтығы 4 км –ге дейін жетеді. АТӨҚ-нан сығымды сорап станциясына (ССС-ДНС) дейін немесе мұнай дайындау қондырғысына (МДҚ-УПН) дейін әдетте диаметрлері 200-500мм болатын жинау коллекторлары төселеді және қашықтығы 10 км –ге дейін жетеді. Кен орындарында мұнайдан бөлінген газды жинау және дайындау үшін газ құбырлары төселеді.

Мұнай кен орындарындағы жинау жүйелерін гидравликалық есептеу кезінде ұңғы өнімінің құбыр бойымен қозғалысының әр түрлі жағдайларымен кездесеміз. Қабат энергиясының әсерінен өнімді тасымалдау кезінде ұңғының лақтыру желісінде екі фазалы газ-сұйықты қоспаның қозғалысы байқалады, ал сулану кезінде үш фазалы қоспаның қозғалысы болады. Сығымды сорапты станцияларынан соң құбырлар желісі бойынша келесі фазалар қозғалады: мұнай немесе сулы-мұнай эмульсиясы, газ, кей жағдайда су. Сулы-мұнай эмульсиясы көп жағдайда тұтқырлы созылымды сұйықтық болып табылады. Ағынның құрамында қатты бөлшектердің - механикалық қоспалар, парафиндер және асфальтендердің болуы өнімнің қозғалысын қиындатады. Мұнайды тасымалдау кезінде пештерді қолдануды немесе қоршаған ортаға жылудың табиғи жоғалуын ескере отырып, процестің изотермиялық емес екенін ескеретін гидравликалық есептерді жүргізуге тура келеді.

Келешекте өндірілетін мұнай мен газға есептелген құбырлар желісінің жобалық өткізгіштік қабілетін, осы құбырлар желісі салынып болған соң біраз уақыт өткеннен кейін ғана толық пайдаланады. Осылайша, құбырлар желісі бірнеше жыл бойы толық жүктелмей жұмыс жасайды. Техникалық-экономикалық есептеулер нәтижесінде кіші диаметрлі құбырлар желісінің құрылысын мұнай өндірудің ұлғаю шамасына қарай біртіндеп жүзеге асыру тиімді болуы мүмкін. Үлкен диаметрлі бір құбыр желісін екі немесе бірнеше кіші диаметрлі құбырлармен алмастыру сулы және сусыз мұнайды бөлек жинау кезінде дұрыс болуы мүмкін. Коррозия белгілері байқалған кезде сұйықтар мен газдарды бөлек тасымалдайтын құбырларды пайдаланғанымыз жөн, себебі ағын жылдамдығы өскен сайын құбырлардың ішкі бетінің коррозияға ұшырауы азаяды. Қоспаның жылдамдығы баяу (аз) болса, минералды су (яғни, құрамында әртүрлі тұздары бар су) құбырдың төменгі бетімен өзінше жеке ағын ретінде қозғалып, сол төңіректегі коррозияның әрекеттілігін арттыра түседі. Жылдамдық пен турбуленттіліктің (яғни, құйынды ағынның) өсуіне байланысты коррозияның қарқындылығы азаяды, себебі агрессивті орта құбыр қабырғаларынан оқшауланады, ал қабырғалардың өзі мұнаймен үнемі майланып тұрады. Мұнай-газ қоспаларын үлкен диаметрлі құбырлармен, әсіресе жергілікті жер бедері тегіс емес (яғни, ойлы-қырлы) жерлермен тасымалдау кезінде газды тығындар пайда болып, ағыс бірқалыпты болмайды.

Үлкен диаметрлі бір құбырды бірнеше кіші диаметрлі құбырлармен алмастыру мұнайды жинау және тасымалдау жүйесінің сенімділігі мен икемділігін арттырады, себебі апаттық жағдай бола қалған кезде ұңғыны тоқтатпай жөндеу жұмыстарын жүргізуге мүмкіндік береді.

Құбырдың диаметрін және жинақтаушы коллекторлардың санын дұрыс таңдау үшін нақты шарттарды тиянақты қарастырып, техника-экономикалық талдау жүргізу керек. Алаң ішіндегі әртүрлі мақсатқа қолданылатын қысқа технологиялық құбырлар үшін Гипровостокнефть институты ұсынған шекті мүмкін жылдамдықтарды қолдануға болады [5].

Бақылау сұрақтары:

1. Кәсіпшілік құбырларын қалай жіктейді ?

2. Жұмыс қысымы бойынша құбырларды қалай жіктейді?

3. Жұмыстың гидравликалық схемасы бойынша құбырларды жіктеу?

4. Қабат қысымын ұстау жүйесіндегі құбырларды қалай атайды ?

Дәріс. Бір фазалы сұйықтардың құбырлар бойымен изотермиялық және изотермиялық емес қозғалысы кезіндегі қарапайым және күрделі құбырлардың гидравликалық есебі.

Құбырлар желісінің гидравликалық есебі құбыр диаметрін немесе оның өткізу қабілетін және оның ұзындығы бойынша қысым өзгерісін анықтауды қарастырады. Есептеу барысында Бернулли теңдеуiн негiзге аламыз:

(6.1)

мұнда, z₁, z₂ –геодезиялық белгілер, м; Р₁ Р₂ – құбырдың басындағы және соңындағы қысымдар, м; w₁, w₂ – құбырдың басындағы және соңындағы сұйық ағындарының жылдамдығы, м/с; h_п-арынның жолшыбай жоғалуы, м.

6.1- кесте.Құбырлардағы флюидтердің шекті мүмкін жылдамдықтары

Өнімнің және құбыр желісінің атауы

Жылдамдық, м/с

Сұйықтар (мұнай, эмульсия, реагенттер): сораптың сору басында сораптың айдау басында өздігінен ағатын коллекторларда Су: сораптың сору басында сораптың айдау басында Өздігінен ағатын канализациялы коллекторлардағы ағындар Арынды канализациялы коллекторлардағы ағындар Газ: газжелісіндегі поршенді компрессордың қабылдауында газжелісіндегі ортадан тепкіш компрессордың қабылдауында компрессордың айдау коллекторында Сығымдалған газ: сораптың сору басында сораптың айдау басында Көмірсутектер конденсаты (өздігінен ағатын) Майлағыш майлар Сумен қаныққан булар

0,2-1,0 1,23-3,0 0,2-0,3   1,0-1,2 1,2-1,6 0,6-0,8   0,8-1,0   10-ға дейін   15-ке дейін 20-ға дейін   1,2-ге дейін 3,0-ге дейін 0,15-0,3 0,6-1,2 20-30

Арынның жолшыбай жоғалуы негізінен үйкелістен болатын жоғалтулардан және жергілікті кедергілерді жеңуге кететін жоғалтулардан тұрады. Кәсіпшілік құбырларының гидравликалық есебі кезінде көбінесе жергілікті кедергілерді ескермеуімізге болады, сондай-ақ сұйықтың сығымдылығын да ескермейміз сонда (6.1) келесі теңдеуді аламыз:

, (6.2)

мұнда, үйкеліс әсерінен болатын қысымды жоғалтуды Дарси-Вейсбах теңдеуі бойынша анықтайды:

(6.3)

мұнда, l- құбырлардың ұзындығы, м; D- құбырлардың ішкі диаметрі, м; , w – құбырдағы сұйықтар ағынының орташа жылдамдығы, м/с; l- гидравликалық кедергілер коэффициенті, бұл ағын режиміне (Рейнольдс санына) және құбырдың салыстырмалы кедір-бұдырлығына тәуелді.

Рейнольдс санын сұйықтардың шығынына байланысты келесі формула бойынша анықтауға болады:

(6.4)

мұнда, Q –сұйықтың шығыны, м³/с; m - сұйықтың динамикалық тұтқырлығы, Па×с.

Немесе сұйықтар ағынының жылдамдығына байланысты:

, (6.5)

мұнда, w=Q/F – сұйық ағындарының жылдамдығы; n - сұйықтың кинематикалық тұтқырлығы м²/с.

Рейнольдс саны Re£ 2320 кезде құбырдағы сұйықтардың қозғалысы ламинарлы және гидравликалық кедергіні Стокстың формуласы бойынша анықтайды:

(6.6)

Сұйық ағындарының турбулентті режимі кезінде, яғни Re³ 2320 кезде l-анықтау үшін бірқатар жартылай эмпириялы формулалар қолданылады.

Сұйықтар құбыр бойымен қозғалған кезде құбыр қабырғаларында тұтқыр қабықшалар пайда болады, ол осы құбырдың кедір-бұдырлығын жабуы немесе жаппауы мүмкін. Егерде, құбыр қабырғасының бетіндегі микротегіссіздікке тұтқыр қабықшалар жабыспаса, онда қабырғаны гидравликалық тегіс деп, ал жабысса -гидравликалық кедір-бұдырлы деп есептейміз. Тұтқыр қабықшаның қалыңдығы сұйықтар ағынының жылдамдығына байланысты болады. Жылдамдық неғұрлым өскен сайын, соғұрлым ол азаяды. Тегіс, аралас және кедір-бұдырлы үйкелістер аймағы болады. Аймақтар шекарасын кедір-бұдырлықтың шығыңқы жерлерінің шамасы арқылы анықтайды. Құбырларды есептеуде “эквиваленттік” кедір-бұдырлық K_Э -шамасы қолданылады.

Тегіс үйкеліс аймағы Рейнольдс санының Re=3000-4000-нан Re=15D/K_Э дейінгі аралығында (диапазонында) жатыр, мұнда D- құбырдың ішкі диаметрі, м. Бұл аймақ үшін Блазиус формуласын қолданған дұрыс:

(6.7)

Аралас үйкеліс аймағы Рейнольдс санының 15D/K_Э<Re<560D/K_Э дейінгі аралығында жатыр. Бұл аймақтағы гидравликалық кедергіні есептеу үшін Альтшулдың формуласын қолданады:

Кедір-бұдырлық үйкеліс аймағын (560D/K_Э<Re және 2K_Э/ D <0,007 диапазонында жатыр) әдетте автомоделдік немесе квадраттық деп атайды.

Автомоделдік атауы l-нің Re-санынан тәуелсіз екендігімен түсіндірілсе, ал квадраттық - Дарси-Вейсбах формуласына сәйкес бұл аймақтағы үйкеліске жоғалтулар жылдамдықтар квадратына пропорционал болуымен түсіндіріледі. Бұл аймақтағы 68/Re шамасы 2K_Э/ D –салыстырғанда елеусіз түрде аз болады, және формула мына түрде жазылады:

Бұл Шифирсон формуласы деп аталады. Эквиваленттік кедір-бұдырлық тәжірибелік жолмен анықталады. K_Э/ D қатынасын салыстырмалы кедір-бұдырлық деп атайды. Түзу тартылған болат құбырлар үшін K_Э шамасы 0,1-0,2мм аралығында ауытқиды. Мұнай құбырларында негізінен гидравликалық тегіс құбырлар аймағында турбулентті режим байқалады, ал газ құбырларында жоғарыда аталған барлық ағын режимдері кездеседі.

Құбырларды есептеу, олардың жұмыстарының неғұрлым күрделі жағдайында, яғни сұйық бойынша максималды жүктелуі және оның тұтқырлығы жоғары болған кезде орындалады.

Келтірілген формулалар құбыр ұзындығы бойындағы қысымның өзгерісін анықтауға және бастапқы айдау қысымын есептеуге мүмкіндік береді.

Егерде, құбырдың өткізу қабілетін немесе оның диаметрін анықтау керек болса, онда арынның үйкеліске жоғалтуын анықтау үшін Лейбензонның жалпылама формуласын қолдана отырып (6.3) теңдеуін былай жазамыз:

(6.8)

мұнда,

а=64, m=1 –сұйықтың ламинарлық ағыны үшін;

a=3164, m=0,25 - сұйықтың турбуленттік ағыны үшін;

n- сұйықтың кинематикалық тұтқырлығы, м³/с.

Сұйықтарды бір фазалы күйде тасымалдайтын қарапайым арынды құбырлардың гидравликалық есебі келесі параметрлердің бірін анықтаудан тұрады:

- құбырдың өткізу қабілетін – Q;

- бастапқы қажетті қысымды – Р₁;

- құбырдың диаметрін – D.

Құбырлардың өткізу қабілетін немесе оның диаметрін анықтау үшін сұйықтардың ағын режимі беріледі және (6.8) формула бойынша Q немесе D анықталады, бұдан соң Рейнольдс саны арқылы таңдалған режимнің дұрыстығын тексереді.

Ойлы-қырлы жерлерден өтетін құбырлар желісінің гидравликалық есебі белгілі бір асулық нүктені бағындырып және оны тексерумен аяқталады. Құбырлар желісінің кескініне (профиліне) гидравликалық еңістік сызығы түсіріледі. Егер құбырлар желісінің кескіні гидравликалық еңістік сызығынан аспаса, онда есептелген қысымдар ауытқуы құбырлар желісінің жұмысын қамтамасыз етеді, егер трасса кескіні гидравликалық еңістік сызығының деңгейінен асып кетсе, онда ең шығыңқы нүктені (асулық нүкте) алып, бастапқы арынды гидравликалық еңістік сызығы асулық нүктенің үстінен өткенше үлкейтеді. Гидравликалық еңістік келесі формула бойынша есептеледі: (6.9)

Жоғарыда көрсетілген есептеу әдістемесі қарапайым құбырлар (тармақталмаған) желісіне қатысты. Күрделі құбырлар желісі тізбектей немесе параллель жалғанған қарапайым құбырлар желісі болып табылады, сондықтан оның гидравликалық есептелуі көрсетілген есептеу схемасынан айырмашылығы жоқ.