29. Физическая сущность явлений, происходящих при движении газожидкостных смесей в трубах.

Большинство нефтепроводов, проложенных по площадям месторождений, работает с неполным заполнением сечения трубы нефтью (Н), т.е. часть сечения трубы обычно бывает, занята газом (Г). Т.е. транспортируются не однофазные, а двухфазные (Н+Г) или трехфазные (Н+Г+В) жидкости, характеризующиеся различными структурными формами. Основная сложность изучения движения таких потоков – в газожидкостном потоке происходит относительное движение фаз, обусловленное их разными плотностью и вязкостью, т.е. имеет место скольжение этих фаз. Под структурной формой движения двухфазного и трехфазного потоков понимают взаимное расположение газовой и жидкой фаз в процессе их движения по трубопроводу.

Структуры газожидкостных потоков в горизонтальных трубах

1- поток с пузырьками газа в верхней образующей; 2- поток с началом образования газовых пробок; 3- расслоенный поток; 4- волновой поток; 5- пробковое течение; 6- эмульсионный (сотовый) поток; 7- пленочный поток.

В нефтесборных самотечных и смешанных коллекторах скорости движения жидкости незначительные, вследствие чего в этих трубопроводах могут быть следующие режимы потока.

1. Засоряющий режим нефти, транспортируемая по сборным коллекторам, почти всегда представляет собой эмульсию (нефть + вода), содержащую большее или меньшее количество взвешенных механических частиц. В процессе движения жидкости из этой эмульсии выпадает свободная вода, кристаллы парафина, соли, механические примеси и пр. этот режим возникает тогда, когда частиц и механических примесей парафинистого шлама вследствие малых скоростей потока жидкости не увлекаются потоком и оседают на дно трубы.

2. Режим расслоенного движения. Возникновение этого режима возможно при условиях, когда скорость потока меньше критической скорости взвешивания. При этом режиме потока, в нижней части трубы движется концентрированная эмульсия с меньшими скоростями, чем в верхней части трубы, где движется однофазная жидкость. Возникновение 1 и 2 режимов в сборных коллекторах вызывает осложнение в работе самотечных нефтепроводов.

3. Самоочищающий режим. Он наблюдается тогда, когда скорость потока больше критической скорости взвешивания. Силы взвешивания пи этом режиме больше силы тяжести, и концентрация дисперсной фазы в нефти постоянна по всей длине трубопровода.

30. Образование углеводородных, водных и гидратных пробок в газопроводах. Методы борьбы с ни ми.

Нефтяной и природный газ содержит пары воды. Пары воды могут насыщать газ до определенного давления, равного давлению насыщенного водяного пара при данной температуре. Предельное состояние водяных паров называется точкой росы. Если содержание водяных паров превышает этот предел, то начинается их конденсация (переход в жидкое состояние). При движении нефтяного и природного газа по газосборным сетям всегда происходит падение температуры и давления, сопровождающееся выделением углеводородного и водного конденсата, который в пониженных местах газопроводов образует жидкостные пробки, которые сильно снижают производительность этих газопроводов. При определенных термодинамических условиях газ в контакте с водным конденсатом могут образовать гидраты, которые, отлагаясь на стенках труб, уменьшают сечение газопровода и снижают ее производительность. Гидраты по внешнему виду похожи на рыхлый снег с желтоватым оттенком. Они могут образоваться в газосборных сетях, как при отрицательных, так и при положительных (до 20С) температурах. Гидраты относятся к неустойчивым соединениям и при некоторых условиях довольно быстро разлагаются на газ и воду. Чем выше давление в газопроводе и ниже температура его, тем быстрее образуются и отлагаются на стенках труб гидраты. Основным способом предупреждения образования гидратных пробок является осушка нефтяного и природного газа от паров воды. Осушка газа осуществляется на специальных установках твердыми ( хлористый кальций CaCl, силекагель, молекулярные сита и др.) или жидкими (диэтиленгликоль ДЭГ и триэтиленгликоль ТЭГ) веществами, а также с использованием хлора, вырабатывающего специальными холодильными машинами или получаемого путем снижения давления газа в штуцерах. При осушке газа уменьшают содержание влаги в газе до такой степени, чтобы пары воды в газопроводе не достигали состояния насыщения и, следовательно, не могли конденсироваться. Для устранения образовавшихся гидратных отложений применяются ингибиторы (метанол CH₃OH (древесный спирт), этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, 30%-ный раствор хлористого кальция и т.д.).

Оптимальная концентрация ингибитора С, введенного в поток газа, зависит от степени необходимого понижения температуры гидратообразования