Эксплуатация нефтепроводов естественным образом в рамках их жизненного цикла сопряжена с рядом осложнений, к числу которых относится образование скоплений воды и газа соответственно в пониженных и повышенных точках профиля. Вследствие многофакторности гидродинамического взаимодействия с основным потоком поведение этих структур носит сложно прогнозируемый характер. В то же время эти взаимодействия существенно влияют на показатели эффективности и безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов за счет повышения энергозатрат на перекачку, усложнения работы систем обнаружения утечек, появления проблем с учетом нефти, а также появления рисков, связанных с коррозионными процессами. Рациональным способом устранения осложнений, связанных с образованием водных скоплений, является их удаление потоком перекачиваемой жидкости, поскольку для этого не требуется введение во внутреннюю полость трубопровода дополнительного оборудования или химических реагентов. Для планирования подобных мероприятий необходимо располагать зависимостями, адекватно описывающими условия и интенсивность выноса воды потоком перекачиваемой жидкости, основанными на результатах тщательно проведенных экспериментов и квалифицированной обработке их результатов. Проблемой большинства исследований в данной области является проведение экспериментов на трубопроводах малого диаметра. Перенос результатов таких экспериментов на промышленные нефтепроводы требует дополнительного обоснования.
В статье дано описание уникального стенда, позволяющего изучать поведение водных скоплений в трубопроводе с изменяемым профилем, включающим секции труб номинальным диаметром DN100. Приведены некоторые результаты экспериментов на стенде. Предложено использовать методы вычислительной гидродинамики для моделирования процессов выноса водных скоплений потоком перекачиваемой жидкости. Даны некоторые расчетные уравнения применительно к решению поставленной задачи. В результате апробации полученных алгоритмов показано высокое совпадение полученных результатов с данными экспериментальных исследований на стенде. Успешность апробации позволяет утверждать, что разработаны методологические основы для переноса экспериментальных данных на действующие нефтепроводы.
Список литературы
1. Климовский Е.М., Колотилов Ю.В. Очистка и испытание магистральных трубопроводов. – М.: Недра, 1987. – 173 с.
2. Черняев Д.А., Сощенко Е.М. Освобождение от воды магистральных трубопроводов после опрессовки при помощи механических разделителей // Нефтяное хозяйство. – 1962. – № 5. – С. 54–58.
3. Конторович З.Л. Опыт ввода в эксплуатацию магистрального нефтепродуктопровода// Новости нефтяной и газовой техники. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. – 1962. – № 5. – С. 7–11.
4. Ахатов Ш.Н., Каримов З.Ф. Технология вытеснения воды из магистральных нефтепроводов// Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. – 1972. – № 2. – С. 14–18.
5. Маслов Л.С. Удаление воды и воздуха из трубопроводов в пусковой период // Строительство трубопроводов. – 1963. – № 7. – С. 13–15.
6. Осипов В.А., Дергачева А.Е. Расслоение потока на нефть и воду при движении по нефтепродуктопроводу «Александровское – Анжеро-Судженск»// Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. – 1975. – № 7. –С. 13–15.
7. Лурье М.В. Удаление скоплений воды из трубопровода потоком перекачиваемой нефти // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2017. – № 1. – С. 62–68.
8. Жолобов В.В., Морецкий В.Ю., Талипов Р.Ф. Распределение объема водных скоплений в профильном нефтепроводе // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2022. – № 5. – С. 438–451. – https://doi.org/10.28999/2541-9595-2022-12-5-438-451
9. Чарный И.А. Влияние рельефа местности и неподвижных включений жидкости или газа на пропускную способность трубопроводов // Нефтяное хозяйство. – 1965. – № 6. – С. 51–55.
10. Галлямов А.К. Исследование по повышению эффективности эксплуатации нефтегазопроводов: дис. ... д-ра техн. наук. – Уфа, 1974. – 388 с..
11. Дидковская А.С., Воронин И.В., Левин М.С. Условия выноса воды из пониженных участков нефтепродуктопроводов // Транспорт и хранение нефтепродуктов. – 1997. – № 12. – С. 20–22.
12. Lovick J., Angeli P. Experimental studies on the dual continuous flow pattern in oil-water flows // International Journal of Multiphase Flow. – 2004. – V. 30. – Nо. 2. – P. 139–157. – http://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2003.11.011
13. Wei Wang, Jing Gong, Panagiota Angeli, Investigation on heavy crude-water two phase flow and related flow characteristics // International Journal of Multiphase Flow. – 2011. – V. 37. – No. 9. – P. 1156–1164. -https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2011.05.011
14. Nonlinear dynamic analysis of large diameter inclined oil–water two phase flow pattern / Yan-Bo Zong, Ning-De Jin, Zhen-Ya Wang [et al.] // International Journal of Multiphase Flow. – 2010. – V. 36. – No. 3. – P. 166–183. - https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2009.11.006
15. Numerical modeling of the critical pipeline inclination for the elimination of the water accumulation on the pipe floor in oil-water fluid flow / X. Song, D. Li, X. Sun [et al.] // Petroleum. – 2021. – V. 7(2). – P. 209–221. . – https://doi.org/10.1016/j.petlm.2020.07.001
16. Numerical study of water displacement from the elbow of an inclined oil pipeline / M. Magnini, A. Ullmann, N. Brauner, J.R. Thome // Journal of Petroleum Science and Engineering. – 2018. – V. 166. – P. 1000–1017. – https://doi.org/10.1016/j.petrol.2018.03.067
17. Numerical Study on Diesel Oil Carrying Water Behaviors in Inclined Pipeline Based on Large Eddy Simulation / T. Zhang, B. Chen, S. Wen // IEEE Access. – 2019. – V. 7. – P. 123219–123230. – https://doi.org/10.1109/access.2019.2930757
