Flow Patterns of Oil-Water in Production Pipelines and Effect of Internal Turbulators
No Thumbnail Available
Date
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Saudi Digital Library
Abstract
يُضخ الزيت الخام (النفط) والماء غالباَ معاً في أنابيب الحديد من أبار و حقول النفط المختلفة بالإضافة إلى ما تحمله من بعض الغازات المسببة لتأكل الحديد كممارسة شائعة في صناعة البترول. بالرغم من ضخ النفط والماء معاً إلا أن الخليط يبدأ بالانفصال تلقائياً داخل الأنابيب قبل وصولها المعمل المخصص لفصل كل مادة على حدة , إلى زيت, ماء, غازات, الخ. هذا الانفصال المبكر للخليط داخل الأنابيب يتسبب في تأكل الأنابيب من الداخل مما أدى إلى إجراء هذه البحث الذي يهدف إلى دراسة بعض العوامل ومعرفة مدى تأثيرها على تسارع انفصال الماء عن الزيت و تجمعه في قاع الأنابيب مستخدماً الحسابات العددية. يقاس تأثير كل عامل عن طريق حساب كمية الماء المتجمع في قاع الأنبوب و تغير أنماط الخليط تبعاً لتغير العوامل. غطت الدراسة الأنابيب التي نسبة قطرها إلى طولها (ط/ ق) يتراوح بين 29.7 إلى 58.8. كما شملت الدراسة عدد تمييز ديناميكية السوائل (رقم رينولدز) للخليط عند مدخل الأنبوب والذي يتراوح بين 6.37 310 x إلى 1.59 510x وذلك من خلال التطرق لثلاثة أنواع من المتغيرات لتشمل حالة التشغيل ، الخصائص الفيزيائية للنفط و الأنابيب الحاملة للنفط. وتم التحقق من أثر هذه المتغيرات بمقارنتها بالحالة التي تم تحديدها كحالة أساسية وفقا للاستخدامات في المعامل النفطية كما في شركة آرامكو السعودية. تستخدم الحالة الأساسية لنقل النفط والماء أنبوب أفقي قطره الداخلي 15.4 سم (6 بوصة). كما اُختير الخليط من الزيت العربي الخام الخفيف ذو معامل درجة كثافة 39 API ويحتوي على نسبة من الماء تقدر بـ 30٪. حيث أن كثافة الزيت تقدر بـ830 كجم/ م3 واللزوجة 2.0 ملي باسكال.ث. وتقدر كثافة الماء تقدر بـ998.2 كجم/ م3 واللزوجة 1.0 ملي باسكال.ث. كما حُددت سرعة الخليط عند مدخل الأنبوب بـ 1.0 م/ث كأقل سرعة لهذا النوع من السوائل تبعاً للمراجع الخاصة بآرامكو السعودية. المتغيرات المختلفة التي من خلالها تم التحقق من تغيرات أنماط الخليط تكون تبعاً للآتي: ظروف التشغيل و تشمل: سرعة الخليط الداخل (0.5, 1.0 و 2.0 م/ث) و نسبة الماء الداخل ( 20, 30 و 50 %). وكذلك الخواص الفيزيائية للنفط وتشمل: الكثافة ( 662, 830 و 998.2 كجم/ م3) و اللزوجة (2.0, 15.0 و 30.0 ملي باسكال.ث(. وأخيراُ هندسة الأنابيب وتشمل: مقاس القطر الداخلي ( 10.2, 15.4, 20.2 سم) , انحدار الأنابيب ليشمل:(أنبوب أفقي (0 درجة),أنبوب مائل إلى الأعلى ( 15 درجة), و إلى الأسفل (15 درجة). كذلك تمت دراسة تأثير نوعين من أجهزة الخلط (نوع A ونوع B) المثبتة داخل الأنابيب. تمت مقارنة نتائج هذا البحث مع الأعمال العملية السابقة المتواجدة للحالات المماثلة. بالرغم من ندرة الاعمال المماثل التي تهتم بتأثير كل عامل على حدة. ألا إن النتائج الحالية كانت مطابقة إلى حد كبيرا للأعمال العملية المتواجدة للحالات المماثلة حول ما تم التوصل إليه من نتائج متعلقة بأنماط الخليط وكمية الماء المتجمع في قاع الأنابيب. الدراسة الحالية بينت إن زيادة سرعات الخليط الداخل, زيادة لزوجة النفط وزيادة قطر الأنابيب يزيد منطقة التمازج بين الماء و النفط وتقليل إمكانية انفصال الماء وتجمعه في قاع الأنبوب. وتبين أيضا أن كلاَ من زيادة نسبة المياه الداخلة مع النفط وتدفق الخليط باتجاه ميلان الأنبوب للأعلى يزيد تراكم المياه في قاع الأنابيب. بينما تبين إن تدفق الخليط للأسفل باتجاه ميلان الأنبوب يقلص تكدس المياه في قاع الأنابيب. بين العمل الحالي شكل أنماط الخليط المختلفة والتي قد تحدد سلوكيات تدفق الخليط بناءَ على ظروف التشغيل و حالات التصاميم المختلفة والتي يمكن تلخيصها كالأتي: أنماط منفصلة, شبه منفصلة وشبه مختلطة, و أنماط ممزوجة. وبما إن انفصال المياه في قاع الأنابيب يكون مصدراً أساسيا لتآكل الأنابيب فيجب العمل على تخفيضها وعمل الاحتياطات الأزمة إثناء التصميم لاستيعاب جميع احتمالات التشغيل المختلفة التي قد تسبب انفصال الماء في الأنابيب. هناك مواد معروفة في الصناعة يمكن استخدامها لحماية الأنابيب ضد التآكل ولكن تحتاج البيئة (النمط) المناسبة للتمكن من حُسن فعاليتها. حيث اظهر استخدام أدوات الخلط الثابتة أنه من الممكن خلق بعض أنماط المزج التي يمكن الاستفادة منها كبيئة مناسبة لإضافة مواد حماية الأنابيب ضد التآكل و هذا ما قد يتطلب إجراء بعض التجارب في هذا المجال. أهمية البحث في عملية نقل الماء و الزيت الخام تهدف إلى السيطرة على انفصال الماء في الأنابيب و تخفيف تكلفة التآكل الناتج عن هذا الانفصال حيث يكلف التآكل الصناعة في المملكة العربية السعودية ما يقارب 1.4 مليار دولار سنوياً.