Введение к работе
Акгуа....<юата работ». Все возрастаюцие требования к защите окружающей среды остро ставят перед предприятиями нефтяной промышленности республики проблему снижения до минимума числа аварий на нефтепроводах, при которых теряется огромное ксли"ество "черного золота". В результате, на поверхности земли образовались целые озера разлившегося после п*.. ывов трубопроводов сырья, называемого "амбарной нефтью". %сло таких озер, как показала аз-рокосмическая съемка, только на территории Маягышлакской области около 2000.Количество скопившейся "акбарной нефти" по скромным поде- «там составляет 1,5 млн.тонн. В пересчете на доллары - порядка 90 млн. Гибнут птнцы и животные, земля теряет сбои плодородные свойства, нанося тем самым огромнейший ущерб экологии области. И это, не говоря о прямых материальных затратах, связанных с ликвидацией аварий труб. Так,-например, на месторозедениях f/днгышлакской области за 1981 год произошло 689. порывов, а за 1982 год - 970, что привело к потере нефти в 1981 году в количестве 21 гыс.тонн. Затраты,на ремонт труб оцениваются в целом Золее 2 млн. рубле (1981г.)
Практика разработки нефтяных месторождений показала, что грубы расчиганные на 8-10 лет эксплуатация, лопаются буквально ^ерез 9-10 месяцев. Многолетние эксплуатационные наблюдения показали любопытное явление: 90 Z 'от общего числа порывов труб іроисходит по нижней части нефтепровода. Внешне такие порывы оставляют такое впечатление, что трубу разрезали вдоль по нижней збразующей трубы. Такое явление у нефтяников получило название "
ручейковый-эффэкт ".
Существенное снижение аварийности нефтепромыслового обору дования возможно только при условии гнания причин вызывающих та кую коррозию. Хотя на предприятиях объединения " Мангьшлакнефт " выполняются большие объемы противокоррозионных работ, однак проблемы обеспечения надежной работоспособности промысловог оборудования до сих пор не решена и причины, приводящие к "ру чейковому аффекту" не йены. Поэтому особую актуальность приобре тают выяснения механизма этого явления с тем, чтобы попытатьс рэгработать противоядие. В этой связи в настоящей работе сдела* попытка проанализировать гидродинамику коммуникационных линий h месторождениях Узеиь и Жетыбай с целью выявления характера тече ния жидкостей в них и на этой основе судить о формах воздейств» на процесе транспортировки нефти. В работе исследуется двюіет двухслойной стратифицированной кесмепивающейся жидкости ( нефі h воды ) в плоском и осесимметричном каналах, а также одела попытка изложить свои соображения по поводу причин износа ти бопроведа.
Работа состоит из 'четырех глаз, введения, заключения, спис ка используемой литературы и сопровождается иллюстрациями, гр< фиками и таблицами..
Б первой глаье дается подробное объяснение "'ручейковому эс фекту". Приведены фотографии, иллюстрирующий характер этого bkj износа нефтепровода. Отмечаются различные предположения, выск; занные по поводу механизма этого язления. Ввиду того, что рабо' посвящена гидродинамике двухслойной несмешивающейся жидкості дается краткий обзор работ, которые в той или иной мере блкзі - по своему содер:іанию геследуемому вопросу. В конце этой гла
формулируется постановка задач собственного исследования.
Описание физической модели движения жидкостей ( нефти и воды ) ' дано во второй главе. Здесь по показана схема движений двухслойных жидкостей а плоском и осесишетриччем каналах и изложена постановка краевой задачи.
В главе третьей описаны численные методы решения задач гидродинамики. Отмечены особенности двухслойного течения и способы применения их для течений в круглой трубе. Здесь подробно говориться о построении согласованней сетки, конечно-разностной схемы и изложен алгоритм решения.
Полученные результаты и их анализ приведены в последней rjKrv На основе аналитического решения изучено движение'двухслойной жидкости в плоском канале, установлено наличие трех режимов течения. Это позволило объяснить особенности двжения двухслойной жидкости в круглой трубе, показать, что "организатором" "ручейкового эффекта" является осесимметричность области движения. В конце главы выдвинуты ряд соображений относительно механизма эрозии нефтепроводов в виде "ручейкового эффекта".
В заключении сделаны выводы и даны рекомендации.
Целью работы является теоретическое исследование движения двухслойной стратифицированной несмешиващейся жидкости ( на примере нефти и воды ) с сильно отличающимися коэффициентами вязкости. На основании анализа и обобщения полученных решений попытаться дать физически правдоподобное объяснение везнккнове-низо "ручейкового эффекта"
Мэтоди исследования. В работе использовались общие полеже-ния теории обыкновенных дифференциальных уразненяй, уравнения Иавъе-Стокса, а также методы численного решены гидродинамики.
Научная нгшгапз.
1. Впервые рассмотрена задача о движении двухслойной жидкости
(нефть и вода. ) с сильно различающимися вязкостями в каналах.
2. Установлена.нетривиальна? картина течения стратифицированных
сред переменной вязкости.
3. Показано существование некоторой критической толщины движуще
гося слоя воды, при которой максимум скорости движения жидкос
ти попадает на границу раздела сред.
-
Установлено, что высота атол воды с возрастанием ее содержания в нефти быстро увеличивается. Затем темп роста [U замедляется и дальнейшее узеличение расхода воды в канале связано с быстрым повышением ее скорости вблизи нижней стенки.
-
Выявлено существование двух максимумов скорости течения жидкостей одновременно г круглой труое.
-
Установлено, что процесс проявления "ручзйкового аффекта" оп-рэделяется гидродинамикой течения е осесимметричном канале.
Практическая ценность. Результаты данной работы показали, что при течении двухслойной жидкости за счет расслоения и большой обводненности пласта возникают большие скорости воды. На основании полученных результатов удается объяснить "ручейковый эффект", что может подтолкнуть инженерную мысль к правильному решении проблемы защиты кефтепрсвода от преждевременного выхода из стооя.
АпгсроСация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались: на II-ой Республиканской научно-технической конференции "Научно-технический прогресс и. экология". Г.АК-га/,13У2г.27-29 мая; на конференции-конкурсе молодых учекых и cneinta/itcToo по математике и механике, г.Алмати, КазГНУ им.
Аьь-Фараби, 1993г.,25- 2Е> марта; на научной конференции "Механика и ее применение".г. Ташкент, ГашГУ, 1993г., 9-11 ноября; на научном семинаре кафедры механики сплошной среды КазГНУ под ру-ісоводством д.т.н. ,член-корр., проф. Ершина Ш.А. (1992,1993, 1994гг.); на научном семинаре лаборатории "Гидродинамики" ИПТМ НАН РК под руководством д.т.н., проф. Джаугаштина К.Е.(1993,1994гг.); на научном семинаре института математики и автоматики лаборатории гидроаэродинамики НАН Киргизкой Республики под руководством д.ф-м.н., чзен-корр., проф. Байбосунова И.Б. г.Бишкек,1994г.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 печатных ра-бот, которые приводятся в конце автореферата.
Объем работы. Диссертационная реСоге изложена на G5 страницах, содержит 14 иллюстраций, 4 фотографий и Z таблиц. Список литературы содержит 54 наименований.