Viscoplastic oil’s shear pressure calculation in a profiled pipeline

Abstract

Пуск трубопровода после временной остановки может быть сопряжен со значительными трудностями, особенно в случае перекачки неньютоновских нефтей со сложной реологией. Это обусловлено тем, что в процессе остывания нефти (во время остановки) давление страгивания, определяемое через касательное напряжение сдвига, может превысить допустимые значения давления на линейной части трубопровода и/или допустимый напор на выходе нефтеперекачивающей станции. Как правило, при оценке распределения температуры нефти вдоль оси трубопровода пренебрегают изменением температуры в радиальном направлении. При этом учет данного параметра должен повысить точность определения касательного напряжения сдвига, давления страгивания и времени безопасной остановки трубопровода. В настоящей статье для описания начального этапа запуска остановленного «горячего» трубопровода используется гидравлическая постановка и частное решение базовой системы уравнений в виде бегущей волны одного направления. Постановка задачи включает учет радиального распределения температуры, неньютоновской реологии нефти и кинетики переходного процесса ее структурирования. В отличие от квазистатического давления сдвига, отождествляемого с минимальным давлением запуска остановленного «горячего» трубопровода, предлагается рассматривать давление в начальном сечении бегущей волны одного направления. Pipeline start after shut-off can be connected with essential difficulties, especially in case of pumping non-Newtonian oils with complicated rheology. This is caused by the fact that during oil cooling (during shut-off) the starting pressure defined through shear stress can exceed allowable pressure values in the pipeline linear portion and/or allowable head at the oil transfer pumping station outlet. Normally, when evaluating oil temperature distribution over the pipeline axis, temperature variation in radial direction is neglected, and average oil temperature in each route point is used. At that consideration of this parameter shall increase the definition accuracy for the shear stress, starting pressure and time of pipeline safety shut-off. In this paper hydraulic statement and partial solution of the base system of equations in the form of a single-direction running wave are used for description of the initial stage of shutdown “hot” pipeline start. The problem statement incorporates consideration of temperature radial distribution, non-Newtonian oil rheology and its structuring transient kinetics. In comparison with a quasi-static shear pressure, which is identified with the minimum pressure of shutdown “hot” pipeline start, it is offered to consider the pressure in the initial section of the single-direction running wave.