Математическое моделирование процессов при транспорте и хранении нефти и газа

Цели и объекты математического моделирования при транспорте и хранении нефти и газа

Математические модели могут быть:

• Линейные.
• Непрерывные.
• Нелинейные.
• Дискретные.
• Сосредоточенные.
• Динамические.
• Распределенные.
• Статические.
• Стохастические.
• Детерминированные.

Математическое моделирование применяется в нефтегазовой отрасли во всех технологических процессах, в том числе и в транспортировке и хранении углеводородов. Целями математического моделирования в этих процессах могут быть следующие:

1. Прогнозирование поведения системы при заданных условиях (например, какова будет производительность нефтепровода в условиях горного ландшафта).
2. Интерпретация поведения объекта моделирования в той или иной ситуации (это осуществляется на основе прошлого опыта моделирования похожих объектов, в одинаковых условиях, например, сравнение устойчивости резервуаров на разных участках одного месторождения).
3. Совершенствование существующей модели объекта или процесса.
4. Расчет основных параметров транспорта нефти или газа, а также расчет параметров его элементов (например, перекачивающая станция).
5. Оценка эффективности работы объектов транспорта и хранения углеводородов (сопоставление полученных данных с требуемыми в проекте).
6. Оптимизация объекта или процесса (после получения модели и результатов ее исследования, может возникнуть необходимость в внедрении новых элементов или изменения их параметров, что будет более экономически эффективнее).
7. Разработка алгоритмов управления и контроля процессами транспортировки и хранения углеводородов.

Математическое моделирование является важным мероприятием в области транспортировки и хранения углеводородов, способствующая улучшению технико-экономических показателей данных технологических процессов.

Пример моделирования в процессе хранения углеводородов

В качестве примера математического моделирования хранения углеводородов, рассмотрим моделирование процесса заполнения резервуаров.

Рассмотрим пример, где резервуар заданного объема (V) заполняется нефтью определенной плотности (p), а также динамическим коэффициентом вязкости (u) до высотной отметки H. Для начал нам необходимо определить время заполнения резервуара (t) через горловину диаметром d c расходом нефтепродуктов (Q). Размеры резервуара в этом случае задаются линейными d и отношениями к нему остальных линейных размеров. Допустим, что данный процесс моделируется с использованием емкости с размерами в n меньше, чем в реальности. Используя критерии подобия, зададим условия организации эксперимента на модели. и дадим формулы пересчета испытаний. Зависимость t тогда можно записать в следующем виде:

Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Выбираем в качестве параметров с независимым размерностями величины d и g в результате получаем:

Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Теперь приступаем к рассмотрению критериев подобия. Первый из них определяет геометрическое подобие натурного и модельного резервуара и сливной горловины:

Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Отсюда получается, что уровень налива в модельном резервуаре должен быть равным:

Рисунок 4. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Следующий критерии определяет связь модельного и натурного объемов жидкости в емкости:

Рисунок 5. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Следующее подобие позволяет определить вязкость нефть, которую используют в эксперименте:

Рисунок 6. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При выполнении условия, что gi = g, получается

Рисунок 7. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При соблюдении всех критериев подобия пересчет модельных результатов на натуральные делается по формуле:

Рисунок 8. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

где, t – время заполнения модельного резервуара.

Становится понятно, что выполнить требования из критериев подобия возможно, следовательно, для поставленной задачи математическое моделирование с полным подобием явлений в натуре и на модели становится возможным.

Таким образом, представленный метод позволяет не только значительно упростить решение задачи, но узнать время, за которое заполнится резервуар на примере математической модели, а также качественно организовать работу нефтебаз на предприятиях. Используя материалы моделирования, предоставляется возможность в создании таблицы, которая связана со временем заполнения определенного типа и вида резервуара жидкостью с заданными вязкостью и плотностью.