Поиск по этому блогу

вторник, 27 марта 2018 г.

Факторы, определяющие устойчивость потока ГЖС к структурообразованию. Уравнение баланса давлений в подъемнике и его использование при практических расчетах. Плотность  идеальной и реальной ГЖС. Явление скольжения газа

Устойчивость газожидкостного потока к структурообразованию определяется : динамическим напором, поверхностным натяжением на границе фаз, вязкостью и плотностью фаз, геометрий канала. Уравнение баланса давлений в подъемнике. Прямые и обратные задачи при практических расчетах. При проектировании установок для  подъема жидкости из скважин, когда по НКТ движется ГЖС, основным вопросом является определение потерь Р:

Р1—давление в нижней части трубы; Рс—давление,уравновешивающее гидростатическое давление столба ГЖС; Ртр — потери давления на преодоление сил трения при движении ГЖС; Рус— потери давления на создание ускорения потока ГЖС, так как его скорость при движении в сторону меньших давлений увеличивается из-за расширения газа; Р2— противодавление на верхнем конце трубы.

Уравнение справедливо для всех случаев: короткой и длинной трубы, вертикальной и наклонной и является основным при расчете потерь давления и их составлящих.

Прямые задачи: известно давление вверху Р2 и требуется определить давление внизу Р1или наоборот. При этом все другие условия (длина трубы, ее диаметр, расход поднима-

емой жидкости, свойства жидкости и газа) должны быть известны. Обратные задачи: определить расход поднимаемой жидкости qпри заданном перепаде давления Р1-Р2. определить необходимое количество газа Г0для подъема заданного количества жидкости qпри заданном перепаде давления Р1-Р2.  Во всех случаях необходимо знать слагаемые, входящие в уравнение баланса давления.

Решение задач сводится к расчету потерь давления на участках подъемника при заданных параметрах движения (q, d, Г, ρ) и последующем их суммировании. Чем больше n, тем точнее будет такое решение, при n=10-15 достигается достаточная точность.

Если известно давление вверху Р2

Если известно давление внизу Р1

Плотность идеальной и реальной ГЖС. Расходное и истинное газосодержание. Положение кривых ϕ (β) для реальной и идеальной ГЖС. Плотность  ГЖС определится как средневзвешенная

Истинное газосодержание;


          

Обозначим V— объемный расход газа; q— объемный расход жидкости; Сг— линейная скорость движения газа относительно стенки трубы; Сж — линейная скорость движения жидкости относительно стенки трубы.

Тогда можно записать следующие соотношения  

;     ;         

После подставления в формулу средневзвешенной плотности ГЖС, выполняя сокращения, получим(f)

В восходящем потоке газ движется быстрее жидкости, так как на него действует архимедова сила  выталкивания, обозначим

        r- газовый фактор, приведенный к условиям рассматриваемого сечения. Разделив числитель и знаменатель  на qи вводя новые обозначения, получим

При        

Этот случай соответствует идеальным условиям,  при которых образуется идеальная смесь плотностью ρи.

Плотность реальной смеси

Δρ - увеличение плотности смеси, обусловленное скольжением. Заштрихованная часть графика показывает увеличение плотности ГЖС за счет скольжения газа. При одной и той же относительной скорости газа (а = const) bуменьшается при увеличении расхода жидкости. Вывод — переход на трубы малого диаметра при определенных условиях за счет увеличения Сж уменьшит величину b, а это в свою очередь повлечет уменьшение Поэтому подъем ГЖС может быть осуществлен при меньшем забойном давлении.

Расходное  и истинное газосодержание.  Плотность идеальной смеси определяется расходным газосодержанием β, а плотность реальной смеси—истинным φ

.    

Расходное газосодержание потока ГЖС определяется как отношение объемного расхода газа V к общему расходу смеси V+q:

Истинное газосодержание потока ГЖС учитывает скольжение газа и поэтому является отношением площади, занятой газом fг, ко всему сечению трубы f  .

При движении ГЖС возможны два предельных случая

1. по трубе движется одна жидкость fг=0, следовательно, φ=fг/f =0.

2.по трубе движется один газ fж=0, β=0. Физически возможные пределы изменения φ и β 0<φ<1       0<β<1

При отсутствии скольжения газа  относительная его скорость равна нулю (а=0), следовательно, Сг<Сж,  b=1 и  φ= β. Чем больше скольжение, т.е. чем больше а, тем ниже пройдет линия φ(β).φ(β) для идеального подъемника будет являться прямой в виде диагонали квадрата (линия 1). Во всех других случаях при b>1. т.е. при а>0 (Сг> Сж), получим φ<β  (линия 2)

Относительная скорость газа и её оценка. Явление скольжения газа

Относительная скорость газа (по отношению к жидкости) или

поэтому.

Увеличение скорости газа при неизменном объемном расходе Vуменьшает fг и, следовательно, увеличивает fж. В результате плотность смеси увеличивается. Явление скольжения газа (а>0) при неизменных объемных расходах quV приводит к утяжелению смеси по сравнению с идеальным случаем. Чем больше а, тем больше потребуется давление на забое для поднятия данного количества жидкости.

Относительная скорость газа а зависит от:

-дисперсности газовых пузырьков и  структуры движения ГЖС,

-вязкости жидкой фазы,

-разности плотностей газа и жидкости, от которой зависит подъемная сила,

-диаметра трубы,

-газонасыщенности потока ГЖС.

Оценка относительной скорости газа

Проводится экспериментально и составляет основной предмет исследований. Рекомендуется принять   φ= 0,833β во всем диапазоне значений β, представляющем практический интерес. Величина β всегда известна, так как расходами V и qлибо задаются, либо вычисляют для заданных термодинамических условий.

Комментариев нет:

Отправить комментарий