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