Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Основы теории газожидкостного подъемника

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СМЕСЕЙ (Мищенко)

Подъем жидкости из скважины нефтяных месторождений практически всегда сопровождается выделением газа. Поэтому для понимания процессов подъема жидкости из скважины, умения проектировать установки для подъема и выбирать необходимое оборудование, надо знать законы движения газожидкостных смесей в трубах. Однако, движение газа и жидкостей в скважине происходит в более сложных условиях, чем в трубах, в которых соотношение массовых расходов жидкости и газа практически постоянно. При всех известных способах подъема продукции скважины на дневную поверхность приходится иметь, дело с газожидкостными смесями либо на всем пути от забоя до устья, либо на большей части этого пути. Из-за выделения из нефти газа все основные характеристики нефти и газа оказываются переменными по глубине скважины и во времени. Это приводит к усложнению законов движения газожидкостных смесей и они изучены хуже. Кроме выделения газа из нефти (разгазировании) происходят различные физические процессы в газожидкостных смесях, существенно влияющие на закономерности их движения.

Для полного описания газожидкостных смесей указания основных физических свойств любой среды — плотность, вязкость, сжимаемость, теплоемкость, теплопроводность и т.д. — явно недостаточно. Это связано с тем, что ГЖС, состоящая из несмешивающихся фаз, характеризуется целым рядом новых параметров, основными из которых являются: газовое число (газосодержание, газонасыщенность), относительная скорость, дисперсность, поверхностное натяжение на поверхности раздела фаз, прочность этой поверхности, устойчивость ГЖС и др.

Рассмотрим более подробно некоторые из этих параметров. Газовым числом G называется отношение объема свободного газа к объему жидкости в выделенном геометрическом объеме, при данных термобарических условиях и Т):

Заменяя объемы газа и жидкости через их объемные расходы (V и q), получим:

Из выражений (6.1) и (6.2) следует, что газовое число может изменяться в пределах от 0 до . Это делает неудобным использование данного параметра как при расчетах, так особенно при обработке результатов экспериментальных исследований. Более удобным является параметр, называемый газосодержанием (газонасыщенностью). Объемным газосодержанием (истинным — ) называется отношение объема газа Vг к общему объему смеси (Vг + Vж ) в выделенном геометрическом объеме приданных термобарических условиях (Р,Т):

(6.3.)

Если вместо объемов газа и жидкости Vж рассматриваются объемные расходы газа V и жидкости q, то используется параметр, называемый объемным расходным газосодержанием :

(6.4.)

Массовым расходным газосодержанием называется отношение расхода массы газа к расходу массы смеси при данных Р и Т:

. (6.5)

Истинное газосодержание может быть определено как отношение площади поперечного сечения трубы, занятой свободным газом , к площади живого сечения трубы :

(6.6)

Истинное газосодержание потока ГЖС учитывает скольжение газа.

Из определений (6.3), (6.4), (6.5) и (6.6) следует, что их изменение лежит в пределах от 0 до 1.

Взаимосвязь между газовым числом и газосодержанием следующая:

(6.7) (6.8)

От расходного и истинного (объемного) газосодержания зависит плотность смеси, понятие которой будет рассмотрено позже..

Дисперсностью газа в жидкости называется степень дробления газовой фазы, характеризующаяся размерами пузырьков газа, распределенных в объеме жидкости. Обычно дисперсностью характеризуются газожидкостные смеси только эмульсионной (пузырьковой) структуры (структуры движения ГЖС будут рассмотрены ниже). В зависимости от объемного соотношения газа и жидкости дисперсионной средой может являться жидкость (пузырьки газа распределены в объеме жидкости) и газ (капельки жидкости распределены в объеме газа). В первом случае дисперсной фазой является газ, во втором — жидкость. Необходимо отметить, что изменение условий движения ГЖС может привести к изменению дисперсности, в частности, газовых пузырьков. Возможны два случая изменения их дисперсности: укрупнение газовых пузырьков в результате их слияния — коалесценция и раздробление их на более мелкие — диспергирование. Таким образом, диспергирование — процесс, обратный коалесценции.

Процесс коалесценции и диспергирования характеризуется скоростью и зависит от газосодержания, неоднородности размеров включений газовой фазы, толщины и прочности (эластичности) пленки поверхности раздела фаз, поверхностного натяжения и др.

Поверхностное натяжение между фазами характеризует энергетические затраты на создание единицы длины границы раздела и на увеличение этой границы, т.е. на увеличение дисперсности газовой фазы. Изменения свойств поверхности раздела фаз можно достигнуть введением в смесь поверхностно-активных веществ. Так как в процессе движения ГЖС от забоя до устья скважины происходит изменение давления и температуры, выделение и расширение газа, то очевидно, что параметры ГЖС изменяются. Это обстоятельство чрезвычайно усложняет исследование закономерностей движения газожидкостных смесей. Наиболее сложными для исследования являются газожидкостные смеси, состоящие из газа, нефти и воды (случай эксплуатации обводненных скважин). Одной из важнейших отличительных характеристик ГЖС является относительная скорость движения газа в жидкости, которая

должна быть рассмотрена более подробно.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ГАЗА В ЖИДКОСТИ (Мищенко)

Процесс движения газожидкостной смеси в лифте связан не только с движением жидкой и газовой фаз относительно стенок канала (трубы), но и с движением газовой фазы относительно жидкой. Если обозначить истинную осредненную скорость движения жидкой фазы через , а истинную скорость осредненного движения пузырьков газа через , то относительная скорость а являющаяся результатом проявления силы Архимеда, определится следующим образом:

— для восходящего движения ГЖС

(6.9)

— для нисходящего движения ГЖС

(6.10)

Архимедова сила определяется объемом газового пузырька и разностью плотностей жидкости и газа. Относительная же скорость является функцией не только архимедовой силы, но и силы, с которой жидкость препятствует движению -силы сопротивления, зависящей от размера газового пузырька, вязкости жидкости, в которой происходит его движение, и физических свойств поверхности раздела.

 

ПЛОТНОСТЬ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ. (Щуров)

Через данное сечение трубы при движении по ней ГЖС проходит некоторое количество газа и жидкости. Можно представить, что все газовые пузырьки занимают в сечении трубы суммарную площадь fг, а жидкость — остающуюся площадь в том же сечении fж, так что

где f — площадь сечения трубы (рис. VII.8).

Плотность ГЖС в таком случае определится как средневзвешенная

(VII. 18)

где рж и рг — плотность жидкости и газа при термодинамических условиях сечения.

Обычно обозначают через ср. Тогда ,

(VII. 19)

Величина называется истинным газосодержанием потока.

Обозначим V — объемный расход газа через данное сечение; q — объемный расход жидкости через то же сечение; сг — линейная скорость движения газа относительно стенки трубы; сж — линейная скорость движения жидкости относительно стенки трубы.

Тогда можно записать следующие соотношения:

(VII. 20)

и

(VII. 21)

Сделаем некоторые преобразования подставим(VII. 20) и (VII. 21) в (VII. 18)

(VII. 22)

В восходящем потоке газ движется быстрее жидкости, т.к. на него действует архимедова сила выталкивания. Обозначим:

(VII. 23) (VII. 24)

Разделив числитель и знаменатель в (VII.22) на q и вводя новые обозначения согласно (VII.23) и (VII.24), получим

(VII. 25)

 

где г — газовый фактор, приведенный к термодинамическим условиям рассматриваемого сечения.

При сгж b = 1 и из (VII.25) следует

(VI 1.26)

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

Относительная скорость газа (по отношению к жидкости)

(VI 1.27)

или

(VI 1.28)

 

Подставляя (VII.28) в (VII.23), получим

(VI 1.29)

Поскольку а > 0, то b > 1. Увеличение скорости газа при неизменном объемном расходе V уменьшает fг и, следовательно, увеличивает fж. В результате плотность смеси, как это следует из (VII.18) и (VII.19), увеличивается. Таким образом, явление скольжения газа (а>0) при неизменных объемных расходах q и V приводит к утяжелению смеси по сравнению с идеальным случаем. Поэтому чем больше а, тем больше потребуется давление на забое для поднятия данного количества жидкости.

Плотность реальной смеси:

(VI 1.30)

где Δр — увеличение плотности смеси, обусловленное скольжением. Для определения Δр к (VII.25) прибавим и отнимем ри согласно (VII.26). После преобразований получим:

(VI 1.32)

 

При b = 1 (отсутствие скольжения газа сгж) числитель в (VI 1.32) превращается в ноль и Δρ = 0. Утяжеление ГЖС не происходит. С увеличением b (b >1) Δρ монотонно увеличивается (рис. VII.9).

Заштрихованная часть графика показывает увеличение плотности ГЖС за счет скольжения газа.

Из формулы (VII.29) видно, что при одной и той же относительной скорости газа (а = const) b уменьшается при увеличении сж, т. е. расхода жидкости. Отсюда следует важный для практики вывод — переход на трубы малого диаметра при определенных условиях за счет увеличения сж уменьшит величину b, а это в свою очередь повлечёт уменьшение Δρ. Поэтому подъем ГЖС может быть осуществлен при меньшем давлении в нижней части трубы (при меньшем забойном давлении). Однако целесообразность перехода на трубы меньшего диаметра должна быть проверена расчётом, так как при этом возрастут потери давления на трение.

В теории движения ГЖС существуют важные понятия, через которые определяется плотность смеси. Это расходное газосодержание и истинное газосодержание.

 

ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ПОДЪЕМА ЖИДКОСТИ (Щуров)

Основными показателями, характеризующими работу газожидкостных подъемников, можно считать:

1) производительность по жидкости}

2) расход рабочего газа (воздуха);

3) удельный расход газа (энергии);

4) коэффициент полезного действия.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Эксплуатация скважин глубинонасосными установками | Зависимость подачи жидкости от расхода газа
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 4665; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.053 сек.