Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 [ 89 ] 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270

=VT- (6-4)

Массовым расходным газосодержанием называется отношение расхода массы газа к расходу массы смеси при данных РиТ:

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

4=7. (6.6)

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

Взаимосвязь между газовым числом и газосодержанием следующая:

р~, (6.7)

+ G. (6.8)

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-коалесцен-ция 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.

6.2. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ГАЗА В ЖИДКОСТИ

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 ь, а истинную скорость осредненного движения пузырьков газа через ь, то относительная скорость ц,,, являющаяся результатом проявления силы Архимеда, определится следующим образом:

- для восходящего движения ГЖС

"„ = ч-"ж; (6-9)

- для нисходящего движения ГЖС

Ч, = "ж-Ч- (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.

6.2.1. ДВИЖЕНИЕ ОДИНОЧНОГО ГАЗОВОГО ПУЗЫРЬКА

Вопрос движения шарообразных тел в жидкости изучался многими исследователями. В частности, скорость движения одиночного круглого твердого тела в жидкости при малых числах Рейнольдса определяется формулой Стокса. Эта же формула может быть применена для определения скорости всплывания газового пузырька малого размера в неподвижной жидкости - п

где g - ускорение силы тяжести, м/с;

Л,, - радиус газового пузырька (Л<0,05 см), м;

Рж Рг - соответственно плотность жидкости и газа, кг/м;

ц, - динамическая вязкость жидкости, Пас.

Скорость всплывания газового пузырька в неподвижной жидкости для больших чисел Рейнольдса может быть определена по формуле В.Г. Левича

Специально поставленные опыты показали, что присутствие в жидкости малых количеств поверхностно-активных веществ существенно снижает скорость всплывания газового пузырька. В этом случае скорость всплывания газового пузырька зависит от толщины диффузионного слоя поверхности раздела фаз, коэффициента диффузии ПАВ, его количества на поверхности пузырька и концентрации в жидкости вблизи пузырька

Для определения скорости всплывания газового пузырька в присутствии ПАВ на основании формулы В.Г. Левича можно записать следующую формулу:

2(Рж-Рг)о2

""-з1:-"(2.жз,..зу.) (6-13)

где - вязкость газа. Пас;

Y,-количественная характеристика тормозящего действия ПАВ.