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

Вследствие такого большого количества факторов, влияюших на процесс всплытия одиночного газового пузырька, очевидна вся сложность изучаемого явления. Еще большую сложность представляет случай определения относительной скорости движения большого количества пузырьков (стесненные условия). Взаимодействие между всплывающими пузырьками приводит к их деформации и нарушению законов всплывания. Таким образом, изучение относительной скорости движения даже одиночного газового пузырька в жидкости представляет чрезвычайно сложную задачу.

В общем случае движение газожидкостной смеси связано с относительным движением в жидкости газовых пузырьков различных размеров. Поэтому в данном случае под относительной скоростью нужно понимать относительную скорость движения отдельньк пузырьков различных размеров, либо осредненную относительную скорость газовой фазы. Практически не представляется возможным оперировать с относительными скоростями газовых пузырьков различных размеров, поэтому для расчетов необходимо найти принцип осреднения относительной скорости.

В дальнейшем будет показано влияние относительной скорости на плотность газожидкостной смеси, являющейся определяющим параметром процесса лифтирования. Таким образом, осреднение относительной скорости газа можно произвести на основании равенства плотности газожидкостной смеси в реальном процессе ее движения и в расчетной схеме. Относительная скорость движения газа связана и со структурой движения газожидкостной смеси.

Относительная скорость зависит от физических свойств жидкости и газа, условий стесненного движения газовых пузырьков, их деформации и возможности коалесценции или диспергирования, а также от угла наклона подъемника.

Экспериментальному исследованию предельной скорости вертикального подъема газовых пузырьков ц в функции физических свойств жидкости и газа посвящены многочисленные работы, которые могут быть классифицированы с использованием следующих безразмерных критериев:

- критерий Рейнольдса газового пузырька Re„

Re -2Кр»Ц~

- комплексный критерий Gj

- безразмерный критерий

- критерий Вебера We

2J?.,uip,

- критерий Фруда Fr,

(6.15) (6.16) (6.17) (6.18)

где Л„ - радиус газового пузырька, м;

о - поверхностное натяжение системы «жидкость-газ», Н/м.

Основные расчетные зависимости и область их применения с использованием вышеприведенных критериев представлены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Основные расчетные зависимости и область их применения при движении одиночных газовых пузырьков

к настоящему времени наиболее изученными являются вопросы движения ГЖС в вертикальных каналах круглого сечения при эмульсионной структуре потока. Движение же газовых пузырьков в стесненных условиях при значительном изменении физических свойств фаз не только в каналах кольцевого сечения, но также и в каналах круглого сечения остаются изученными недостаточно, хотя в практике эксплуатации добывающих скважин движение ГЖС осуществляется и в каналах кольцевого сечения. Кроме того, практически неизученными остаются и вопросы движения ГЖС в наклонных каналах различных форм сечения.

В 70-е годы на кафедре разработки и эксплуатации нефтяных месторождений МИНХ и ГП им. И.М. Губкина был выполнен боль-щой цикл экспериментальных исследований по данной проблеме с целью оценки влияния на относительную скорость движения газовых пузырьков расходов жидкости и газа, условий стесненного движения газовых пузырьков, поверхностного натяжения и конфигурации вертикальных каналов (круглая труба, кольцо, серповидный канал). Кроме того, изучалось влияние указанных параметров на относительную скорость движения газовых пузырьков на режиме нулевой подачи жидкой фазы (движение газовых пузырьков в неподвижной жидкости), что является практически важным для исследования работы не только затрубного пространства добывающих скважин, но также и работы газлифтных подъемников в процессе их пуска в работу. Рещались и другие задачи, связанные с образованием газовых пузырьков в различных диспергирующих устройствах, а также изучалось влияние угла наклона подъемника на относительную скорость газовой фазы. В качестве жидкой фазы использовалась вода с добавками различных количеств изопропилового спирта, что позволило изменять поверхностное натяжение в системе «раствор изопропилового спирта - воздух» от 72 до 45 мН/м. Исследования проведены на экспериментальной установке, принципиально не отличающейся от подобных установок. Обработка фотографий газожидкостных смесей позволила построить кривые распределения количества газовых пузырьков по диаметру, которые подчиняются нормальному закону распределения. При этом диаметры газовых пузырьков изменялись от 0,1 до 0,6 мм (рис. 6.1.). Средний диаметр, соответствующий максимуму кривой распределения, составил 0,34 мм. Эти размеры газовых пузырьков достаточно хорошо согласуются с та-