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

vв/ V = р < 1/1,2 = 0,83. (1.108)

Если на забое c = 0,83, то в остальных сечениях канала < 0,83, и условие (1.108) выполнено.

На практике площадь поперечного сечения кольцевого канала F часто изменяется с глубиной. Это связано с применением различных по диаметру долот, бурильных и утяжеленных бурильных труб и т.п. С изменением F будет изменяться и V, поэтому неравенство (1.108) необходимо проверять в нижних сечениях участков кольцевого пространства с постоянным F. Если неравенство (1.108) выполняется везде, значит, заданный массовый расход газа достаточен для выноса частиц диаметром dш. В противном случае необходимо найти сечение, в котором V максимально, и увеличивать расход до тех пор, пока не выполнится условие (1.108) в этом сечении. При вычислении V надо пользоваться формулами (1.107) и

(1.82).

Таким образом, для нахождения необходимого массового расхода следует решить уравнение

f (m) = V(m) - 0,83 = 0. (1.109)

Уравнение (1.109) можно решать методом хорд. Для этого выбирают расходы m1 и m2 такими, чтобы выполнялись неравенства /(m1) < 0, /(m2) > 0, и вычисляют m по формуле

m = m1 - (m2 - m1)f (m1) .(1.110)

f(m2)- f(m1)

Если при этом I(m) = 0 или немного меньше, то m - искомый расход. В противном случае расчет по формуле (1 .11 0) следует повторить. В качестве новых расходов m1 и m2 надо взять расход m и тот из расходов m,(/ = 1, 2), с которым /(m)/(m,) < 0.

После определения расхода m последовательно вычисляют давления на забое по формуле (1.82), над долотом по формулам (1.100) и (1.101), на устье по формулам (1.85) и (1.86), потери давления в замках бурильных труб по формуле (1.103). Суммируя потери давления в замках и давление на устье, по формуле (1.89) определяют давление в конце обвязки, которое равно давлению на выкиде компрессора.

1.4. УСТАНОВИВШЕЕСЯ ТЕЧЕНИЕ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ В СКВАЖИНЕ

Промывка скважин часто осуществляется буровыми растворами, содержащими газ. Цементирование также может проводиться газированными тампонажными жидкостями.

Газожидкостные среды обладают большой сжимаемостью, обусловленной присутствием в них газа, который может поступать в буровой раствор естественным путем, например при разбуривании газоносных пластов, или вводиться в жидкость искусственно (например, при промывке скважин аэрированной жидкостью). Знание распределения давления по глубине скважины при циркуляции газожидкостных смесей позволяет правильно судить о перепаде давлений между скважиной и пластами. Своевременное регулирование перепада дает возможность во многих случаях избежать осложнений (поглощений, газопроявлений и т.д.).

Совместное течение газа и жидкости может происходить при различной структуре потока, определяемой в основном формой и взаимным расположением фаз в потоке.

При течении газожидкостных смесей в вертикальных трубах и кольцевых каналах условно различают основные четыре структуры потоков (рис. 1.11): пузырьковую, характеризующуюся почти равномерным распределением пузырьков газа в жидкости; пробковую, или снарядную, характеризующуюся чередованием в потоке газовых и жидкостных п робок, при этом размеры газовых пробок становятся соизмеримыми диаметру канала; кольцевую, или пленочную, при которой происходит близкое к разделенному течение газа (в центре канала) и основной массы жидкости в виде пленки на стенках канала; дисперсную, характеризующуюся равномерным распределением капелек жидкости в газе.

Структура газожидкостного потока прежде всего зависит

Рис. 1.11. Структуры вертикальных газожидкостных потоков

от физических свойств газа и жидкости, объемного содержания газа и скоростей течения обеих фаз. При подъеме смеси в скважине по мере снижения давления на разных интервалах глубины могут существовать различные структуры потока (см. рис. 1.11). В основном в практике бурения встречаются две первые структуры потока, при которых поток может двигаться при ламинарном или турбулентном режиме. Последний наиболее распространен, поскольку наличие относительного перемещения (проскальзывания) фаз из-за их различной плотности (например, в воздуховодяных потоках) способствует перемешиванию, т.е. турбулизации, течения.

Относительная скорость между газом и жидкостью снижается в смесях, обладающих неньютоновскими свойствами.

В воздуховодяных потоках скорость проскальзывания можно уменьшить до нуля, добавляя структурообразователи: глину, поверхностно-активные вещества и т.п. При этом течение воздуховодяной смеси успокаивается и может установиться ламинарный режим, который быстрее достигается, если придать воздуховодяной смеси неньютоновские свойства. В частности, в потоке пены перемещение пузырьков газа ограничивается слоями (пленками) жидкости повышенной прочности.

Уравнения течения газожидкостных смесей

При установившемся ламинарном или турбулентном течении и отсутствии фазовых переходов система уравнений при условии, что первая фаза - газ, а вторая - несжимаемая жидкость, примет вид: уравнения движения

фр1 + (1 - ф) р2

фр1V2 + (1 - ф) р2V22

dv1 dv2

фр1V + (1 - ф)р2V2

dz dz

(1.111)

(знак плюс берется для восходящего потока и минус - для нисходящего, при этом ось z совпадает с направлением сил1 тяжести);

уравнения сплошности

Fфр1v1 = Q1р1 = m1 = const; (1.112)

F(1 - ф)р2v2 = Q2р2 = m2 = const; (1.113)