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

мывом более проницаемой обсыпки, заменой устаревшей конструкции фильтра на прогрессивную. Изменение дебита скважины после восстановления гидравлических свойств отдельных элементов системы меняет свой характер в начальный момент времени. После первичного возмущения пласта и при увеличении или уменьшении дебита меняются потери напора в каждом элементе системы, наблюдается колебательный процесс, после чего за счет саморегуляции параметры системы устанавливаются в соответствии с выражением (1.95) и учетом изменившихся гидравлических сопротивлений.

1.3. ФАЗОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОТОКА

Явления, связанные с движением жидкости, пока изучены крайне односторонне. Накоплен обширный практический материал, результаты обработки которого вылились в многочисленные эмпирические формулы с соответствующими коэффициентами, имеются наглядные фактические пособия, запечатлевшие развитие движения и его фазовые переходы. Однако не существует четкого представления о механизме возникновения движения, изменения его режимов, физическом смысле происходящих в жидкости явлений. В связи с этим существующие сложные аналитические решения и эмпирические формулы обычно справедливы лишь для узкой области формирования движения с соответствующими свойствами среды, характером возбуждения и не дают удовлетворительной сходимости при изменении характера и величины внешнего воздействия. Аналитические решения и эмпирические формулы, выведенные для ламинарного потока, не справедливы для пристенного слоя и турбулентного режима. И наоборот, решения, дающие удовлетворительную сходимость в турбулентном потоке, практически неприменимы для ламинарного режима и пристенной области.

В специальной технической литературе для описания свойств жидкости, характеризующих сцепление одного слоя относительно другого, используют большое число коэффициентов, аналогичных по физическому смыслу коэффициенту трения, а именно: динамическая вязкость, условная вязкость, турбулентная вязкость, статическое напряжение сдвига динамическое напряжение сдвига и др. Обилие коэффициентов свидетельствует о том, что пока их нельзя заменить одним параметром, который однозначно характеризовал бы трение относительно слоев жидкости для любых условий движения. Это объясняется тем, что исследователи в данной области изучали характер изменения сил сцепления в

жидкости как функцию температуры, химического состава и т.д., а не как функцию режимов движения потока.

Рассмотрим процесс формирования движения потока жидкости в трубе или капилляре по мере увеличения давления с учетом предложения, что с изменением режимов движения потока характер сцепления слоев жидкости относительно друг друга меняется.

При приложении к некоторому участку потока обычно малых давлений движения не наблюдается. Поэтому можно записать, что дивергенция скорости равна нулю

div V 0. (1.97)

При отсутствии движения под воздействием приложенного давления будет наблюдаться деформация слоев жидкости.

На рис 1.15, а представлена эпюра давления в поперечном сечении трубы или капилляра. Очевидно, что давление в поперечном сечении будет постоянно

dJ/dx = dJ/dy = 0. (1.98)

Сила, приложенная к некоторому элементарному объему в сечении трубы или капилляра и стремящаяся сдвинуть его относительно соседних

F = Jdxdy. (1.99)

Из выражения (1.99) следует, что сила, необходимая для сдвига любого элементарного объема жидкости относительно соседних, постоянна. Физический смысл этого явления становится понятен, если представить, что жидкость считается саморегулируемой системой. В поперечном сечении потока невозможно создание локальных участков, на упругую деформацию которых необходимо затратить большую энергию, чем соседних и наоборот. Характер распределения силы, необходимой для сдвига любого элементарного объема жидкости в поперечном сечении трубы или капилляра относительно соседних показан на рис. 1.15, б. Эта сила соответствует силе трения F Fтр.

Саморегулирование системы осуществляется за счет автоматического изменения деформации и трения между соседними элементарными объемами жидкости при приложении или изменении внешней нагрузки. С удалением от границ линейно увеличивается момент возмущения Мв, действующий на элементарный объем жидкости и стремящийся сдвинуть его в направлении приложения нагрузки. Такому сдвижению препятствуют силы трения элементарного объема относительно соседних или момент сил трения Мс. 72

Рис. 1.15. Эпюры распределения давления (а), сил трения (б), возмущающего момента Мв(в), момента сопротивления Мс(г); деформации для вязкопластичных (3) и упругих (е) свойств жидкости; вязкости ц для вязкопластичных (ж), упругих (з) и реальных (м) свойств жидкости в поперечном сечении трубы или

капилляра

Эпюра возмущающего момента представлена на рис. 1.15, в, а момента сил сопротивления на рис. 1.15, г. В случае преобладания упругих свойств жидкости деформация слоев жидкости относительно друг друга прямо пропорциональна величине внешних сил, или в данном случае возмущающему моменту. Характер деформации поперечного сечения потока показан на рис. 1.15, д. Если преобладают вязкопластичные свойства в жидкости, то величина деформации с некоторого момента растет быстрее, чем внешняя возмущающая нагрузка (рис. 1.15, е). Обычно на практике жидкость характеризуется упругими и вязкопластичными свойствами. Поэтому характер деформации поперечной поверхности поток z носит промежуточный характер между рис. 1.15, д и рис. 1.15, е.

Под вязкостью или трением жидкости следует понимать переходный коэффициент от приложенной нагрузки к вызываемой