Cтраница 4
Основные положения теории заключаются в следующем. Расчет проводится по уравнению баланса энергии, составленному для верхнего и нижнего концов колонны труб значительной длины. Температура принимается постоянной и равной средней температуре в колонне. Потери напора не разделяются на потери на преодоление трения и потери скольжения, так как энергия, требуемая для поддержания движения потока в вертикальном направлении, предполагается равной разности энергосодержаний входящего и выходящего потоков; кроме того, эта энергия предполагается не зависящей от относительного содержания жидкости и газа в пластовых условиях, оказывающего влияние на потери скольжения. [46]
Основные положения теории заключаются в следующем. Расчет проводится по уравнению баланса энергии, составленному для верхнего и нижнего концов колонны труб значительной длины. Температура принимается постоянной и равной средней температуре в колонне. Потери напора не разделяются на потери на преодоление трения и потери скольжения, так как энергия, требуемая для поддержания движения потока в вертикальном направлении, предполагается равной разности энергосодержаний входящего и выходящего потоков; кроме того, эта энергия предполагается не зависящей от относительного содержания жидкости и газа в пластовых условиях, оказывающего влияние на потери скольжения. [47]
При изотермическом изменении состояния идеального газа общее количество энергии PPCTqz p lpz или оно изменяется прямо пропорционально расходу газа. Это изменение на рис. 1.4 - 13 показано прямой. Кривая 3 на этом рисунке геометрически сходна с кривой зависимости 7Ж / ( 7г), В приведенной на рис. 1.4 - 11, так как полезная энергия Phhymqm. Кривая 2 построена исходя из качественных расчетов. При данной vr разность ординат линии / и кривой 2 представляет собой потери скорости на трение; разность ординат кривых 2 и 3 - потери скольжения, в то время как ордината криво и 3 соответствует потреблению полезной энергии. Из рис. 1.4 - 13 видно, что отношение потерь скольжения к общим затратам энергии является определяющим параметром при сравнительно низких газовых факторах, в то время как при сравнительно высоких газовых факторах преобладающими становятся потери напора на трение. [48]
Средняя плотность потока в вертикальной колонне труб превышает плотность, которая должна быть при отсутствии проскальзывания. Для иллюстрации этого факта предположим, что вертикальная колонна труб заполнена проницаемым, пористым веществом. Предположим также, что суммарный объем перового пространства в любой секции колонны равен примерно 2 / з общего объема этой трубной секции. Однако в этом случае эффективный газовый фактор становится равным бесконечности, так как из скважины добывается только газ без какого-либо дополнительного компонента. Если этот компонент ( вещество) не зафиксирован относительно стенок колонны, он начнет подниматься вверх со скоростью, равной скорости газа, и эффективный газовый фактор начнет уменьшаться. Потери скольжения возрастают до максимума при относительно низких скоростях газа в колоннах сравнительно большого диаметра. [49]
Двухфазный поток по вертикальной трубе характеризуется энергетическими потерями двух видов: потерями на трение и потерями при относительном скольжении фаз. Потери напора на трение при течении двухфазного потока сходны с аналогичными потерями при турбулентном течении однофазного потока. На распределение скоростей в поперечном сечении колонны труб, существенно влияющее на потери напора на трение, в свою очередь значительное влияние оказывает структура потока. При подъеме газонефтяной смеси коэффициент гидравлического сопротивления может изменяться весьма значительно вследствие постепенного возрастания относительного содержания газа в смеси, контактирующей со стенкой трубы, и постепенного увеличения скорости потока. Следовательно, даже расчет только потерь на трение о стенки трубопровода при течении двухфазного потока по вертикальным трубам значительно более сложен, чем при течении однофазного потока. Расчет потерь энергии потока при двухфазном течении еще более усложняется за счет скольжения фаз одна относительно другой. Потери скольжения объясняются главным образом резкой разницей плотностей жидкостей и газа. Пузырьки газа, входящие в колонну труб у башмачной трубы с некоторым жидкостным элементом, в дальнейшем отделяются от этого элемента, значительно опережая его. [50]