Cтраница 1
Изучение движения смеси представляет собой трудную задачу не только потому, что с уменьшением давления происходит расширение газа, а следовательно, и изменение истинной и расходной газонасыщенности, но и потому, что в нефтяных скважинах снижение давления сопровождается выделением газа. Изменение давления и температуры по стволу скважины сопровождается изменением физико-химических свойств жидкости и газа. Одновременно происходит изменение структуры смеси. Немаловажное влияние оказывает и вода, которая, как правило, поступает к забою скважины вместе с нефтью. Глобулы воды движутся с относительной скоростью не только по отношению к газу, но и по отношению к нефти, так как плотность воды больше. [1]
При изучении движения смеси многие исследователи используют всевозможные критерии подобия, которые являются величинами безразмерными. [2]
При изучении движения смеси газов в пограничном слое необходимо установить поля продольной и и поперечной и составляющих скорости, температуры смеси Т и концентрации г - го газа в смеси. Для этого пользуются уравнениями, выражающими законы: сохранения массы смеси, сохранения импульса t - го газа в смеси, сохранения импульса смеси и сохранения энергии. [3]
На основании большого экспериментального материала [9, 10] по изучению движения воздушно-водяных смесей было установлено, что при Frc. [4]
Необходимо отметить, что в сравнении с количеством экспериментальных исследований движения газожидкостных смесей по вертикальным трубам число подобных работ по изучению движения смесей по кольцевым пространствам мало. Проверка результатов имеющихся разработок на основе промысловой практики фактически не производилась. [5]
Сравнивая (2.23) с (2.16), можно видеть, что последняя является уточнением эмпирической зависимости, данной А.П. Крыловым для определения истинной газонасыщенности. Обобщение и уточнение сделано на основе экспериментов по изучению движения смесей воздуха с жидкостями, отличающимися от воды по физическим свойствам. [6]
Однако практическое решение вопроса может быть достигнуто путем экспериментального изучения процесса при соответствующей обработке полученных данных. С этой целью в Государственном исследовательском нефтяном институте в Москве ( 1934 г.) А. П. Крыловым были поставлены специальные эксперименты по изучению движения смеси в вертикальных трубах с раздельным определением удельного веса смеси и напора, затрачиваемого на преодоление трения. [7]
Таким образом, основные требования, предъявляемые к установке, вытекают из предыдущего, а именно: должно быть приспособление для замера давления вверху и внизу лифта и давления, обусловленного весом оставшегося после перекрытия верхнего и нижнего кранов столба жидкости, и приспособление для создания противодавления на выкиде подъемника, а также должна быть обеспечена постоянная подача жидкости и газа для данного режима работы подъемника при различных противодавлениях на выкиде лифта. По первоначальному замыслу эксперименты должны были быть произведены с различными по физическим свойствам жидкостями. Однако был завершен только первый этап экспериментов по изучению движения смеси воды и воздуха. [8]
При лабораторных исследованиях применяются, в основном, вода, глицерин и минеральные масла с добавкой поверхностно-активных веществ и без. Это позволяет изменять такие параметры, как вязкость жидкости и поверхностное натяжение. Незначительное количество опытов проведено при высоких давлениях [37, 188], что дает возможность учесть, в некоторой степени, влияние плотности газовой фазы. В качестве газа используется воздух. Опыты проводятся при относительно низкой температуре, без массообмена. Результаты изучения движения водовоз-душных смесей с добавлением поверхностно-автивных веществ [85, 92, 140, 171] показали, что снижение поверхностного натяжения способствует уменьшению относительной скорости фаз, хотя с увеличением диаметра трубы и газосодержания этот эффект уменьшается. В то же время, многочисленными исследованиями [32, 68, 116] установлено, что поверхностно-активные вещества изменяют не только межфазное натяжение, но и механические свойства границы раздела фаз. Характер изменения зависит от природа веществ. Так пенообразующие ПАВ придают межфазной поверхности эластичность и механическую прочность, способствуя сохранению пузырьковой структуры потока до газосодержаний, близких к единице. [9]
На сегодняшний день предложено много зависимостей, описывающих движение смеси по вертикальным трубам. Одни авторы при составлении уравнения типа ( 169) исходили из энергетического баланса, другие - из баланса давления, третьи сочетали уравнение энергетического баланса с уравнением баланса давления. Указанные типы уравнений могут быть получены либо аналитически, либо по результатам экспериментальных исследований, либо могут носить полуэмпирический характер. Многолетняя практика показала, что такой подход к составлению уравнения движения смеси наиболее оправдан. Здесь мы не можем рассмотреть все работы, посвященные изучению движения смесей, поэтому ограничимся теми, которые нашли наибольшее употребление. [10]