днощів. І все-таки проблема розрахунку руху газорідинних сумішей остаточно не вирішена, оскільки в рівняннях залишаються два параметри, які не можна визначити теоретично: один з них характеризує втрати енергії на подолання маси стовпа суміші, інший - на тертя.
Для вирішення проблеми визначення втрат на тертя при русі по трубах однофазного потоку знадобилися праці сотень дослідників протягом ряду десятиліть. У результаті була отримана залежність коефіцієнта гідравлічного опору від числа Рейнольдса. Універсальна залежність для коефіцієнта, що характеризує гідравлічні втрати при русі газорідинної суміші, поки не знайдена. Те ж саме можна сказати про відносну швидкості газу в потоці суміші. Ця швидкість або визначається нею істинна газонасиченість залежить від швидкості руху суміші і властивостей газу і рідини, останні, в свою чергу, є функцією тиску і температури. Виведення рівнянь розрахунку коефіцієнта істинної газонасиченості ускладнюється процесами коалесценції і диспергування бульбашок газу при русі суміші. На ці процеси впливає вміст у рідини поверхнево-активних речовин, врахувати які дуже важко. Ці речовини також впливають і на умови переходу від однієї структури до іншої в процесі руху суміші, тобто на гідравлічні втрати.
Для визначення складових втрат тиску на подолання маси стовпа суміші і на тертя використовують емпіричні залежності, отримані при обробці даних промислових або лабораторних досліджень. У рівнянні руху газорідинної суміші нехтують втратами тиску на прискорення і втратами, що мають ще менше значення. Таке рівняння має вигляд
При розрахунку промислових газорідинних підйомників найбільш поширені в нашій країні методики А.П. Крилова - Г.С. Лутошкина, із зарубіжних: Поетмана і Карпентера, Данса і Роса, Оркішевского. Ці методики, на жаль, не універсальні, і тому при використанні будь-якої з них необхідно враховувати умови родовища, для чого зазвичай порівнюють розрахункові криві зміни тиску уздовж ліфта з фактичними, отриманими поінтервального вимірами тиску в експлуатуються свердловинах.
Мета розрахунку промислових газорідинних підйомників - вибір обладнання та встановлення режиму експлуатації свердловин при різних способах експлуатації. Необхідність розрахунку підтверджується даними аналізу залежності втрат тиску від діаметра, дебіту рідини і витрати газу. Перепишемо рівняння (VII.4) в безрозмірному вигляді:
У лівій частині цього рівняння наведені загальні втрати енергії, в правій - втрати енергії на подолання маси стовпа суміші і на тертя.
Розглянемо зміну загальних втрат енергії у функції витрати газу V при підйомі рідини із заданим дебітом q по трубах діаметром d (рис. VII.7). Збільшення витрати газу веде до зростання швидкості суміші, а отже, і втрат на тертя [dPтр /? Ж g dh] (див. Рис. VII.7, крива 1), а також до збільшення істинної газонасиченості суміші та зменшення її щільності, т.е. до зменшення першого доданка в правій частині рівняння (VII.5) (див. рис. VII.7, крива 2).
Якщо газонасиченість незначна, протягом суміші відбувається при бульбашкової структурі і невеликий відносної швидкості руху газу. У цьому випадку збільшення витрати газу призводить до значного зменшення щільності. З ростом газонасиченості відносна швидкість підвищується (пробкова, кільцева структури), тому зростання витрат газу впливає в меншій мірі на щільність суміші (крива 2 на рис. VII.7 виполажівается).
Залежність загальних витрат енергії від витрати газу отримаємо, складаючи криві 1 і 2. Результуюча крива 3 на рис. VII.7 має мінімум. При малій газонасиченості потоку внаслідок збільшення витрати газу перший доданок в правій частині рівняння (VII.5) зменшується швидше, ніж зростає другий; при значній газонасиченості, навпаки, зі зростанням витрат газу втрати на тертя ростуть інтенсивніше, ніж зменшуються втрати енергії на подолання маси стовпа суміші. У результаті сумарні втрати зростають.
Отже, можна підібрати такий витрата газу, який забезпечить підйом рідини із заданим дебітом через труби даного діаметра при мінімальних витратах енергії (тобто при мінімальному градієнті тиску). Це - головна умова вибору режиму роботи газорідинного підйомника, особливо при газліфтна способі експлуатації.
Розглянемо залежність загальних втрат енергії від діаметра підйомника при заданих витратах рідини і газу (рис. VII.8). Якщо діаметр підйомника невеликий, витрата енергії може бути високим внаслідок великих втрат на тертя. При постійному дебіте суміші втрати тиску на тертя наближено обернено пропорційні п'ятого ступеня діаметра підйомника. Тому зі збільшенням діаметра вони спочатку різко зменшуються, а потім темп їх зміни стає повільнішим (див. Рис. VII.8, крива 1). У цьому випадку зменшуються швидкість суміші і ступінь турбулізації потоку; дроблення бульбашок газу стає менш інтенсивним, і більші бульбашки спливають з ...
