Исследование двухфазного потока в наклонных трубах

Исследована газожидкостная течение в наклонных трубах с целью определения влияния угла наклона трубы на удержание жидкости и падение давления. Разработаны корреляции для удержания жидкости и фактора трения для предсказания градиентов давления при двухфазном потоке в трубах при любых углах и для многих режимов течения. Прогнозирование падения давления и удержания жидкости при газожидкостном двухфазном потоке в трубах представляет особый интерес для нефтяной, химической и атомной промышленности. В атомной промышленности двухфазный поток встречается в оборудовании охлаждения реакторов, и удержание жидкости существенно влияет на теплообмен. Двухфазный поток часто возникает в химической переработке, и проектирование аппаратов и трубопроводных систем требует знания падения давления, удержания жидкости и зачастую закономерности потока. В нефтяной отрасли двухфазный поток встречается в трубопроводах и в нефтяных и газовых скважинах. Более половины природного газа, собираемого в США, транспортируется по двухфазным линиям. Большинство газовых скважин дают некоторую жидкость, а большинство нефтяных — некоторый газ. По мере истощения энергии резервуара многие скважины оснащают искусственным подъемом, например газлифтами; для проектирования таких систем требуется метод прогнозирования градиентов давления при двухфазном потоке. Хотя за последние 25 лет проведены обширные исследования двухфазного потока, большая их часть сосредоточена на горизонтальном или вертикальном течении. Существуют хорошие корреляции для прогнозирования падения давления и удержания жидкости в горизонтальном или вертикальном потоке, но при применении к наклонному потоку они оказываются недостаточно точными. Многие сборные линии и магистральные трубопроводы проходят через холмистую местность. Для однофазного потока это не создает проблемы, поскольку потенциальная энергия, затраченная при подъеме, восстанавливается в нисходящем участке. Для двухфазного потока этого не происходит, так как удержание жидкости и, следовательно, плотность смеси обычно значительно ниже в нисходящем потоке; по этой причине восстановлением давления в нисходящих участках при проектировании двухфазных трубопроводов обычно пренебрегают. Число направленных или наклонных скважин растет по мере освоения ранее не исследованных областей. При шельфовом бурении с экономических соображений обычно бурят несколько направленных скважин с одной платформы; отклонения от вертикали в 35°–45° являются обычными. В районах вечной мерзлоты Аляски и Канады стоимость фундамента буровых установок и сложности с транспортировкой требуют направленного бурения нескольких скважин с одной точки. Существующие корреляции для вертикального потока часто не предсказывают градиенты давления в таких скважинах в приемлемых пределах. Сборные линии с шельфовых скважин обычно прокладывают по дну моря, которое поднимается к берегу. Компонента градиента давления из-за перепада высот в трубопроводе с небольшим подъемом от горизонтали может быть значительно больше, чем фрикционный градиент; поэтому для прогнозирования падения давления необходимо точно предсказать удержание жидкости. Умение предсказывать удержание жидкости также важно для проектирования полевых аппаратов, таких как газожидкостные сепараторы.