Annular flow
Следующий режим течения хорошо изложен в статье «Modeling annular flow behavior for Gas Well» (1991) I.N.Alves, SPE 20384-PA.
При одновременном течении газа и жидкости в трубах формируются разнообразные типы течений, которые различаются пространственным распределением поверхности газожидкостного контакта. Тип течения зависит от скорости течения газа и жидкости, физических свойств фаз и геометрии трубопровода (угла наклона, диаметра).
Для восходящего вертикального потока выделяют четыре режима течения,
- bubble — пузырьковый
- slug — пробковый
- churn — эмульсионный
- annular — кольцевой
Кольцевой режим возникает при очень высоких дебитах газа и малых-средних дебитах жидкой фазы. Жидкость движется в виде пленки по стенкам трубы, окружая высокоскоростное газовое ядро, которое также может содержать увлекаемое потоком газа капли жидкости. Поверхность контакта между газом и жидкой пленкой очень рифленое. Через эту поверхность происходит процесс и распыления и обратного осаждения капель жидкости.
В предлагаемой модели предполагается, что пленка имеет постоянную толщину
и не имеет в составе газовой фазы. Ядро рассматривается как однородное, не имеющее различие в скорости движения капель жидкости и газовой фазы. Предложенные упрощения позволяют использовать модель Dukler-Taitel для слоистого течения, в которой нет составляющей трения газ-труба.
![]()
Геометрические соотношения
![]()
![]()
![]()
![]()
Гидравлические диаметры для жидкостной пленки и газового ядра,
![]()
![]()
Касательные напряжения
![]()
где коэффициент трения между пленкой жидкости и стенкой трубы определяется уже знакомым методом,
![]()
Касательное напряжение между газовым ядром (core) и пленкой жидкости, зависит от разницы скоростей
![]()
Определение межфазного трения
это сложная и нерешенная задача. Известны различные корреляции, записываемые в общем виде как,
![]()
где
![]()
Множитель
используется для учета «шероховатости» рифленой структурой поверхности пленки. Используется корреляция Wallis
![]()
Остается определить чему равны скорости и что представляет из себя плотность газа в газовом ядре.
Массовый баланс
Расход жидкости в пленке меньше известного расхода жидкости на величину ![]()
![]()
где
это доля жидкости уносимая газовым ядром, для определения которой используется эмпирические корреляции, например корреляция Wallis,
![]()
Раскроем расход через скорости,
![]()
Следовательно,
![]()
Аналогично, расход в газовом ядре складывается из расхода газа и расхода жидкости уносимой из пленки,
![]()
Истинная скорость течения газового ядра,
![]()
Полагая что в газовом ядре за счет турбулентного потока формируется однородная смесь, коэффициент содержания газа в газовом ядре,
![]()
Следовательно под плотностью газовой фазы, в выражении потерь давления используется взвешенная величина между истинной плотностью газа из PVT и плотностью жидкости,
![]()
Метод решения такой же как для расслоенного течения.
Подбирается такая величина
, для которой выполняется баланс соотношения потерь на трение между пленкой и стенкой трубы, трением между пленкой и газовым ядром и гравитационной составляющей.
Потери давления на трение определим по газовой фазе,
![]()