Задача Определить структуру потока и тип водонефтяной смеси, вычислить плотность и динамическую вязкость водонефтяной смеси в подъемнике фонтанной скважины при следующих условиях

• Название: Задача Определить структуру потока и тип водонефтяной смеси, вычислить плотность и динамическую вязкость водонефтяной смеси в подъемнике фонтанной скважины при следующих условиях
• Дата: 16.05.2022
• Размер: 41.18 Kb.
• Имя файла: 5.4.3.docx
• Тип: Задача; #533179

5.4.3 Задача

Определить структуру потока и тип водонефтяной смеси, вычислить плотность и динамическую вязкость водонефтяной смеси в подъемнике фонтанной скважины при следующих условиях:

Исходные данные:

• 
  давление - P < P_нас ;
  
• 
  температура - Т;
  
• 
  дебит жидкости в стандартных условиях - Q_{ж ст};
  
• 
  массовое водосодержание - n_{в ст} ;
  
• 
  внутренний диаметр подъемника - D_т ;
  
• 
  плотность дегазированной нефти – ρ_нд ;
  
• 
  плотность нефти при заданных р и Т_о - ρ_н;
  
• 
  плотность воды - ρ_в ;
  
• 
  вязкость нефти при заданных р и Т - µ_н;
  
• 
  вязкость воды при заданных р и Т - µ_в;
  
• 
  объемный коэффициент нефти при заданных р и Т - b_н;
  
• 
  объемный коэффициент воды при заданных р и Т - b_B
  

Значения параметров по вариантам приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4

Параметры	Последняя цифра в шифре
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Qж.ст, м3/сут	68	81	94	107	120	133	146	159	172	185
р, МПа	10,1	9,9	9,8	9,7	9,6	9,5	9,4	9,3	9,2	9,1
Т, К	309	311	313	315	317	319	321	323	325	327
nв ст	0,38	0,42	0,46	0,5	0,54	0,58	0,62	0,66	0,7	0,74
Dт, м	0,062	0,0622	0,0624	0,0626	0,0628	0,063	0,0632	0,0634	0,0636	0,0638
Ρнд, кг/м3	852	854	856	858	860	862	864	866	868	870
рн, кг/м3	805	806	807	808	809	810	811	812	813	814
рв, кг/м3	1100	1095	1090	1085	1080	1075	1070	1065	1060	1055
µн, мПа•с	1,3	1,7	2,1	2,5	2,9	3,3	3,7	4,1	4,5	4,9
µв, мПа•с	0,685	0,669	0,654	0,639	0,624	0,609	0,594	0,579	0,564	0,549
bн	1,18	1,22	1,26	1,3	1,34	1,38	1,42	1,46	1,5	1,54
bB	0,995	1	1,005	1,01	1,015	1,02	1,025	1,03	1,035	1,04

Методические указания. В процессе добычи нефти часто требуется знание различных физических свойств как нефти и газа, так и водонефтяных смесей. На их свойства влияют не только изменяющиеся термобарические условия, но также и гидродинамические особенности, расходные характеристики воды и нефти, типы и структуры образующихся водонефтяных смесей.

Прежде, чем определять структуру водонефтяной смеси и ее тип, необходимо рассчитать следующие характеристики смеси:

объемное расходное водосодержание в стандартных условиях




где Q_вст, Q_нст, Q_жст - соответственно объемные расходы воды, нефти и жидкости в стандартных условиях, м³/с;

Взаимосвязь объемного расходного и массового водосодержаний в стан­дартных условиях

где n_вст - массовое водосодержание в стандартных условиях; р_вст, p_ид - соответственно плотность воды в стандартных условиях (р_вст = 1000 кг/м³) и дегазированной нефти в стандартных условиях, кг/м³;

Объемные расходы воды Q_ви нефти Q_н при заданных р и Т:


где b_в, b_н- соответственно объемные коэффициенты воды и нефти при заданных р и Т;

Объемное расходное водосодержание В при заданных р и Т

Приведенную скорость (в м/с) водонефтяной смеси в данном сечении канала


где F - площадь поперечного сечения канала, м² .

1. 
   Определение структуры потока.
   

Выделяют две структуры потока водонефтяной смеси: капельную и эмульсионную. Их область существования оценивается по критиче­ской скорости смеси (в м/с):


где D_r - гидравлический диаметр канала (в м), определяемый по форму­ле


* Для круглой трубы D_г =D_т,.

где П - смоченный периметр поперечного сечения канала, м.

Если



то водонефтяной поток имеет капельную структуру: внутренняя диспергированная фаза в виде капель диаметром 0,5 - 2 см распределена во внешней непрерывной фазе.

Если

то водонефтяной поток имеет эмульсионную структуру: диспергирован­ная внутренняя фаза представлена сферическими каплями диаметром 10^-3 -10^-5 см.

2. 
   Определение типа водонефтяной смеси.
   

Для капельной структуры потока тип смеси определяется по рас­ходному объемному водосодержанию:

если В < 0,5, то смесь будет типа вода в нефти (В/Н) - дискретной внутренней фазой служит вода, а непрерывной внешней фазой - нефть;

если В > 0,5, то смесь будет типа нефть в воде (Н/В) - дискретной внутренней фазой является нефть, а непрерывной внешней фазой - вода.

Для эмульсионной структуры потока тип смеси определяется не только В, но и критической скоростью эмульсии вычисляемой так:

Если В < 0,5 и - эмульсии типа В/Н;

если В < 0,5 и или В > 0,5 - эмульсия типа Н/В.

3. 
   Расчет плотности и кажущейся вязкости.
   

Капельная структура

Рассчитывается поверхностное натяжение нефти на границе с во­дой

где σ_нв, σ_вг, σ_нг - поверхностное натяжение на границе "нефть-газ" и "вода-газ", мН/м.

Поверхностное натяжение - определяется по формуле:

где P – текущее давление, МПа.

а - по следующей формуле:

Рассчитываются истинные объемные доли фаз в потоке.

Для сме­си В/Н истинная объемная доля воды φ_в


где - приведенная скорость воды, м/с; р_в, р_н - соответствен­но плотности воды и нефти при заданных р и Т, кг/м³.

Истинная объем­ная доля внешней фазы (нефти)

Для смеси H/B истинная объемная доля нефти



где - приведенная скорость нефти, м/с.

Истинная объемная доля внешней фазы (воды)

Рассчитывается плотность водонефтяной смеси р_вн

Динамическая вязкость водонефтяной смеси капельной структуры принимается равной динамической вязкости внешней фазы:

для смеси В/Н µ_вн = µ_н,

для смеси Н/В µ_вн = µ_в,

где µ_н, µ_в - соответственно вязкости нефти и воды при данных р и Т, мПа•с.
Эмульсионная структура

Вычисляются истинные объемные доли фаз в эмульсии. Прини­мая во внимание, что эмульсии характеризуются высокой степенью дис­персности фаз, относительное движение между ними не учитывается, а истинные объемные доли принимаются равными объемным расходным содержаниям:

Определяется плотность водонефтяной эмульсии

Рассчитывается кажущаяся вязкость водонефтяной эмульсии η_э.

Для эмульсии В/Н:

где D - коэффициент, определяемый следующим образом:
при А<=1 D= µ_н,

при А>1 D=А µ_н
А - параметр, учитывающий влияние скорости сдвига на вязкость:

W_сд - скорость сдвига водонефтяной эмульсии при данных р и Т, 1/с:

где W_эпр - приведенная скорость эмульсии, определяемая по формуле


D _г - гидравлический диаметр канала, м.

Для эмульсии Н/В кажущаяся вязкость