31. Трубопроводный транспорт нефти и газа в двухфазном сост-и
При движении газожидкостного потока абсолютные скорости фаз не равны. На горизонтальных и восходящих участках трассы скорость газовой фазы выше, чем у жидкой, а на нисходящих - наоборот.
Различают приведенную и истинную скорости фаз. Под приведенной скоростью понимается отношение объемного расхода данной фазы (Qж, Qг) к площади сечения трубопровода F, т.е.
.
(3.1)
Как видно, приведенной скоростью называется средняя скорость, которую имела бы жидкость или газовая фаза, заполняя все сечение трубы.
Скорость смеси см находится как отношение суммы объемных расходов фаз Qсм = Qж + Qг к площади сечения трубопровода, т.е
,
(3.2)
и равна сумме приведенных скоростей фаз.
Соотношение расходов фаз в трубопроводе характеризуется величиной расходного газосодержания равного отношению расхода газовой фазы к расходу смеси
.
(3.3)
Истинные скорости фаз вычисляют как отношение их объемного расхода к занимаемой площади, т.е.
; 
,
(3.4)
где - истинное газосодержание, под которым понимается доля сечения трубы, занятая газовой фазой.
Легко показать, что истинная и приведенная скорости фаз связаны соотношениями
; 
.
(3.5)
Часто
используется понятие относительной
скорости фаз (скорости скольжения) 
.
Выражая истинные скорости фаз через приведенные и используя выражение для расходного газосодержания, после простых преобразований получим
.
(3.6)
Для обобщения основных закономерностей течения газожидкостных смесей используются безразмерные критерии подобия - числа Рейнольдса, Вебера и Фруда. Число Рейнольдса Reсм представляет собой меру отношения инерционной силы к силе внутреннего трения. Оно характеризует гидродинамический режим перекачки газожидкостной смеси. Число Вебера Weсм отражает соотношение между силой поверхностного натяжения и силой инерции. Оно характеризует способность границы раздела “жидкость-газ” к деформации. Число Фруда Frсм характеризует соотношение силы инерции и силы тяжести. Сила инерции вызывает возмущение в потоке, приводящее к перемешиванию фаз, а сила тяжести, наоборот, стремится вызвать их расслоение. Величины критериев подобия определяются выражениями
; 
;
,
(3.7)
где см, см - плотность и динамическая вязкость смеси.
Плотность двухфазной смеси определяется как аддитивная величина
,
(3.8)
где г, ж - плотности газовой и жидкой фаз при средних температуре и давлении.
Динамическая вязкость газожидкостной смеси пузырьковой и эмульсионной структуры вычисляется по формуле Бринкмана
.
(3.9)
В других случаях может быть использована приближенная зависимость
.
(3.10)
Характерной особенностью двухфазных течений является пульсация давления в трубопроводах. Экспериментально установлено, что имеется два основных вида пульсаций: высокочастотные микропульсации и низкочастотные макропульсации. Существование высокочастотных пульсаций связано с различием скоростей фаз, а низкочастотных - с накоплением жидкости в трубопроводе и периодическим выбросом ее потоком газа.
По рекомендации А.И. Гужова амплитуда пульсации давления с погрешностью 15 % может быть рассчитана по эмпирической формуле
.
(3.11)