Двухфазные потоки характеризуются наличием различных структурных форм течения - взаимного расположения газа и жидкости при их совместном движении в трубопроводе. Структурные формы газожидкостного потока очень разнообразны и зависят от скорости смеси, расходного газосодержания, физических свойств газовой и жидкой фаз, диаметра и угла наклона трубопровода. В результате многочисленных экспериментальных исследований выделены следующие основные структуры газожидкостных потоков в трубах (рис. 3.1):

а) пузырьковая и эмульсионная, характеризующиеся движением в жидкости пузырьков газа;

б) расслоенная, характеризующаяся послойным движением газа и жидкости с четкой гладкой или волновой поверхностью раздела;

в) пробковая (снарядная, четочная), характеризующаяся чередованием жидкостных и газовых пробок различных размеров;

г) кольцевая (пленочная, пленочно-дисперсная), характеризующаяся течением основной массы жидкости по стенке трубы в виде жидкостного кольца, внутри которого с высокой скоростью движется газовое ядро, содержащее капли жидкости.

Поток со взвешенными в нем пузырьками наблюдается при небольших b. При малых скоростях смеси пузырьки расположены, в основном, вблизи верхней образующей трубы.

С увеличением скорости происходит дробление и перемешивание пузырей, и при скорости более 2 м/с они равномерно распределяются в жидкости. Такая структура называется эмульсионной.

При скоростях смеси менее 0,2 м/с и больших газосодержаниях в результате слияния пузырей друг с другом образуется непрерывная газовая фаза, т.е. раздельный поток, расслоенная структура.

Рисунок 3.1 - Структурные формы газожидкостного потока:

а- расслоенная с плоской границей раздела; б- расслоенная с криволинейной границей раздела; в- пузырьковая; г- пробковая; д- кольцевая; е- эмульсионная.

Если скорости перекачки небольшие, то граница раздела фаз гладкая. Увеличение скорости смеси приводит к образованию гравитационных волн на границе раздела фаз. Амплитуда волн увеличивается пропорционально росту скорости смеси. При определенных условиях волны полностью перекрывают сечение трубы, а поток переходит в пробковый, когда газовые и жидкостные пробки чередуются друг с другом. С увеличением газосодержания смеси при постоянной скорости размеры газовых пробок увеличиваются, а жидкостных - уменьшаются. В конце концов жидкостные пробки как бы размазываются по стенке трубы, а газовая фаза, содержащая капли жидкости, движется в центре, т.е. формируется кольцевая структура газожидкостного потока.

3.3. Технология транспорта нестабильных жидкостей

Двухфазный транспорт углеводородных жидкостей и газов осуществляется за счет пластового давления. Однако вследствие высоких потерь на трение этого давления хватает чтобы обеспечить перекачку не более, чем на 100 км.

Значительно большими возможностями по дальности транспортирования обладает трубопроводный транспорт жидкостей и газов в однофазном состоянии (перекачка газонасыщенных нефтей, нестабильного газового конденсата).

Сущность технологии перекачки газонасыщенных нефтей состоит в том, что поддерживая на последней ступени сепарации давление большее, чем атмосферное, в нефти сохраняют в растворенном состоянии большую часть тяжелых, наиболее ценных компонентов нефтяного газа, а затем обеспечивают такое давление в нефтепроводе, при котором ни в одной его точке растворенный газ не выделялся из нефти.

Технология перекачки нестабильного газового конденсата аналогична. Различие заключается в способе получения газонасыщенной жидкости. Из продукции скважин первоначально получают сырой конденсат. В ходе последующей промысловой подготовки производится частичная или полная стабилизация сырого конденсата. Обычно рассматривают четыре уровня его подготовки к транспорту:

1) дегазация (Р = 2,4 МПа; t = - 10 ^oC);

2) деметанизация (Р = 2,4...3,4 МПа; t = 140 ^oC);

3) деэтанизация (Р = 2,4 МПа; t = 165 ^oC);

4) полная стабилизация (Р = 1,4 МПа; t = 10 ^oC).

Чем глубже стабилизация конденсата, тем меньшее избыточное давление необходимо поддерживать в конденсатопроводе, а значит тем меньше капитальные вложения и эксплуатационные расходы на перекачку. Однако одновременно увеличиваются затраты на подготовку конденсата к транспорту. По расчетам специалистов ВНИИГаза если приведенные затраты на подготовку и транспортировку дегазированного конденсата северных месторождений Тюменской области принять за единицу, то для деметанизированного конденсата этот показатель равен 8,5; для деэтанизированного конденсата - 40; для полностью стабилизированного конденсата - 65.