فرازآوری با گاز (۵): الگوهای جریان

یکی دیگر از ویژگی‌های مهم جریان چندفازی، افقی یا عمودی، توزیع فازها در «الگوهای جریان» (Flow patterns) است. هر الگوی جریان با یک توزیع فضایی خاصی از فازها مطابقت دارد.

با تغییر شرایط جریان (مانند دبی گاز یا مایع)، پیکربندی الگوهای جریان تغییر می‌کند.

توزیع الگوی جریان برای شرایط جریان مختلف، به عنوان یک نقشه الگوی جریان (flow pattern map) شناخته می‌شود.

روش‌های متعددی برای طبقه‌بندی الگوهای جریان و ساخت نقشه‌های الگوی جریان وجود دارد. در این بخش، و به منظور معرفی کیفی این نقشه‌ها، نقشه‌های الگوی جریان با استفاده از رسم کردن سرعت ظاهری مایع در محور عمودی و سرعت ظاهری گاز در محور افقی (با استفاده از مقیاس لگاریتمی برای هر دو محور) ساخته شده است.

شکل بالا الگوهای جریان را در یک لوله عمودی با جریان رو به بالا نشان می‌دهد. در سرعت‌های ظاهری مایع و گاز پایین، الگوی جریان “جریان حبابی” (bubble flow) نامیده می‌شود؛ زیرا مایع فاز پیوسته است و گاز به صورت حباب‌های کوچک حرکت می‌کند. با افزایش سرعت ظاهری گاز، الگوی جریان به “جریان اسلاگ” (slug flow) تبدیل می‌شود که در آن گاز به صورت حباب‌های گلوله‌ای دراز (long bullet-shaped bubbles) حرکت می‌کند که تقریبا به طور کامل سطح مقطع لوله را اشغال کرده است. همچنین حباب‌های کوچک گاز در مایع موجود بین حباب‌های گلوله‌ای دراز حرکت می‌کند.

اگر سرعت ظاهری گاز بیشتر افزایش یابد، الگوی جریان به جریان حلقوی (annular flow) تغییر می‌کند، که مایعات یک فیلم بر روی دیواره لوله ایجاد می‌کنند و فاز گاز در مرکز لوله حرکت می‌کند.

در نهایت، برای سرعت‌های ظاهری بیشتر، الگوی جریان هنوز جریان حلقوی است، اما مقدار زیادی از قطرات مایع با گاز در مرکز لوله حرکت می‌کند و الگوی جریان “annular mist” تشکیل می‌شود.

بین جریان حلقوی و اسلاگ، یک الگوی جریان بسیار نامنظم و آشفته می‌تواند شناسایی شود. این الگوی جریان “churn” نامیده می‌شود، که هر دو فاز در آن پراکنده شده‌اند.

در چاهی که تحت فرازآوری با گاز قرار دارد، جریان حبابی در ته چاه می‌تواند اتفاق بیفتد و زمانیکه گاز به سمت سطح حرکت می‌کند و در طول مسیر منبسط می‌شود، رژیم جریانی به جریان اسلاگ و سپس به جریان churn تغییر پیدا می‌کند.

جریان slug و churn دو رژیم جریان متداول در چاه‌های فرازآوری با گاز هستند.

معمولا هنگامی که قطر لوله مغزی تولیدی برای تولید مایع از چاه بسیار زیاد باشد، تنها راه برای داشتن یک تولید پایدار، تزریق گاز با دبی بسیار بالا است و در نتیجه، الگوی جریان، annular یا annular-mist می‌باشد. ممکن است که با کاهش قطر لوله، بدون نیاز به تزریق گاز با دبی بالا، بتوان تولید پایدار را بدست آورد. با این حال، مهم است بدانید که این همیشه یک راه حل عملی نیست زیرا با کاهش قطر لوله مغزی، افت فشار اصطکاکی افزایش می‌یابد و در نتیجه فشار مخزن باید به اندازه کافی بالا باشد تا چاه بتواند با فشار ته چاهی بالاتری تولید کند.

پیشنهاد کاربردی بعد از مطالعه این مطلب: پیاده‌سازی طراحی فرایند فرازآوری با گاز در نرم‌افزار پراسپر