Гидроудар с торцевой утечкой - Гидравлический удар
Если отверстие утечки находится в торце трубы, то и сам процесс, и его расчет существенно упрощаются.
Схема развития гидравлического удара в трубе с торцевой утечкой.
Голубым цветом обозначена внешняя среда с исходным давлением, белым -- область пустоты, светло-голубым -- область пониженного давления, синим -- область повышенного давления (зона гидроудара). Синие стрелки показывают перемещение вещества среды (жидкости), красные -- перемещение границы зоны повышенного давления (без существенного перемещения вещества). Цифрами обозначены стадии протекания процесса.
На стадии 1 первичное заполнение трубы происходит с двух сторон -- основным потоком через вход трубы и небольшим (в силу меньшего сечения) потоком через отверстие в торце-заглушке. Как и в случае боковой утечки, уровень жидкости, повышающийся возле заглушки за счет дополнительного потока, несколько затормозит основной поток, -- ведь основной поток будет заполнять горизонтальную трубу, уже частично заполненную жидкостью. Однако если это отверстие невелико, а сама труба не очень длинная, то такой жидкости поступит мало, и ее влиянием можно пренебречь. Если же за заглушкой жидкости нет либо отверстие закрыто клапаном, эта стадия вообще ничем не отличается от фазы (1) "классического" гидроудара.
Но как только поток достигает заглушки, сразу же начинаются отличия. Часть потока, оказавшаяся напротив отверстия, сразу "влетает" туда, мгновенно останавливая втекавшую жидкость (если таковая была) -- тут происходит встречный гидроудар. Остальная часть потока резко тормозится об заглушку и давление в соответствии с формулой Жуковского тут же достигает максимального давления P1, обусловленного полной скоростью потока перед остановкой V0 (стадия 2). Под действием этого давления жидкость вокруг отверстия утечки устремляется туда со всех сторон, создавая разрастающуюся область быстрого движения с пониженным относительно P1 давлением. В то же время основная ударная волна начинает свое движение ко входу в трубу. Это соответствует стадии 3.
Как и в случае боковой утечки, по мере удаления от отверстия скорость устремляюшегося туда потока убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Поэтому от отверстия и до фронта падения давления создается градиент давления -- чем дальше от отверстия, тем выше давление. Однако, когда диаметр этой области становится равным внутреннему диаметру трубы, стенки трубы ограничивают ее, и при дальнейшем распространении ударной волны по трубе в остальной части трубы давление уже одинаково. И, конечно, жидкость в трубе не останавливается полностью, а продолжает двигаться с небольшой скоростью V2, компенсирующей поток, уходящий наружу через отверстие утечки со скоростью V1. Поэтому на стадии 4 давление будет равно величине P2, которая меньше максимального давления при полной остановке P1.
Затем ударная волна достигает входа трубы и начинает обратное движение (стадия 5). В отличии от боковой утечки, зон, где жидкость неподвижна или движется в обратную сторону, в этот момент нет. Во всей трубе жидкость движется к заглушке (точнее, к отверстию в ней) со скоростью V2 и давление равно величине P2. Единственное исключение составляет область в непосредственной близости от отверстия утечки, где давление снижается из-за ускорения жидкости, направляющейся наружу.
По мере обратного движения ударной волны и сокращения области высокого давления, жидкость в области высокого давления продолжает двигаться к отверстию в заглушке, а жидкость в части трубы, где давление уже упало, начинает двигаться ко входу в трубу со скоростью, обусловленной давлением P2 и по величине равной V0 - 2 - v2 (если не учитывать необратимые потери). Когда волна спада давления доходит до области пониженного давления возле отверстия (стадия 6), она как бы "срезает" ее, практически не влияя на истечение жидкости из отверстия до тех пор, пока не дойдет до торцевой заглушки.
В момент, когда давление во всей трубе упало, вся жидкость в ней движется обратно ко входу, а то, что успело "выскочить" в отверстие утечки -- в противоположную сторону. Поэтому при достаточной силе гидроудара оба потока отрываются от стенок трубы и друг от друга, и возникает пустота. Следует особо подчеркнуть, что, в отличие от боковой утечки, когда отрывы потока утечки от отверстия и основного объема жидкости от торца заглушки происходят в разных местах и в разное время, из-за чего могут образоваться две области пустоты с различным временем жизни, в случае торцевой утечки всегда образуется единая область пустоты в одном месте и в одно время (стадия 7).
Но поток утечки слабее основного потока в трубе, и потому (если не предприняты специальные меры) его область отрыва быстро заполняется жидкостью снаружи, которая затем начинает поступать внутрь трубы (стадия 8). Это может произойти задолго до того, как основная масса жидкости в трубе после постепенного торможения снова начнет движение к заглушке, повторяя стадию 1. Впрочем, не следует забывать, что "долго" в данном случае обычно измеряется милли-, а то и микросекундами!
Таким образом, в отличие от боковой утечки, при гидроударе с торцевой утечкой не происходит перетекания жидкости мимо отверстия утечки, и давление во всей трубе на протяжении всего этапа сжатия одинаково и равно P2. Остаточная скорость жидкости также одинакова по направлению и величине (кроме небольшой области возле самой заглушки). Пустота тоже возникает только один раз и в одном месте. Это существенно упрощает расчеты, особенно в том случае, когда отверстие утечки достаточно велико и остаточная скорость V2 относительно высока.
Похожие статьи
-
Гидроудар с утечками (неполный гидроудар), Гидроудар с боковой утечкой - Гидравлический удар
Еще один вариант "из жизни" -- это наличие утечек из трубы во время гидроудара. Причиной таких утечек может быть неполное перекрытие трубы заслонкой или...
-
Гидроудар в частично заполненной вертикальной трубе - Гидравлический удар
Рассмотрим развитие гидроудара в вертикальной трубе, часть которой возле заглушки уже заполнена неподвижной жидкостью. Случай, когда жидкостью заполнена...
-
Гидроудар в частично заполненной горизонтальной трубе - Гидравлический удар
Предположим, что горизонтальная труба равномерно по всей длине заполнена на некоторую высоту неподвижной жидкостью. Когда такая труба вдруг начинает...
-
Гидроудар в результате столкновения потоков - Гидравлический удар
Гидроудар может возникнуть не только при столкновении потока c неподвижной жесткой заглушкой или задвижкой, но и в случае его столкновения с другим...
-
Гашение ударной волны - Гидравлический удар
Поскольку жидкость разгоняется перед входом в трубу, то, когда в результате гидроудара жидкость в трубе остановилась, вынуждена остановиться и уже...
-
Фазы развития гидроудара - Гидравлический удар
Как же развивается явление гидроудара? Рассмотрим это на самом простом примере -- внезапном заполнении жидкостью пустой трубы постоянного сечения,...
-
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ, Гидроудар в частично заполненной трубе - Гидравлический удар
Теперь рассмотрим особые случаи гидроудара, когда условия существенно отличаются от рассматриваемых до сих пор "идеально-лабораторных". Наиболее часто...
-
Условия отрыва жидкости. Сильные и слабые гидроудары - Гидравлический удар
В фазе разрежения отрыв жидкости от заглушки происходит не всегда. Для этого скорость потока должна быть достаточно высокой, а стенки трубы -- достаточно...
-
Где ускоряется жидкость? - Гидравлический удар
Прежде всего следует выяснить, где происходит ускорение жидкости -- в трубе или вне ее? Уравнение непрерывности дает однозначный ответ: внутри трубы...
-
Расчет скорости заполняющего трубу потока для сверхтекучей жидкости - Гидравлический удар
Выяснив, что жидкость ускоряется вне трубы, а внутри нее скорость потока одинакова, можно переходить к расчетам скорости. Сначала рассмотрим внезапное...
-
Длительность стадии расширения - Гидравлический удар
При слабых гидравлических ударах, когда не выполняется условие (1) и отрыва жидкости от заглушки с образованием области вакуума не возникает,...
-
Расчет скорости заполняющего трубу потока с учетом гидравлического трения - Гидравлический удар
В реальности для получения заметного гидроудара скорость потока перед его остановкой должна быть достаточно большой, так что при расчете скорости нельзя...
-
Повторные циклы - Гидравлический удар
Как уже было сказано выше, после фазы 7 (разрежения) снова следует фаза 1 -- пустая (или разреженная) часть трубы снова заполняется жидкостью под...
-
Наиболее интересны два параметра гидроудара -- во-первых, его мощность (либо степень повышения давления) и, во-вторых, длительность стадий сжатия (фазы...
-
Расчет длительности стадий сжатия и расширения будем проводить в предположении, что длина трубы, а следовательно, и время распространения гидроудара по...
-
Расчет длительности стадий сжатия и расширения в произвольном месте трубы - Гидравлический удар
Картина изменения давления в произвольном месте трубы несколько сложнее, чем показанная на предыдущем рисунке возле заглушки. Изменение давления со...
-
ОСОБЕННОСТИ ЯВЛЕНИЯ ГИДРОУДАРА, Высокая скорость процесса - Гидравлический удар
Гидроудар в силу своей природы имеет несколько существенных особенностей, о которых нельзя забывать. Высокая скорость процесса Прежде всего, следует...
-
Расчет ускоряющегося потока - Гидравлический удар
Сила гидравлического удара прямо зависит от скорости, которую успел набрать останавливаемый поток. Достаточно определенно о скорости потока можно сказать...
-
Факторы, влияющие на силу гидроудара - Гидравлический удар
Эластичные стенки трубопровода значительно снижают силу гидроудара, достаточно легко увеличивая объем трубы или шланга в месте остановки жидкости. Если...
-
Размер имеет значение - Гидравлический удар
С увеличением размеров трубы сила гидроудара значительно возрастает, причем для одного и того же давления у входа в трубу этот рост обычно круче линейной...
-
ОПИСАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА - Гидравлический удар
Более-менее заметно гидравлический удар проявляется только в жестких трубопроводах при большой скорости потока. Он происходит тогда, когда движущаяся с...
-
ВВЕДЕНИЕ - Гидравлический удар
Общая протяженность подземных нефте-, газо - и водопроводов в Российской Федерации составляет около 17 млн км, при этом из-за постоянных интенсивных...
-
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖИМА БУРЕНИЯ - Расчет гидравлической программы проводки скважин
Расчет промывки скважины Выбор расхода бурового раствора Расход рассчитываем по справочнику по промывке скважин. Непрерывная циркуляция бурового раствора...
-
В целях обеспечения надежной работы торцовых уплотнений в процессе эксплуатации необходимо выполнить следующие требования: По окончании монтажа торцовых...
-
Перед началом операции ГРП все поверхностное оборудование должно быть осмотрено и опрессовано до величин давления, превосходящих предполагаемое рабочее...
-
Гидравлический расчет циркуляционной системы - Бурение нефтяных и газовых скважин
Целью гидравлических расчетов при промывке скважины в процессе бурения является нахождение оптимального расхода жидкости, обеспечивающего работу забойных...
-
Впервые в нефтяной практике гидравлический разрыв был произведен в 1947 г. в США. Технология и теоретические представления о процессе ГРП были описаны в...
-
Оборудование, применяемое при ГРП на Повховском месторождении На Повховском месторождении ТПП "Когалымнефтегаз" гидравлический разрыв пласта производится...
-
Вынос жидкости и проппанта из скважины после ГРП. Оптимальные процедуры выноса жидкости и проппанта для каждой скважины являются индивидуальными. Если...
-
При ГРП расчет сводится к определению следующих данных: - основных технологических показателей процесса гидроразрыва пласта; - увеличения...
-
Проведение ГРП требует применения специальных жидкостей, закачиваемых при больших скоростях и давлениях для создания системы трещин. При кислотном ГРП...
-
Состояние колонн труб. Инженер, проектирующий ГРП, должен учитывать параметры и состояние колонн труб. Колонны труб имеют определенные пределы текучести...
-
Расчет прочностных характеристик НКТ - Гидравлический разрыв пласта
Данный расчет несет непосредственную важность, по той причине, что превышение пределов прочности НКТ может привести к аварии, что повлечет за собой...
-
Расчеты, производимые перед ГРП, Расчет параметров ГРП - Гидравлический разрыв пласта
Расчет параметров ГРП Для каждой из вышеупомянутых скважин проводился первичный расчет темпов закачки и параметров закачиваемой смеси, а также расчет...
-
Критерии выбора скважин, Процесс ГРП - Гидравлический разрыв пласта
Критерии выбора скважин были определены исходя из особенностей строения Сугмутского месторождения и схемы его разработки. 1 Для проведения ГРП...
-
Технология и моделирование процесса ГРП Гидравлический разрыв - процесс, при котором давление жидкости воздействует непосредственно на породу пласта...
-
Анализ показателей разработки Сугмутского месторождения На 1.01.2014 г. добыча нефти с начала разработки составила 129868 тыс. т. Достигнут коэффициент...
-
Сведения о запасах и свойствах пластовых флюидов - Гидравлический разрыв пласта
Физико-химические свойства нефтей, насыщающих углеводородных газов, свободного газа в газовой шапке и свойства пластовых вод Сугмутского месторождения...
-
Расчет выполнен для проектного состояния русла для 3 и 4 струй. Во всех расчетных сечениях для этих струй определяются гидравлические элементы потока:...
-
Расчет параметров закачки производится инженерной службой организации, которая производит гидроразрыв, после получения исходных параметров по скважине от...
Гидроудар с торцевой утечкой - Гидравлический удар