Экспериментальное исследование истечения газожидкостной струи через слой жидкости тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА имени И.М. ГУБКИНА

На правах рукописи УДК 532

Иванников Антон Викторович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СТРУИ ЧЕРЕЗ СЛОЙ ЖИДКОСТИ

Специальность 01.02.05 - механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007 г.

003162993

Работа выполнена на кафедре нефтегазовой и подземной гидромеханики Российского государственного университета нефти и газа им И М Губкина

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент В И. Исаев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

В В Калинин

доктор технических наук, Е.В. Шеберстов

Ведущая организация: Институт проблем нефти и газа РАН (ИПНГ РАН)

Защита диссертации состоится « » 2007 г в час на

заседании диссертационного совета Д 212 200.03 в Российском государственном университете нефти и газа им ИМ. Губкина по адресу 119991, В-296, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 65, ауд

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина

Автореферат разослан « 1Л » фЖ^Й 007 г

Ученый секретарь совета, доцент, к. ф.-м. н. А /¿7 ' М. Н Кравченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время в России эксплуатируется большая сеть магистральных, промысловых и морских газопроводов При строительстве газопроводов приходится сооружать переходы через водные препятствия, такие как реки, озера, водохранилища и болота Для транспортировки добытого на шельфе газа на берег строятся подводные морские газопроводы При эксплуатации подводных переходов и морских газопроводов, а также при бурении газовых скважин на море могут возникать аварии, сопровождающиеся выбросом значительных объемов газа В ходе таких аварий при истечении газа в слой жидкости возникает газожидкостная струя, а на свободной поверхности водоема возникает газожидкостный бугор Другой пример - открытое фонтанирование скважины на суше, когда на устье образуется кратер, заполненный смесью бурового раствора и пластового флюида или при истечении газа через слой жидкости, находящейся в кратере грифона. По данным базы SINTEF (Applied Ocean Research -2000 - 22, No2.- pp 119-128) в период с 1970 по 1995 годы зафиксировано 320 выбросов газа и нефти при бурении и разработке месторождений в Мексиканском Заливе, Северном море и других континентальных шельфах Выбросы газа представляют серьезную опасность для морских нефтегазовых сооружений и их персонала, прибрежной инфраструктуры, судоходства, и наносят значительный ущерб окружающей среде. Для оценки последствий аварий и их успешной ликвидации необходимо знать законы распространения струй под поверхностью жидкости и их взаимодействие с ней Таким образом, тема диссертации является актуальной и представляет большой практический интерес

Цель работы

Целью работы является экспериментальное получение зависимостей для расчета размеров газожидкостного бугра от расхода газа при истечении вертикальной или горизонтальной газовой струи через слой ньютоновской или неньютоновской жидкости

Основные задачи исследования

1 Создание экспериментальной установки для изучения истечения газовой струи через слой ньютоновской или неньютоновской жидкости и разработка методики проведения опытов

2 Измерение размеров газожидкостного бугра при истечении вертикальной или горизонтальной газовой струи через слой жидкости

3. Получение расчетных зависимостей связывающих размеры газожидкостного бугра с параметрами истечения газа

4 Сопоставление полученных результатов экспериментов с данными опытов других авторов

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

Для решения поставленных задач использована теория размерности с целью выявления основных параметров, влияющих на размеры газожидкостного бугра от параметров истечения газа в слой жидкости Измерения проводились с помощью приборов научного назначения Научные положения и выводы подтверждены как результатами собственных экспериментов, так и результатами работ других авторов. Результаты работы докладывались на восьми Всероссийских и научно-технических конференциях

Научная новизна

Разработана оригинальная методика экспериментальных измерений размеров газожидкостного бугра Впервые установлены зависимости для расчета геометрических параметров бугра, возникшего в результате истечения вертикальной или горизонтальной струи через слой ньютоновской или неньютоновской жидкости

1 Установлена экспериментальная зависимость размеров газожидкостного бугра, образующегося на поверхности слоя при истечении вертикальной газовой струи через слой ньютоновской жидкости, в диапазоне безразмерных чисел Фруда, Рейнольдса, Вебера и толщин слоя 1,2<Рг <170, 6200< Яе<41600,

160 < We< 1900; 40 < Нс< 320, соответственно. Указанные диапазоны безразмерных параметров шире по сравнению с диапазонами измерений в опытах проведённых другими авторами

2 Впервые установлены экспериментальные зависимости для расчетов размеров газожидкостного бугра, образующегося на свободной поверхности, от параметров истечения горизонтальной газовой струи в слой ньютоновской жидкости, а также для вертикальной струи при истечении через слой неньютоновской жидкости

3 Получена эмпирическая зависимость для определения расстояния от среза сопла до центра газожидкостного шлейфа, образующегося при истечении горизонтальной газовой струи в слой ньютоновской жидкости.

4. Разработан и реализован новый способ измерения размеров газожидкостного бугра

Практическая ценность работы

Предложенные в диссертации зависимости позволяют рассчитать неизвестный расход газа по размерам газожидкостного бугра (получаемым дистанционными методами) при аварии, которая может произойти при бурении на суше, когда газ на устье проходит через слой жидкости в кратере или через толщу воды на море Знание расхода необходимо для расчета режимов глушения скважин и прогноза технических и экологических последствий. По этим зависимостям также можно рассчитать по расходу газа размеры бугра, которые нужны, например, для определения размеров пятна загрязнения на поверхности рек и морей и оценки опасности судоходства

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждались на следующих конференциях и семинарах 3-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России, посвященной 70-летию РГУ нефти и газа им И М Губкина «Новые технологии в газовой промышленности» РГУ нефти и газа им И М

Губкина, М, 1999 г, 4-й науч-техн конференции посвященной 300-летию инженерного образования в России «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» РГУ нефти и газа им ИМ Губкина, М, 2001 г, 4-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» РГУ нефти и газа им ИМ Губкина, М, 2001 г, 5-й науч -техн конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» РГУ нефти и газа им И М Губкина, М, 2003 г, 6-й науч -техн конференции посвященной 75-летию РГУ нефти и газа им ИМ Губкина «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» РГУ нефти и газа им И М. Губкина, М, 2005 г, 7-й Всероссийской науч -техн конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» РГУ нефти и газа им И М Губкина, М, 2007 г, Всероссийской конференции, посвященной 20-летию ИПНГ РАН «Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности» ИПНГ РАН, М, 2007 г, 7-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности». РГУ нефти и газа им И М Губкина, М, 2007 г, научных семинарах кафедры нефтегазовой и подземной гидромеханики РГУ нефти и газа им И М Губкина

Публикации

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ

Структура и объём диссертационной работы

Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы Содержание работы изложено страницах, включающего £ V рисунка, 2-2 фотографии, {Н таблиц и списка литературы из/^наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований

В первой главе дан обзор и анализ литературы, посвященной экспериментальным и теоретическим исследованиям струй Имеется большое количество работ, рассматривающих различные струйные течения, обобщение которых проведено в большом количестве монографий.

Однако, известно не так много работ касающихся изучения параметров образующегося на поверхности жидкости бугра при истечении через конечный слой жидкости газовой или жидкостной струи. Такие работы проводились, как советскими и российскими авторами (Исаев В И, Леонов Е Г, Лимар Е Ф, Максимов В М, Митюшин А И, Теплицкий И С ), так и зарубежными авторами (Bnmacombe J К, Castillejos А Н., Engebretsen Т , Fannelop Т К, Friedl М J , Hirschberg S , Hsu S.-T, Hunt В , Kuffer J, McGuirk J, Milgram J H, Muraoka К, Murota A., Northug T, Riess IR, Rodi W, Sahajwalla V, Shwarz M P, Sjoen K, Van Houten R J)

В результате изучения работ по данной тематике установлено

а) во всех теоретических и экспериментальных работах изучались параметры (размеры и концентрации газа) бугра, образующегося в результате истечения вертикальной восходящей газовой или жидкой струи через слой ньютоновской жидкости,

б) отсутствуют работы, в которых рассматриваются параметры истечения газовых струй через слой неньютоновской жидкости связанных с параметрами образующегося бугра

в) экспериментально неустановленна связь геометрических параметров образующегося на поверхности жидкости бугра с параметрами истечения горизонтальных струй в слой жидкости

На основе анализа литературы и приведенных выводов сформулированы цели и задачи исследования диссертации

Во второй главе дается подробное описание экспериментальной установки для изучения формы и двухфазных свойств газожидкостного бугра в зависимости от параметров истечения газовой струи в слой жидкости, отличаю-

щейся от подобных установок тем, что применен новый метод измерения размеров бугра Проводится анализ явления с применением теории размерности Излагается методика проведения опытов

В первом разделе второй главы с помощью теории размерности проведен анализ истечения газа в слой ньютоновской или неньютоновской жидкости и образующегося на ее поверхности газожидкостного бугра с целью выявления определяющих параметров и их значимости.

Истечение струи газа с массовым расходом ()т в слой жидкости характеризуется следующими размерными параметрами высотой Яб и шириной Об бугра, шириной газожидкостной струи на свободной поверхности с1„, толщиной слоя жидкости #с, характерным размером отверстия сопла 8, плотностью газа на срезе сопла р0 и плотностью жидкости ри динамическими коэффициентами вязкости газа Цо и жидкости \хь, поверхностным натяжением между жидкостью и газом ст, ускорением свободного падения § Если истечение газа происходит в слой жидкости обладающей неньютоновскими свойствами, то к перечисленным выше величинам нужно добавить параметры, учитывающие эти свойства Например, если жидкость обладает свойствами вязкопластической жидкости, то добавляется предельное напряжение сдвига т0 В случае истечения наклонной струи газа добавляется угол наклона сопла к вертикали а, а также длина распространения газожидкостной струи вместе с пузырьковым шлейфом, которая отсчитывается от сопла вдоль их средней линии 1СТ В качестве размерно-независимых величин выбраны 8, рь и § На основе П-теоремы получена функциональную связь между безразмерными параметрами в виде

Рг = /(Яб,Яс,2ЭбДстДст,р,р,Ке,Не^е,<х), (!)

где Нб =Н5/8- безразмерная высота бугра, Нс =НС/5- безразмерная толщина слоя жидкости, £>6 = £>б/8- безразмерная ширина бугра, ¿1СТ =«?ст/5- безразмерная ширина струи, = £ст/8- безразмерная длина струи, Р = Ро/Рь~ приведенная плотность, ц = |!С/\хъ - приведенная вязкость,

- число Фруда, К.е = 6т/(бцд)- число Рейнольдса, Фе = ет2/(рв83с)- число Вебера, Не = (х

о52Рь)/иь2" число Хедстрема,

число

5 = л/5 ,5- площадь отверстия сопла

Рассмотрим истечение вертикальной воздушной струи в слой воды при угле наклона сопла к вертикали а=0 Длина распространения струи вместе с пузырьковым шлейфом, если он есть, равна толщине слоя жидкости Хст = #с Предельное напряжение сдвига равно нулю и, следовательно, число Хедстрема, поскольку вода является ньютоновской жидкостью, тоже равно нулю. Плотности воздуха и воды, а также их коэффициенты вязкости при истечении струи в слой воды не изменяются, поэтому приведенная плотность, безразмерный коэффициент вязкости, число Рейнольдса и число Вебера не будут оказывать значимого влияния Тогда выражение (1) примет вид

Если зависимость (2) установлена, то она позволяет определить безразмерный расход по известным безразмерным геометрическим параметрам бугра Во втором разделе второй главы приведено описание созданной экспериментальной установки Установка (рис.1) состоит из бака 1, сделанного из прозрачного оргстекла, который заполняется жидкостью до некоторого уровня В качестве жидкостей использовались водопроводная вода (ньютоновская жидкость) и водный раствор полимера (неньютоновская жидкость). Сменные сопла при помощи резьбового соединения устанавливались на держателе 2 Положение держателя можно изменять по отношению к свободной поверхности жидкости, как по высоте, так и по углу наклона Сжатый воздух подавался к соплу от компрессора 3 через трубку, подсоединенную к держателю 2 Для сглаживания пульсаций воздуха, после компрессора установлен ресивер 4

Для устранения влияния на формирование газожидкостного бугра отраженных от стенок волн установлен волногаситель 12, расположенный по пери-

(2)

метру бака 1 на уровне свободной поверхности, в виде рамки, изготовленной из П-образного профиля размером 15x15x15 мм.

Для измерения размеров бугра и гидродинамических параметров вытекающей струи газа использованы как стандартные приборы промышленного изготовления, так и сконструированные в лаборатории.

Размеры бугра измерялись по теневому отражению с помощью сконструированного датчика - электронной линейки 8 (рис. 2). Принцип работы линейки основан на непрерывной записи изменения напряжения на выходе электронной схемы в зависимости от количества затенённых фотодиодов бугром.

Линейка выполнена в виде пластины, в которую вмонтирован ряд фотодиодов (18 шт.). Максимальное значение измеряемой высоты по вертикали составляет 66 мм.

Рис. 1. Схема установки. 1-бак; 2-держатель сопла; 3-компрессор; 4-ресивер; 5-кран; 6-датчик давления; 7-электронный расходомер; 8- электронная линейка; 9-датчик концентрации; 10-измерительная система РошегЬаЬ; 11-источник света; 12 - волногаситель; 13 - Г-образная штанга; 14-направляющий элемент штанги; 15-подводящая линия к соплу

Сконструированная электронная линейка, как показали эксперименты, благодаря простоте схемной реализации и высокой надёжности, позволила успешно решить задачу измерения размеров газожидкостного бугра, непрерывно изменяющего свои параметры во времени.

Рис. 2. Электронная линейка с блоком питания и усилителем

Третий раздел второй главы посвящен методике проведения опытов, которая заключается в следующем. В бак 1 (рис. 1) заливают жидкость до определённого уровня. На держателе 2 закрепляют одно из сопл и, перемещая Г-образную штангу 13 с держателем в направляющем элементе 14 по вертикали, устанавливают заданную глубину погружения сопла Яс под свободную поверхность. Затем, поворачивая держатель вокруг его крепления к штанге 13, устанавливают нужный угол наклона сопла к вертикали. При помощи компрессора 3 нагнетают воздух в ресивер 4, который подводится по линии 15 к соплу и истекает из него в виде струи через слой жидкости толщиной //с с образованием на её поверхности газожидкостного бугра. Используя кран 5, добиваются в ресивере нужного значения давления, которое влияет на расход газа. Давление в линии 15 после расходомера 7 измеряют при помощи датчика давления 6. Расход газа измеряют электронным расходомером 7.

Проводят измерения средней высоты газожидкостного бугра соответствующей направлению оси симметрии сопла и средней высоты на раз личных расстояниях от неё. Для этого электронную линейку 8 устанавливают ни передней стенке бака 1 на расстоянии f от источника света 11 (рис. 3), так чтобы положение ряда фотодиодов находилось в вертикальной плоскости проходящей через ось симметрии сопла. При отсутствии бугра вся линейка попадает в проходящий пучок света, и выходной сигнал является максимальным и равен напряжению питания, что проверяется перед каждым опытом. Пучок света про-

ходит через бугор, отстоящий на расстоянии /" от источника света, и на линейку падает тень, закрывающая часть ряда фотодиодов. Если высота бугра при определённом расходе воздуха выходит за пределы ряда фотодиодов, то линейку поднимают на высоту Ъ от свободной поверхности жидкости. Линейка устанавливается так, чтобы амплитуда колебаний вершины бугра лежала в пределах рабочей части линейки. В результате при помощи линейки получают запись изменения напряжения и в зависимости от высоты газожидкостного бугра за некоторый промежуток времени Измерения проводятся в течение 30 секунд с частотой записи 20 Гц. По показаниям линейки находится среднее значение напряжения и, затем, по тарировочной зависимости определяют значение длины И* части тени от бугра. Высота бугра по тени бугра определяется как Яб* = Истинное значение средней высоты бугра на оси симметрия сопла находится по формуле Н6 = т-Н6 , где т - масштабный коэффициент для определения истинного значения высоты бугра.

_£1

I*_

Рис. 3. Схема измерения размеров газожидкостного бугра

Типичные фотографии струи и газожидкостного бугра на свободной поверхности показаны на рис. 4.

В третьей главе приводятся результаты экспериментов и их обработка по изучению газожидкостного бугра, образующегося при истечении вертикальных и горизонтальных газожидкостных струй в слой ньютоновской жидкости.

В первом разделе третьей главы приводятся результаты опытов по изучению истечения вертикальной газожидкостной струи истекающей из круглых отверстий и щелей в слой ньютоновской жидкости.

В экспериментах использовались круглые отверстия с диаметрами 0,71 мм, 1 мм, 1,3 мм и щели с размерами 3,5x0,14 мм, 5,5x0,14 мм, 10x0,17 мм. Обработка полученных опытных данных проводилась в безразмерных пгремен-ных.

В опытах с вертикальной струёй безразмерные параметры менялись для круглых отверстий в следующих пределах: 1,5<Рг<150; 6200<Яе<37000; 180<\\^е<1700 и 40<#с<320. В опытах при истечении из щелей безразмерные параметры менялись в пределах: 40 < Яс< 290; 1,2 <Рг<170; 6500 <Яе< 42000 и 160 <\Уе< 1900.

Рис. 4. Истечение вертикальных струй газа в слой: а) ньютоновской жидкости из круглого отверстия = 1,3 мм, £>0 = 0,439-10"3 м3/с, Нс = 110 мм); б) ньютоновской жидкости из круглого отверстия (У =1,3 мм, = 0,207-10° м3/с, ,ЧС = 50 мм); в) неньютоновской жидкости из круглого отверстия (с/ =1 мм, <2о = 0,429-10"3м3/с, Яс=50 мм), г) Истечение горизонтальной струи в слой ньютоновской жидкости из круглого отверстия (б? =0,5 мм, £>0 = 1,992-10"4 м3/с, #с=60 мм)

На рис. 5 и 6 представлены опытные данные в виде нанесённых точек.

Рис. 5. Зависимость безразмерной высоты бугра от числа Фруда для круглых отверстий при различных безразмерных толщинах слоя жидкости: 1 (О) - 43,5; 2 (А) - 56,4; 3 (•) - 79,5; 4 (О) - 95,7; 5 (□) - 124,2; 6 (X) - 173,9; 6 (А) - 174,9; 7 (Ж) - 225,7; 8 (♦) - 318,0. Точками показаны экспериментальные данные, сплошные линии - расчёт по выражению (3)

Рис. 6. Зависимость безразмерной высоты бугра от числа Фруда для щелей при различных безразмерных толщинах слоя жидкости: 1 (О) - 38,5; 2 (А) - 57,0; 3 (•) - 71,4; 4 (О) - 84,6; 5 (□) - 125,4; 6 (X) - 153,8; 7 (Д) - 157,1; 8 (Ж) - 228,1; 9 (♦) — 285,7. Точками показаны опытные данные, сплошные линии — расчёт по выражению (4)

Обработка данных опытов в безразмерных переменных и дальнейшая их аппроксимация показала, что зависимость (2) имеет вид для истечения верти-

кальной газожидкостнои струи из круглых отверстии

\з2Я°'913-0,804Яс + 690'2'

НС у

Рг0'5, Яс< 174;

Яб = (14,3 + 0,023ЯС) Бг0-5, Яс >174

и из щелей

(3)

Яб=(16,02 + 0,0319Яс) Бг0'5, Яс >154

V

574,4ЯС~°'633 - 0,013ЯС Бг0'5, Яс < 154,

Яс ) (4)

На рис 5 и 6 также наложены расчетные кривые по формулам (3) и (4) Аналогично получены формулы, связывающие безразмерный радиус бугра с числом Фруда и безразмерной толщиной слоя жидкости Для круглых отверстий

'одобя.+тя,-0'368 -^^

Рг0'125, Н. <174,

> л Яс 7

388,8 рго,125^ йс>174

Для щелей

V Пс У

(5)

Яб = 0,104ЯС + 123,9ЯС"0'35 727'4

у

Рг0,125, Я <154,

477 3 69,7 '

5 0,5

У

Рг0''25, Я. >154

(6)

Непосредственно на промыслах, при оценке аварийного расхода площадь отверстия, из которого происходит выброс газа, может быть неизвестна, тогда использование (3) и (4) становится затруднительным Поэтому, найдя численно площадь отверстия из выражения (5) или (6) и подставив ее соответственно в формулу (3) или (4), получим значение расхода

В ходе экспериментов измерялась не только высота бугра на оси сопла, но и высоты бугра на некоторых расстояниях от оси Опытные данные обработаны в безразмерных переменных г1Щ и у/Яб, где г и у - вертикальная и ради-

альная координаты Получена зависимость, описывающая профиль границы газожидкостного бугра

где Ь - показатель степени, принимающий значение 1,71 для щелей и 1,85 для круглых отверстий

Обработка тех же экспериментальных данных в безразмерных переменных Яб/Нс и Н5/Нс дала возможность получить зависимость только между размерами б>(ра и толщиной слоя жидкости

где а = 0,493, Ь = 0,404 - для щелей и а = 0,505, Ь - 0,475 - для круглых отверстий

Во втором разделе третьей главы приводятся результаты опытов по изучению внедрения горизонтальной газожидкостной струи в слой ньютоновской жидкости и их обработка.

Опыты проводились с использованием круглых отверстий диаметрами 0,5 и 1,3 мм В опытах безразмерные параметры менялись в следующих пределах 0,4 < Бг < 340, 4000 < Ие < 32000, 50 < \Уе < 2000 и 13 < #с < 250

В экспериментах при истечении горизонтальной газовой струи в слой ньютоновской жидкости измерялись размеры струи и бугра Ьт - длина внедрения струи (длина отсчитываемая вдоль оси сопла от его среза до сплошной границы струи), ¿о - расстояние от среза сопла до центра пузырькового шлейфа, Щ - высота бугра на различных расстояниях от среза сопла, с1„ - ширина струи под поверхностью жидкости (вид сбоку), с1„2 - ширина струи под поверхностью жидкости (вид спереди), Дз - ширина основания бугра (вид сбоку), Да - ширина основания бугра (вид спереди)

Структура горизонтальной струи от выхода из сопла и, кончая выходом из слоя жидкости, отличается от структуры вертикальной струи На горизонтальную струю оказывают значительное влияние силы плавучести, за счет чего

(7)

(8)

траектория струи отклоняется от горизонтальной оси, и когда энергия струи становится меньше энергии подъемных сил, струя распадается на отдельные пузырьки, то есть, образуется пузырьковый шлейф Длина внедрения струи возрастает при увеличении расхода газа При малых расходах длина внедрения определяется как длина пузыря образующегося на выходе из сопла Для мелкой воды форма газожидкостного бугра является несимметричной относительно центральной линии струи длиной Ь с последующим образованием волн передвигающихся в сторону от сопла Ширина струи больше ширины струи с1С12 по отношению к виду спереди Таким образом, при горизонтальном истечении формы сечений струи у свободной поверхности воды и самого бугра имеют вид эллипсоидов, в отличие от окружностей при вертикальном истечении

Опытные данные обработаны в безразмерных переменных, и получены следующие зависимости

В третьем разделе третьей главы приводятся результаты сравнения полученных экспериментальных данных с опытами других авторов и сравнение экспериментальных подходов к нахождению связи размеров газожидкостного бугра с параметрами истечения струи

Полученные результаты измерения размеров газожидкостного бугра сравнивались с экспериментальными данными, полученными другими авторами Сравнение проводилось в безразмерных переменных для высоты и радиуса бугра при равных или близких значениях безразмерной толщины слоя жидкости. Приведены отклонения и совпадения в различных областях чисел Фруда и интерпретация отклонений

Проведено сравнение двух подходов к нахождению связи размеров бугра с параметрами истечения струи через слой жидкости Первый использован автором данной диссертации, который состоит в непосредственном измерении размеров бугра, то есть прямой эмпирический подход Второй подход для определения связан с изучением структуры струи и ее локальных характеристик в

¿= 17,44 Рг'

.0,364

самом слое жидкости с последующим их интегрированием, который встречается в литературе Указанный подход является полуэмпирическим, и носит название полуэмпирической модели При создании такой модели требуется привлечения больших трудоемких измерений и накопления экспериментальных данных при различных режимах истечения струй. Сделаем теоретическое обобщение второго подхода.

В произвольном сечении вертикальной или наклонно-направленной струи расход определяется выражением

2я г0

е= | |<р8шч1«1ф, (ю)

о о

где Q - объемный расход газа, г - радиальная координата, отсчитываемая от оси струи, г0 = г0(ф) - радиус струи в выбранном сечении, и — продольная скорость, фг - объемная концентрация газа; ф - угловая координата в сечении

Распределения скоростей и массовых концентраций газа хв по сечению для осесимметричной вертикальной струи можно описать экспоненциальными или степенными зависимостями с эмпирическими коэффициентами для различных режимов истечения струи Известна также зависимость, связывающая объёмную концентрацию газа сргт на оси струи с массовой концентрацией Тогда с использованием экспоненциальной зависимости для распределения скоростей и массовой концентрации формула (10) примет вид

Г Л2

Рь-Рс

Рь

б2

(/(Ф^))

(П)

» ехр(-7,18 ¡;2)

где /(ф )= ---—-Щ„ % = г/г0 - безразмерная

^ Г / >-2\ Рг 1

о ехр(-3,08

--1

Рь-Рс^ф Ф8т

координата, ка - поправочный коэффициент

Формула (11) служит для нахождения высоты бугра по известному расходу газа. Для ее использования требуется применения вычислительных методов, упрощающих предположений относительно ф^ или экспериментального

определения срт Из литературы известна работа Теплицкого И С , в которой использовались степенные зависимости для распределения скоростей и массовой концентрации Им была получена оценка подобного интеграла входящего в уравнение (11), в предположении постоянства массовой концентрации газа на оси Оценка концентрации газа проводилась для компактной струи Экспериментальные зависимости (pgm от расхода газа и толщины слоя получили Кастил-леус АХ и Бримакомбе ДК (Metall Trans В - 1987- 18В- pp. 659-671) для турбулентной вертикальной струи для трех расходов и двух толщин слоя жидкости Таким образом, для использования второго подхода требуются обширные экспериментальные данные для различных режимов струй и толщин слоя

В подходе, который использовал автор диссертации режимы истечения, без их исследования, определяются режимами «мелкой» и «глубокой» воды, то есть безразмерными толщинами слоя жидкости

В четвёртой главе приведены результаты экспериментального исследования газожидкостного бугра, образующегося при истечении вертикальной струи газа в слой неньютоновской жидкости

В первом разделе четвертой главы представлены результаты экспериментов по изучению истечения вертикальной газожидкостной струи истекающей из круглых отверстий и щелей в слой неньютоновской жидкости Неньютоновская жидкость представляла собой водный раствор полимера В качестве полимера использовался полиакриламид (ПАА) марки DF-FLCOC Использовался приготовленный водный раствор ПАА с концентрацией 1 г/л Реологическая кривая этого водного раствора представляет собой псевдопластическую жидкость при малых градиентах сдвига (у < 100) При у > 100 можно считать, что ПАА ведет себя как вязкопластическая жидкость Известно, что водный раствор ПАА подвержен деструкции (в нашем случае при перемешивании газовой струей) Поэтому измерение реологических характеристик используемого ПАА проводили до и после проведения опытов Следовательно, замеры размеров бугра в зависимости от параметров истечения проводились с переменными

реологическими коэффициентами до, и после проведения опытов. Для обработки брались средние реологические параметры То и Ць

Построены зависимости для безразмерной высоты бугра Н5 от числа Фруда, пример которых при различных безразмерных толщинах слоя неньютоновской жидкости над отверстиями представлен на рис. 7. Из графиков видно, что зависимости являются нелинейными функциями от безразмерного расхода.

Аппроксимация кривых показанных на рис. 7 приведены в диссертации, поскольку они по сравнению с аппроксимациями для истечения в ньютоновскую жидкость более громоздки.

Рис. 7. Зависимость безразмерной высоты бугра #б от Fr0'5:

а) для круглых отверстий при истечении воздуха в слой раствора ПАА для Не = 3,54-105 при различных толщинах слоя Нс: 1 (♦) - 56,4; 2 (Д) - 124,2; 3 (•) -225,7.

б) для щелей при истечении воздуха в слой раствора ПАА для Не = 3,47-10" при различных толщинах слоя Нс: 1 (♦) -57,0; 2 (Д) —125,4; 3 (•) -228,1.

Во втором разделе четвёртой главы представлено сравнение экспериментальных данных полученных для истечения газа в ньютоновскую жидкость (водопроводная вода) с данными для истечения газа в неньютоновскую жидкость (раствор ПАА).

Наблюдаются существенные различия при истечении газовой струи в воду и раствор ПАА. Так, если при одном и том же расходе при истечении газа в воду наибольшая высота бугра наблюдается при наименьшей толщине слоя жидкости, то при истечении газа в раствор ПАА наибольшая высота - при наи-

20

большей толщине слоя жидкости в рамках параметров опытов Если для воды экспериментальные данные для высоты бугра хорошо аппроксимируются линейными зависимостями, то для раствора ПАА эти зависимости уже описываются степенными функциями

Это объясняется тем, что раствор ПАА проявляет ярко выраженные неньютоновские свойства С увеличением толщины слоя жидкости большая часть раствора ПАА вовлекается в движение, и объем бугра увеличивается с возрастанием объёма выносимой жидкости, что и приводит к увеличению высоты бугра в пределах параметров измеренных при проведении опытов Также при проведении опытов при толщине слоя жидкости 50 мм наблюдался прорыв воздуха через вершину образующегося газожидкостного бугра, что могло оказывать влияние на высоту бугра

В заключении сделано обобщение результатов выполненной работы и приводятся основные выводы

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1 Разработана методика проведения опытов для изучения газожидкостного бугра, образующегося при истечении струи газа через слой ньютоновской или неньютоновской жидкостей

2 Создана установка, позволяющая реализовать новый метод измерения размеров газожидкостного бугра при помощи сконструированного датчика

3 Проведены опыты по измерению размеров бугра при истечении вертикальной газовой струи в слой ньютоновской жидкости в области значений параметров Фруда, Рейнольдса, Вебера и безразмерной толщине слоя 1,2 < Бг < 170, 6200 < Ые < 41600, 160 < < 1900, 40 < Нс< 318, соответственно Эта область шире диапазонов измерений опытов других авторов

4 Установлены эмпирические зависимости, связывающие геометрические параметры газожидкостного бугра, образующегося на поверхности нью-

тоновской жидкости при истечении вертикальной или горизонтальной струи, число Фруда и безразмерную толщину слоя

5 Получена эмпирическая зависимость для определения расстояния от среза сопла до центра газожидкостного шлейфа, образующегося при истечении горизонтальной газовой струи в слой ньютоновской жидкости

6 Впервые установлены зависимости между размерами, газожидкостного бугра на поверхности неньютоновской жидкости, параметрами истечения вертикальной струи газа через слой жидкости и толщиной слоя при следующих числах Фруда, Хедстрема, Вебера и безразмерных толщин слоя жидкости 2,6 <¥г< 140, 3,47 105 < Не < 7,61 105, 410 < < 2600, 40 < Нс< 230, соответственно.

Основные результаты опубликованы в работах

1 Иванников А В Изучение формирования и затухания струи газа при ее истечении с переменным расходом из отверстий в слой жидкости// Тезисы докладов 3-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» - М - 1999 - С 30

2 Исаев В И., Иванников А В. Методы компьютерной технологии в экспериментальном исследовании нестационарного истечения газовой струи в слой жидкости// Тезисы докладов 4-й научно-технической конференции посвященной 300-летию инженерного образования в России «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» - М - 2001.- С 75

3 Иванников А В Изучение нестационарного истечения струи газа в слой жидкости и использование полученных результатов в технических приложениях// Тезисы докладов 4-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» - М - 2001 - С 21

4 Исаев В И, Митюшин А И, Иванников А В Визуальное изучение горизонтальной затопленной газожидкостной струи// Тезисы докладов 5-й научно

- технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» - М - 2003 - С 67

5 Исаев В И, Иванников В Г, Иванников А В Оценка параметров газопроявлений в виде грифонов и экологической обстановки окружающей среды //Управлениекачеством в нефтегазовом комплексе -2004 -№1 -С 57-59

6 Иванников А В Изучение истечения газовой струи через слой жидкости при разрыве подводного участка промыслового газопровода// В науч -техн сб «Магистральные и промысловые трубопроводы проектирование, строительство, эксплуатация и ремонт» - М РГУ нефти и газа им И М Губкина, 2004-№3.-С 36-39

7 Исаев В И, Иванников В Г, Иванников А В Экспериментальное определение газосодержания в надводном образовании (бугре) при истечении струи газа через слой жидкости // Тезисы докладов 6-й научно - технической конференции посвященной 75-летию РГУ нефти и газа им И М Губкина «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» - М -2005 - Т 1-С 143-144

8 Исаев В И, Иванников В Г , Иванников А В Экспериментальное моделирование аварийного фонтанирования газовой скважины через слой жидко-сти//НТЖ Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море - М ОАО «ВНИИОЭНГ», 2005 - №10 - С 35-39

9 Иванников А В Экспериментальные исследования истечения газовой струи через слой жидкости//В сборнике научных трудов «Нефтегазовая гидромеханика» - М РГУ нефти и газа им И М Губкина, 2005 - 196 с

10 Исаев В И, Иванников В Г , Иванников А В , Шуть К Ф Внедрение струи газа в слой неньютоновской жидкости// НТЖ Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море - М ОАО «ВНИИОЭНГ», 2006 - №2 - С 29-32

11 Исаев В И, Иванников В Г, Иванников А В Экспериментальное изучение взаимодействия газожидкостных струй с поверхностью жидкости // Тезисы докладов 7-й Всероссийской научно-технической конференции «Актуаль-

ные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России».- М.-2007.-С 111-112

12. Исаев В И, Иванников В Г, Иванников А В Исследование взаимодействия газожидкостных струй с поверхностью ньютоновской и неньютоновских жидкостей// Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности Материалы Всерос. конференции 24-26 апреля 2007 г, посвященной 20-летию ИПНГ РАН М ГЕОС, 2007 с 109-110

13 Иванников А В Изучение истечения вертикальных и горизонтальных газовых струй в слой ньютоновской или неньютоновской жидкостей// Тезисы докладов 7-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» - М - 2007.- С. 18

Соискатель А В Иванников

аЩоту@Ьо1Ьох ги

Подписано в печать 10 10 2007 г Исполнено 10 10 2007 г Печать трафаретная

Заказ № 864 Тираж 100 экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш, 36 (495) 975-78-56 www autoreferat ru

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Обзор и анализ литературы, посвященный экспериментальным и теоретическим исследованиям струй.

2. Экспериментальная установка для изучения формы и двухфазных свойств газожидкостного бугра на поверхности жидкости и методика проведения экспериментов.

2.1. Применение теории размерности к истечению газовых струй через слой ньютоновской или неньютоновской жидкости с образованным на свободной поверхности газожидкостным бугром.

2.2. Описание экспериментальной установки.

2.3. Методика проведения экспериментов.

3. Экспериментальные исследования размеров газожидкостного бугра в зависимости от параметров истечения газожидкостной струи проходящей через слой ньютоновской жидкости.

3.1. Результаты опытов по изучению геометрических параметров газожидкостного бугра при истечении вертикальной струи через слой жидкости из круглых отверстий и щелей.

3.2. Результаты опытов по изучению геометрических параметров газожидкостного бугра при истечении горизонтальной струи в слой жидкости из круглых отверстий.

3.3. Сравнение результатов экспериментального исследования газожидкостного бугра с опытными данными других авторов.

4. Экспериментальное исследование размеров газожидкостного бугра, образующегося при истечении вертикальной струи газа через слой неньютоновской жидкости.

4.1. Результаты опытов по изучению геометрических параметров газожидкостного бугра при истечении вертикальной струи через слой неньютоновской жидкости из круглых отверстий и щелей.

4.2. Сравнение полученных экспериментальных данных при истечении газа через слой ньютоновской жидкости с данными истечения газа через слой неньютоновской жидкости.

В настоящее время в России эксплуатируется разветвлённая сеть магистральных, промысловых и морских газопроводов. При строительстве газопроводов приходится сооружать переходы через различные водные препятствия, такие как реки, озёра, водохранилища и болота. Для транспортировки добытого на шельфе газа на береговой приёмный пункт, строятся подводные морские газопроводы. При эксплуатации подводных переходов и морских газопроводов, а также при бурении газовых скважин на море могут возникать аварии, сопровождающиеся выбросом значительных объёмов газа. В ходе таких аварий при истечении газа в слой жидкости возникает газожидкостная струя, а на свободной поверхности водоёма возникает газожидкостный бугор. Другой пример - открытое фонтанирование скважины на суше, когда на устье образуется кратер, заполненный смесью бурового раствора и пластового флюида или при истечении газа через слой жидкости, находящейся в кратере грифона. По данным базы SINTEF [92] в период с 1970 по 1995 годы зафиксировано 320 выбросов газа и нефти при бурении и разработке месторождений в Мексиканском Заливе, Северном море и других континентальных шельфах. Крупные выбросы газа происходили в 1976 г. Fateh Field (Dubai), в 1985 г. Haltenbanken (Norway) и в 1990 г. на морском побережье Кореи. Выбросы газа представляют серьёзную опасность для морских нефтегазовых сооружений и их персонала, прибрежной инфраструктуры, судоходства, и наносят значительный ущерб окружающей среде. Для оценки последствий аварий и их успешной ликвидации необходимо знать законы распространения струй под поверхностью жидкости и их взаимодействие с ней. Таким образом, тема диссертации является актуальной и представляет большой практический интерес.

Цель работы

Целью работы является экспериментальное получение зависимостей для расчёта размеров газожидкостного бугра от расхода газа при истечении вертикальной или горизонтальной газовой струи через слой ньютоновской или неньютоновской жидкости.

Основные задачи исследования

1. Создание экспериментальной установки для изучения истечения газовой струи через слой ньютоновской или неньютоновской жидкости и разработка методики проведения опытов.

2. Измерение размеров газожидкостного бугра при истечении вертикальной или горизонтальной газовой струи через слой жидкости.

3. Получение расчётных зависимостей связывающих размеры газожидкостного бугра с параметрами истечения газа.

4. Сопоставление полученных результатов экспериментов с данными опытов других авторов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

Для решения поставленных задач использована теория размерности с целью выявления основных параметров, влияющих на размеры газожидкостного бугра от параметров истечения газа в слой жидкости. Измерения проводились с помощью приборов научного назначения. Научные положения и выводы подтверждены как результатами собственных экспериментов, так и результатами работ других авторов. Результаты работы докладывались на восьми Всероссийских и научно-технических конференциях.

Научная новизна

Разработана оригинальная методика экспериментальных измерений размеров газожидкостного бугра. Впервые установлены зависимости для расчёта геометрических параметров бугра, возникшего в результате истечения вертикальной или горизонтальной струи через слой ньютоновской или неньютоновской жидкости.

1. Установлена экспериментальная зависимость размеров газожидкостного бугра, образующегося на поверхности слоя при истечении вертикальной газовой струи через слой ньютоновской жидкости, в диапазоне безразмерных чисел Фруда, Рейнольдса, Вебера и толщин слоя: l,2^Fr ¿170; 6200s Res41600; 160 s Wes 1900; 40 £ Hcz 320, соответственно. Указанные диапазоны безразмерных параметров шире по сравнению с диапазонами измерений в опытах проведённых другими авторами.

2. Впервые установлены экспериментальные зависимости для расчётов размеров газожидкостного бугра, образующегося на свободной поверхности, от параметров истечения горизонтальной газовой струи в слой ньютоновской жидкости, а также для вертикальной струи при истечении через слой неньютоновской жидкости.

3. Получена эмпирическая зависимость для определения расстояния от среза сопла до центра газожидкостного шлейфа, образующегося при истечении горизонтальной газовой струи в слой ньютоновской жидкости.

4. Разработан и реализован новый способ измерения размеров газожидкостного бугра.

Практическая ценность работы

Предложенные в диссертации зависимости позволяют рассчитать неизвестный расход газа по размерам газожидкостного бугра (получаемым дистанционными методами) при аварии, которая может произойти при бурении на суше, когда газ на устье проходит через слой жидкости в кратере или через толщу воды на море. Знание расхода необходимо для расчёта режимов глушения скважин и прогноза технических и экологических последствий. По этим зависимостям также можно рассчитать по расходу газа размеры бугра, которые нужны, например, для определения размеров пятна загрязнения на поверхности рек и морей и оценки опасности судоходства.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: 3-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России, посвященной 70-летию РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина «Новые технологии в газовой промышленности». РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, М., 1999 г.; 4-й науч.-техн. конференции посвященной 300-летию инженерного образования в России «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России». РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, М., 2001 г.; 4-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности». РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, М., 2001 г.; 5-й науч.-техн. конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России». РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, М., 2003 г.; 6-й науч.-техн. конференции посвящённой 75-летию РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России». РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, М., 2005 г.; 7-й Всероссийской науч.-техн. конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России». РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, М., 2007 г.; Всероссийской конференции, посвящённой 20-летию ИПНГ РАН «Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности». ИПНГ РАН, М., 2007 г.; 7-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности». РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, М., 2007 г.; научных семинарах кафедры нефтегазовой и подземной гидромеханики РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ. Структура и объём диссертационной работы

Работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и списка литературы. Содержание работы изложено на 141 страницах, включающего 51 рисунок, 22 фотографии, 14 таблиц и списка литературы из 130 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработана методика проведения опытов для изучения газожидкостного бугра, образующегося при истечении струи газа через слой ньютоновской или неньютоновской жидкостей.

2. Создана установка, позволяющая реализовать новый метод измерения размеров газожидкостного бугра при помощи сконструированного датчика.

3. Проведены опыты по измерению размеров бугра при истечении вертикальной газовой струи в слой ньютоновской жидкости в области значений параметров Фруда, Рейнольдса, Вебера и безразмерной толщине слоя: 1,2 < Рг < 170; 6200 < Яе < 41600; 160 < ^Уе < 1900; 40 < Яс< 318, соответственно. Эта область шире диапазонов измерений опытов других авторов.

4. Установлены эмпирические зависимости, связывающие геометрические параметры газожидкостного бугра, образующегося на поверхности ньютоновской жидкости при истечении вертикальной или горизонтальной струи, число Фруда и безразмерную толщину слоя.

5. Получена эмпирическая зависимость для определения расстояния от среза сопла до центра газожидкостного шлейфа, образующегося при истечении горизонтальной газовой струи в слой ньютоновской жидкости.

6. Впервые установлены зависимости между размерами газожидкостного бугра на поверхности неньютоновской жидкости, параметрами истечения вертикальной струи газа через слой жидкости и толщиной слоя при следующих числах Фруда, Хедстрема, Вебера и безразмерных толщин слоя жидкости: 2,6 < Рг < 140; 3,47* 105 < Не < 7,61-Ю5; 410 < We < 2600; 40 < Нс< 230, соответственно.

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй.- М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., i960.- 716 с.

2. Азбель Д.С. К вопросу о режиме открытых газовых факелов при барботаже // Теоретические основы химической технологии.- 1971.- Т.5.-№5.- С. 708-714.

3. Айзенбуд М.Б., Дильман В.В. Вопросы гидравлики химических реакторов для систем газ-жидкость // Химическая промышленность.- 1961.- №3.- С. 199-204.

4. Аристов В.В. Изучение устойчивых и неустойчивых струйных течений на основе уравнения Больцмана // Механика жидкости и газа.- 1998.- №2.- С. 153-157.

5. Бай Ши-и. Теория струй.-М.: Физматгиз.,i960.-326 с.

6. Баранов В.Я. Учебный практикум по курсу "Физическая и коллоидная химия".- М.: МИНХ и ГП, 1985.- 94 с.

7. Барановский С.И., Клушин A.A. Начальный участок неизобарической двухфазной струи // Инженерно-физический журнал- 1988.- №1.- С. 145146.

8. Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны.- М.: Мир, 1964.466 с.

9. Блаженков В.В., Гиневский А.Ф., Гунбин В.Ф., Дмитриев A.C., Мотин А.И. Исследование монодисперсного распада жидких струй // Инж.- физ. журнал,- 1988.- Т. 55.- №3.- С. 413-418.

10. Ю.Бытев Д.О., Зайцев А.И. Методы статистической механики в теории диспергирования жидких струй // Теоретические основы химической технологии.- 1989,- Т. 23.- №2.- С. 240-245.

11. П.Бытев Д.О., Макаров С.Ю., Световой В.Б. Распад затопленной газовой струи на пузыри в заданном внешнем потоке жидкости // Изв. вузов. Химия и химическая технология.- 1986.- Т. 29.- вып. 12.- С. 101-104.

12. Васильев A.C., Талачев B.C., Павлов В.П., Плановский А.Н. Закономерности истечения струи газа в жидкость // Теоретические основы химической технологии,- 1970.- Т. 4.- №5,- С. 727-735.

13. Вахрушев И.А. Упрощенная теория вертикальных газовых струй (факелов) в псевдоожиженном слое // Теоретические основы химической технологии.- 1972,- Т. 6.- №1.- С. 89-93.

14. Вулис JI.A., Джаугаштин К.Е., Живов В.Г., Ярин Л.П. Распространение струй вязкой жидкости в среде со скачком плотности // ПМТФ.- 1972.-№3.-С. 115-122.

15. Вулис JI.A., Ершин Ш.А., Ярин Л.П. Основы теории газового факела.- Л.: Энергия, 1968.- 204 с.

16. Вулис Л.А., Кашкаров В.П. Теория струй вязкой жидкости.- М.: Наука, 1965.- 429 с.

17. Гебхарт Б., Джалурия Й., Махаджан Р. Л., Саммакия Б. Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен. В 2-х книгах, кн. 2.- М.: Мир, 1991,- 528 с.

18. Гиневский A.C. Теория турбулентных струй и следов.- М.: Машиностроение, 1969.- 400 с.

19. Гиршович Т.А. Турбулентные струи в поперечном потоке.- М.: Машиностроение, 1993.- 256 с.

20. Глинков М.А., Сборщиков Г.С., Неведомская И.Н. Динамика газовой струи в жидкости. Сообщение 1 // Изв. вузов: Чёрная металлургия.- 1974.-№1.- С. 158-160.

21. Глинков М.А., Сборщиков Г.С., Неведомская И.Н. Динамика газовой струи в жидкости. Сообщение 2 // Изв. вузов: Чёрная металлургия.- 1974.-№3.- С. 166-169.

22. Голеевский A.A. Вопросы механики струйного движения жидкостей и газов.- М.-Л.: Машгиз, 1957.- 89 с.

23. Гриценко А.И., Акопова Г.С., Максимов В.М. Экология. Нефть и газ.- М.: Наука, 1997.- 598 с.

24. Иванников A.B. Экспериментальные исследования истечения газовой струи через слой жидкости // В сборнике научных трудов «Нефтегазовая гидромеханика».- М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005.- 196 с.

25. Исаев В.И. Экспериментальная установка и методика исследования дебита газового фонтана по параметрам газо-водяного бугра на поверхности жидкости в кратере // Сборник «Нефть и газ».- М., 1972.- С. 108-109.

26. Исаев В.И. Некоторые задачи движения газожидкостных смесей при бурении скважин. Дис. . канд. техн. наук. МИНХ и ГП им. И.М. Губкина.- М., 1976.- 130 с.

27. Исаев В.И., Иванников В.Г., Иванников A.B. Оценка параметров газопроявлений в виде грифонов и экологической обстановки окружающей среды // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. -2004.-№1.-С. 57-59.

28. Исаев В.И., Иванников В.Г., Иванников A.B. Экспериментальное моделирование аварийного фонтанирования газовой скважины через слой жидкости // НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море.- М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2005.- №10.- С. 35-39.

29. Исаев В.И., Иванников В.Г., Иванников A.B., Шуть К.Ф. Внедрение струи газа в слой неньютоновской жидкости // НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море.- М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2006.- №2.-С. 29-32.

30. Исаев В.И., Леонов Е.Г. Определение дебита газовых скважин, аварийно фонтанирующих через слой жидкости // Газовая промышленность.- 1976.-№9.- С. 22-24.

31. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие. В 10 т. Т. VI. Гидродинамика.- 4-е изд., стер.- М.: Наука Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.- 736 с.

32. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.- Учеб. для вузов.- Изд. 6-е, перераб. и доп.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.- 840 с.

33. Максимов В.М., Лимар Е.Ф. Модели прогнозирования развития и экологических последствий аварийных ситуаций на объектах нефтегазового комплекса // В кн. Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности.- М.: Наука, 2000.- 399с.134

34. Малеванский В.Д., Шеберстов E.B. Руководство по проведению гидродинамических расчётов глушения фонтанов.- М.: ВНИИГАЗ, 1983.

35. Малеванский В.Д., Шеберстов Е.В. Гидродинамические расчёты режимов глушения фонтанов в нефтяных и газовых скважинах.- М.: Недра, 1990.246 с.

36. Мешенгиссер Ю.М. Динамическая модель образования пузырьков газа при барботаже сквозь жидкость // Химическая технология.- 2002.- №12.-С. 39-42.

37. Николаев А.Ф., Охрименко Г.И. Водорастворимые полимеры.- Д.: Химия, 1979.- 144 с.52.0хотский В.Б. Строение газовых струй // Изв. вузов. Чёрная металлургия.-1983.-№11.-С. 10-13.

38. Охотский В.Б. Длина газовой струи в жидкости // Изв. вузов. Чёрная металлургия.- 1996.-№6.- С. 10-13.

39. Панов Н., Вишницкий А., Яковлев Ю. Прецизионный измеритель перемещения // Радио.- 1986.- №2.- С. 27-28.

40. Путилова О.В., Гизатулин P.A. Статистика газовых пузырьков при продувке жидкости воздухом // Труды 14 научной конференции, посвященной 300-летию инженерного образования в России, Югра, 26-27 апреля 2001.-Томск, 2001.-С. 7.

41. Сборщиков Г.С., Неведомская И.Н. Пузырьковый и струйный режимы истечения газа через боковое затопленное отверстие // Цветные металлы.-1977.-№4.- С. 16-19.

42. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике.- 10-е изд., доп.-М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987,- 432 с.

43. Спиридонов Е.К. Распад свободной струи жидкости в газе // Вестник ЮУрГУ. Сер. Машиностр.- 2001.- №6.- С. 86-88.

44. Талачев В. С., Чепура И. В., Павлов В. П. Исследование течения жидкости, индуцированного струей газа // Теоретические основы химической технологии.- 1972.- Т. в.- № 2.- С. 219-230.

45. Теория турбулентных струй/Абрамович Г.Н., Гиршович Т.А., Крашенинников С.Ю., Секундов А.Н., Смирнова И.П. Изд. 2-е, перераб. идоп. / Под ред. Г.Н. Абрамовича.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1984.716 с.

46. Теплицкий И.С. Оценка дебита газового фонтана по размерам газоводяного бугра на поверхности воды в кратере // Докл. АН УзССР.- 1968.-№8.- С. 10-11.

47. Тернер Дж. Эффекты плавучести в жидкостях.- М.: Мир, 1977.- 431 с.

48. Траболд, Эсен, Обот. Увлечение окружающей жидкости турбулентными струями, истекающими из круглых сопел с острыми входными кромками // Теор. основы инженерных расчётов.- 1988.- №2.- С. 232-242.

49. Турбулентное смешение газовых струй // Под ред. Г.Н. Абрамовича.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1974.- 272 с.

50. Холпанов Л.П., Запорожец Е.П. и др. Математическое моделирование нелинейных термогидрогазодинамических процессов в многокомпонентных струйных течениях.- М.: Наука, 1998.- 320 с.бб.Чаплыгин С.А. О газовых струях.- М.-Л.: Гостехиздат, 1949.- 144 с.

51. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя,- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1969.- 744 с.

52. Эльперин И.Т., Мельцер В.Л., Павловский Л.Л., Енякин Ю.П. Процессы переноса во встречных струях (газовзвесь).- Минск: «Наука и техника», 1972.-216 с.

53. Banks R., Chandrasekhara D.V. Experimental investigation of the penetration of a high-velocity gas jet through a liquid surface // J. Fluid Mech.- 1963.- Vol. 15.-pp. 13-34.

54. Baines W.D., Corriveau A.F., Reedman T.J. Turbulent fountains in a closed chamber // J. Fluid Mech.- 1993.- Vol. 225.- pp. 621-646.

55. Baines W.D., Turner J.S., Campbell I.H. Turbulent fountains in a open chamber // J. Fluid Mech.- 1990.- Vol. 212.- pp. 557-592.

56. Bloomfield L.J., Kerr R.C. Turbulent fountains in a stratified fluid // J. Fluid Mech.- 1998.- Vol. 358,- pp. 335-356.

57. Brevik I., Kristiansen O. The flow in and around air-bubble plumes // Int. J. Multiphase Flow.- 2002.- Vol. 28.- pp. 617-634.

58. Buscaglia G.C., Bombardelli F.A., Garcia M.H. Numerical modeling of large-scale bubble plumes accounting for mass transfer effects // Int. J. Multiphase Flow.- 2002.- Vol. 28.- No 11.- pp. 1763-1785.

59. Bush J.W.M., Thurber B.A., Blanchette F. Particle clouds in homogeneous and stratified environments // J. Fluid Mech.- 2003.- Vol. 489.- pp. 29-54.

60. Caballina O., Climent E., Dusek J. Two-way coupling simulations of instabilities in a plane bubble plume // Phys. Fluids.- 2003.- Vol. 15.- No 6.- pp. 1535-1544.

61. Campbell I.H., Turner J.S. Fountains in Magma Chambers // J. Petrol.- 1989.-Vol. 30.-pp. 885-923.

62. Castillejos A.H., Brimacombe J.K. Measurement of Physical Characteristics of Bubbles in Gas-Liquid Plumes: Part I. An Improved Electroresistivity Probe Technique // Metallurgical Transactions B.- 1987.- Vol. 18B.- pp. 649-658.

63. Chanson H., Manasseh R. Air Entrainment Processes in a Circular Plunging Jet: Void-Fraction and Acoustic Measurements // Trans. ASME. J. Fluids Eng.-2003,- Vol. 125.- No 5.- pp. 910-921.

64. Chehroudi B., Talley D., Coy E. Visual characteristics and initial growth rates of round cryogenic jets at subcritical and supercritical pressures // Phys. Fluids.- 2002.- Vol. 14.- No 2.- pp. 850-861.

65. Dahlsveen J., Kristoffersen R., Satran L.R. Jet mixing of cryogen and water // Turbulence and Shear Flow Phenomena: 2 International Symposium. June 2729,2001.- Stockholm, 2001.- Vol. 2.- pp. 329-334.

66. De Andrade Jr. P.H., Nakagawa E.Y., Lage A.C.V.M. Behavior of Gas Plumes during an Offshore Blowout and its Impact on Environment and Sailing Conditions // Paper SPE 38962 presented at the Fifth Latin American and137

67. Caribbean Petroleum Engineering Conference and Exhibition, Rio de Janeiro, Brazil, 30 Aug.-3 Sept., 1997.- pp. 1-10.

68. Duchemin L., Popinet S., Josserand C., Zaleski S. Jet formation in bubbles at a free surface // Phys. Fluids.- 2002.- Vol. 14.- No 9,- pp. 3000-3008.

69. Fannelop T.K., Hirschberg S., Kuffer J. Surface current and recirculating cells generated by bubble curtains and jets // J. Fluid Mech.- 1991.- Vol. 229.- pp. 629-657.

70. Fannelop T.K., Sjoen K. Hydrodynamics of underwater blowouts // Norwegian Maritime Research.- 1980.- Vol. 8.- No4.- pp. 17-34.

71. Fontaine D.J., Hall M.E. Dispersion Modeling of Gas Releases on Offshore Platforms // Paper SPE 23288 presented at the First International Conference on Health, Safely and Environment, Hague, Netherlands, Nov. 10-14, 199l.-pp. 1-9.

72. Freire A.P.S., Miranda D.D'E., Luz L.M.S., Franca G.F.M. Bubble plumes and the Coanda effect // Int. J. Multiphase Flow.- 2002.- Vol. 28.- No 8.- pp. 12931310.

73. Friedl M.J. Bubble plumes and their interaction with the water surface. Dissertation No 12667. Swiss Federal Institute of Technology Zurich (ETH).1998.- 151 p.

74. Friedl M.J., Fannelop T.K. Bubble plumes and their interaction with the water surface // Applied Ocean Research.- 2000.- Vol. 22.- No2.- pp. 119-128.

75. Friedman P.D., Katz J. The flow and mixing mechanisms caused by the impingement of an immiscible interface with a vertical jet // Phys. Fluids.1999.- Vol. 11.- No9.- pp. 2598-2606.

76. Friedman P.D., Katz J. Rise Height for Negatively Buoyant Fountains and Depth of Penetration for Negatively Buoyant Jets Impinging an Interface // J. Fluids Eng.- 2000.- Vol. 122.- pp. 779-782.

77. Goossens L.HJ. Reservoir destratification with bubble columns.- Delft University Press, 1979.

78. Hoefele E.O., Brimacombe J.K. Flow Regimes in Submerged Gas Injection // Metallurgical Transactions B.- 1979.- Vol. 10B.- pp. 631-648.

79. Jones W.T. Air Barriers as Oil-Spill Containment Devices // Paper SPE 3050 presented at SPE 45th Annual Fall Meeting, Houston, Oct. 4-7, 1970.- pp. 126142.

80. Kobus H. Bemessungsgrundlagen und Anwendungen fur Luftschleier im Wasserban.- Bielefeld, E. Schmidt Verlag, 1973.

81. Kuwagi, K., Ozoe, H.,. Three-dimensional oscillation of bubble flow in a vertical cylinder // Int. J. Multiphase Flow.- 1999.- Vol. 25.- N1.- pp. 175-182.

82. Lin W., Armfield S.W. The Reynolds and Prandtl number dependence of weak fountains // Comput. Mech.- 2003.- Vol. 31.- No 5.- pp. 379-389.

83. List E.J. Turbulent jets and plumes // Ann. Rev. Fluid Mech.- 1982.- Vol. 14.-pp. 189-212.

84. Liu Shan-jun, Xu Wei-lin, Wang Wei, Qu Jing-xue. Aeration Effect of Submerged Jet on Hydraulic Characteristics // J. Hydrodyn. B.- 2002.- Vol. 14.-No3.-pp. 35-39.

85. Loes M., Fannelop T.K. Fire Hazard From an Underwater Release of Natural Gas // SPE Drilling Eng.- 1989.- Vol. 4.- No2.- pp. 171-178.

86. MA Xia, LI Jian-zhong, WEI Wen-li, TIAN Jia-ning, FANG Xiahg-wei. Research on the Numerical Simulation of Bubble Plumes // Xi'an ligong daxue xuebao = J. Xi'an Univ. Technol.- 2001.- Vol. 17.- No 1.- pp. 86-89.

87. Maximov V., Limar E., Isaev V. Hydrodynamic Study of Underwater Gas Blowouts: Theory and Experiment // Proceedings Int. Gas Res. Conf., paper EPP-07 (CD-ROM), 5-8 Nov., Amsterdam, Netherlands, 2001.

88. McGuirk J., Rodi W. A mathematical model for a vertical jet discharging into a shallow lake // Proceedings 17th Congress of the International Association for Hydraulic Research, Baden-Baden, Germany, August 15-19, 1977, Paper A72.- pp. 579-586.

89. Milgram J.H. The mean flow in round bubble plumes // J. Fluid Mech.- 1983.-Vol. 133.- pp. 345-376.

90. Murai Y., Matsumoto Y. Numerical Study of the Three-Dimensional Structure of a Bubble Plume // Journal of Fluids Engineering, Trans. ASME.-2000.-Vol. 122.- pp. 754-760.

91. Murai Y., Matsumoto Y., Yamamoto F. Qualitative and Quantitative Flow Visualization of Bubble Motion in a Plane Bubble Plume // J. Visualization.-2000.-Vol.3.-No. l.-pp27-35.

92. Murai Y., Ohno Y., Abdulmouti H., Yamamoto F. Flow in the Free Surface Induced by a Bubble Plume // Nihon kikai gakkai ronbunshie. B = Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B.- 2001.- Vol. 67.- No 657.- pp. 1120-1127.

93. Murota A., Muraoka K. Turbulent diffusion of the vertically upward jet // Proceedings Twelfth Congress of the International Association for Hydraulic Research, September 11-14, Fort Collins, Colorado, USA, 1967.- Vol. 4.- pp. 60-70.

94. Ohl C.D., Oguz H.N., Prosperetti A. Mechanism of air entrainment by a disturbed liquid jet // Phys. Fluids.- 2000.- Vol. 12.- No 7.- pp. 1710-1714.

95. Oryall G.N., Brimacombe J.K. The Physical Behavior of a Gas Jet Injected Horizontally into Liquid Metal // Metallurgical Transactions B.- 1976.- Vol. 7B.- pp. 391-403.

96. Rensen J., Roig V. Experimental study of the unsteady structure of a confined bubble plume // Int. J. Multiphase Flow.- 2001.- Vol. 27.- pp. 1431-1449.140

97. Riess I.R., Fannelop Т.К. Recirculating flow generated by line-source bubble plumes // Journal of Hydraulic Engineering.- 1998.- Vol. 124.- No 9.- pp 932940.

98. Sahajwalla V., Castillejos A.H., Brimacombe J.K. The Spout of Air Jets Upwardly Injected into a Water Bath // Metallurgical Transactions В.- 1990.-Vol.21B.-pp. 71-80.

99. Salesse A., Larue de Tournemine A., Roig V. Development of bubble cluster detection and identification method // Exp. Therm, and Fluid Sci.- 2002.- Vol. 26.-No 2-4.-pp. 163-171.

100. Shoji M. Nonlinear Bubbling and Micro-Convection at a Submerged Orifice // Tsinghua Sci. and Technol.- 2002.- Vol. 7.- №2.- pp. 97-108.

101. Shwarz M.P. Simulation of gas injection into liquid melts // Applied Mathematical Modelling.- 1996.- Vol. 20.- pp. 41-51.

102. Shy S.S. Mixing Dynamics of Jet Interaction with a Sharp Density Interface // Experimental Thermal and Fluid Science.- 1995.- Vol. 10.- No 3.- pp. 355369.

103. Tsuruta Т., Kuwagi K., Ozoe H., Spiral vortex flow around a bubble plume in vertical cylinder // Kyushu daigaku kino busshitsu kagaku kenkyujo hokoku = Repts Inst. Adv. Mater. Study Kyushu Univ.- 2000.- Vol. 14.- No 1.- pp. 31-36.

104. Turner J.S. The "starting plume" in neutral surroundings // J. Fluid Mech.-1962.-Vol. 13.-pp. 356-368.

105. Warriner R.A., Cassity T.G. Relief-Well Requirements To Kill a High-Rate Gas Blowout From a Deepwater Reservoir // Journal of Petroleum Technology (Paper SPE 16131).- 1988.-No 12.-pp. 1602-1608.

106. Zhao Y.-F., Irons G.A. The Breakup of Bubbles into Jets during Submerged Gas Injection // Metallurgical Transactions В.- 1990.- Vol. 21B.- pp. 997-1003.

107. Zhu C., Liu G.L., Wang X., Fan L.-S. A parametric model for evaporating liquid jets in dilute gas-solid flows // Int. J. Multiphase Flow.- 2002.- VOL 28.-No 9.- pp. 1479-1495.

108. Zhu Y., Oguz H.N., Prosperetti A. On the mechanism of air entrainment by liquid jets at a free surface // J. Fluid Mech.- 2000,- Vol. 404.- pp. 151-177.1. Соискатель A.B. Иванников