روش Baker یکی از روش‌های محاسبه جریان دوفازی است که به‌طور خاص برای محاسبه جریان نفت و گاز در لوله‌های نفتی استفاده می‌شود. این روش بر اساس معادلات تعادل جرم و تعداد حرکت بین دو فاز نفت و گاز در لوله‌ها ارائه شده است.
برای استفاده از روش Baker در محاسبه جریان دوفازی، باید ابتدا پارامترهایی مانند دبی، فشار، دما و ترکیب نفت و گاز در لوله تعیین شود. سپس با استفاده از رابطه‌های مشخص شده در روش Baker، سرعت و فشار هر یک از فازها در لوله محاسبه می‌شود. این رابطه‌ها بر اساس ویژگی‌های فیزیکی هر یک از فازها، مانند ویسکوزیته، چگالی و پذیری گاز در نفت تعیین می‌شوند.
روش Baker برای محاسبه جریان دوفازی مناسب است، زیرا به‌طور کلی با دقت بالا عمل می‌کند و پارامترهای مختلفی را در نظر می‌گیرد. با این حال، این روش برای شرایط خاصی مانند جریان نفت و گاز در لوله‌های نفتی مناسب است و برای شرایط دیگری که شامل فازهای مختلفی هستند، مانند جریان سه فازی، نمی‌توان از آن به‌طور مستقیم استفاده کرد.
به‌طور کلی، استفاده از روش Baker در جریان دوفازی برای محاسبه جریان نفت و گاز در لوله‌های نفتی، مورد توجه بسیاری از متخصصان صنعت نفت و از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
روش Baker برای محاسبه جریان سه فازی
روش Baker برای محاسبه جریان سه فازی مناسب نیست و معمولاً برای محاسبه جریان دوفازی، به‌طور خاص جریان نفت و گاز در لوله‌های نفتی استفاده می‌شود. این به دلیل این است که روش Baker تنها برای دو فاز محاسبه سرعت و فشار در لوله به کار می‌رود و برای محاسبه جریان سه فازی، می‌توان از روش‌های دیگری مانند روش Oroskar-Ishii و Adams-Johnson استفاده کرد.
روش Oroskar-Ishii و Adams-Johnson برای محاسبه جریان سه فازی مناسب هستند و با استفاده از معادلات تعادل جرم، تعداد حرکت و انرژی، جریان سه فازی را در لوله محاسبه می‌کنند. این روش‌ها برای محاسبه سرعت و فشار هر یک از سه بخش مایع، گاز و جامدات (اگر وجود داشته باشند) در لوله استفاده می‌شوند.
بنابراین، در کل روش Baker برای محاسبه جریان دوفازی مناسب است، اما برای محاسبه جریان سه فازی، به‌طور معمول از روش‌های دیگری استفاده می‌شود.
محاسبه baker در جریان دوفازی
برای محاسبه جریان دوفازی با استفاده از روش Baker، ابتدا باید پارامترهای مورد نیاز برای محاسبه را تعیین کرد. این پارامترها عبارتند از:
1. دبی (Q)، یعنی مقدار جریان مایع در لوله به واحد حجم در واحد زمان
2. فشار (P)، یعنی فشار مایع در لوله
3. دما (T)، یعنی دمای مایع در لوله
4. ترکیب مایع و گاز (R)، یعنی نسبت حجمی گاز به مایع در جریان
بعد از تعیین پارامترهای بالا، می‌توان با استفاده از روش Baker، سرعت و فشار هر یک از فازها در لوله را محاسبه کرد. برای این کار، از روابط زیر استفاده می‌شود:
1. برای محاسبه سرعت نفت (u_o):
u_o = (Q / A_o) / (1 - R)
که A_o مساحت مقطع جریان نفت در لوله است.
2. برای محاسبه سرعت گاز (u_g):
u_g = (Q / A_g) / R
که A_g مساحت مقطع جریان گاز در لوله است.
3. برای محاسبه فشار نفت (P_o):
P_o = P - (f_o * ρ_o * (u_o ^ 2) * L) / (2 * D)
که f_o ضریب اصطکاک نفت در لوله، ρ_o چگالی نفت، L طول لوله و D قطر داخلی لوله است.
4. برای محاسبه فشار گاز (P_g):
P_g = P + (f_g * ρ_g * (u_g ^ 2) * L) / (2 * D)
که f_g ضریب اصطکاک گاز در لوله، ρ_g چگالی گاز و u_g سرعت جریان گاز در لوله است.
با توجه به مقادیر بالا، می‌توان با استفاده از روش Baker، سرعت و فشار هر یک از فازها در جریان دوفازی را در لوله محاسبه کرد.
مثال از محاسبه جریان دوفازی با استفاده از روش Baker
محاسبه جریان دوفازی با استفاده از روش Baker برای جریان نفت و گاز در یک لوله نفتی:
فرض کنید یک لوله نفتی با قطر داخلی 8 اینچ و طول 5000 فوت وجود دارد که در آن جریان دوفازی از نفت و گاز در حال جریان است. پارامترهای زیر برای این جریان تعیین شده است:
- دبی (Q) = 5000 بشکه در روز (یعنی 5000 بشکه نفت در روز در لوله جریان دارد)
- فشار (P) = 2000 پوند بر اینچ مربع
- دما (T) = 150 درجه فارنهایت
- ترکیب نفت و گاز (R) = 0.2 (یعنی گاز 20 درصد حجم جریان را تشکیل می‌دهد)
با استفاده از روش Baker، می‌توان سرعت و فشار هر یک از فازها در لوله را محاسبه کرد. برای این کار، ابتدا مساحت مقطع جریان هر یک از فازها را با توجه به قطر داخلی لوله محاسبه می‌کنیم:
- مساحت مقطع جریان نفت (A_o) = (π/4) * (8 اینچ) ^ 2 = 50.27 اینچ مربع
- مساحت مقطع جریان گاز (A_g) = R * A_o = 0.2 * 50.27 = 10.05 اینچ مربع
حال می‌توانیم با استفاده از روابط زیر، سرعت و فشار هر یک از فازها را محاسبه کنیم:
- سرعت جریان نفت (u_o) = (Q / A_o) / (1 - R) = (5000 بشکه / 24 ساعت) * (1 بشکه / 42 گالن) * (1 گالن / 0.1337 فوت مکعب) / (24 ساعت / 3600 ثانیه) / (50.27 اینچ مربع) / (1 - 0.2) = 2.36 فوت بر ثانیه
- سرعت جریان گاز (u_g) = (Q / A_g) / R = (5000 بشکه / 24 ساعت) * (1 بشکه / 42 گالن) * (1 گالن / 0.1337 فوت مکعب) / (24 ساعت / 3600 ثانیه) / (10.05 اینچ مربع) / 0.2 = 72.7 فوت بر ثانیه
- فشار نفت (P_o) = P - (f_o * ρ_o * (u_o ^ 2) * L) / (2 * D) = 2000 پوند بر اینچ مربع - (0.0025 * 52.1 پوند بر فوت مکعب * (2.36 فوت بر ثانیه) ^ 2 * 5000 فوت) / (2 * 8 اینچ * 12 اینچ بر پوند) = 1664.5 پوند بر اینچ مربع
در اینجا، f_o ضریب اصطکاک نفت در لوله، ρ_o چگالی نفت، L طول لوله و D قطر داخلی لوله است. با توجه به این مقدار، فشار نفت در جریان دوفازی در لوله برابر با 1664.5 پوند بر اینچ مربع است.
- فشار گاز (P_g) = P + (f_g * ρ_g * (u_g ^ 2) * L) / (2 * D) = 2000 پوند بر اینچ مربع + (0.0002 * 0.0752 پوند بر فوت مکعب * (72.7 فوت بر ثانیه) ^ 2 * 5000 فوت) / (2 * 8 اینچ * 12 اینچ بر پوند) = 200.8 پوند بر اینچ مربع
در اینجا، f_g ضریب اصطکاک گاز در لوله، ρ_g چگالی گاز و u_g سرعت جریان گاز در لوله است. با توجه به این مقدار، فشار گاز در جریان دوفازی در لوله برابر با 200.8 پوند بر اینچ مربع است.
بنابراین، با استفاده از روش Baker، سرعت و فشار هر یک از فازها در جریان دوفازی از نفت و گاز در لوله محاسبه شد.
