Qu'est-ce que le flux annulaire?
Le flux annulaire est une méthode d’écoulement de liquide et de gaz dans un pipeline où le matériau de poids moléculaire plus léger coule au centre du tuyau et le matériau de poids moléculaire plus lourd forme un mince film qui coule le long de la paroi du tuyau. On le voit souvent dans l'industrie du pétrole où les débits sont élevés et peuvent se produire à la fois dans les conduites horizontales et verticales. Le fluide ou le gaz de masse plus légère peut également être sous forme de brouillard ou de suspension colloïdale connu sous le nom d’émulsion. L'interface entre les matériaux en écoulement peut ne pas être précise et peut impliquer des mélanges de gaz et de liquides.
Les variations de débit annulaire sont classées en tant que flux ondulé, où des irrégularités se produisent, ou flux annulaire vaporeux. Dans un écoulement annulaire vaporeux, à mesure que le débit augmente, la suspension colloïdale de globules de gaz dans le cœur augmente et conduit à la dispersion des globules en traînées et grumeaux. Il existe également plusieurs autres types de régimes d'écoulement, notamment les écoulements à bulles, à bouchons et à baratte dans les conduites verticales, ainsi que les stratifiés et les ondulés stratifiés dans les conduits horizontaux.
Le calcul des débits annulaires peut être difficile, car les équations exigent une mesure précise du diamètre intérieur du pipeline. Cela varie car le flux annulaire comporte une limite d'absence de débit qui modifie le diamètre effectif de l'intérieur du tuyau. Les valeurs précises sont difficiles à obtenir en fonction de la méthode de calcul utilisée.
Deux séries d’équations sont couramment utilisées pour déterminer le flux annulaire. Le premier est connu sous le nom d'écoulement de périmètre mouillé, où le diamètre effectif du tuyau est divisé par un produit carré des zones d'écoulement interne et externe. Les calculs de périmètre mouillé ne sont pas idéaux, car ils sont entièrement basés sur le soustraction du flux interne du flux externe sans prise en compte de la région sans flux. La méthode d'ingénierie pétrolière utilise une méthode plus complexe de comparaison des flux interne et externe, et il est connu pour produire des résultats de débit environ 40% plus élevés que la méthode du périmètre mouillé. Les équations de Petroleum Engineering semblent mieux refléter le débit réel mesuré que la méthode du périmètre mouillé, alors que la méthode du mouillé est la norme utilisée en ingénierie académique.
Les facteurs de friction doivent également être pris en compte dans le flux annulaire. L'utilisation de la surface extérieure du tuyau pour estimer le frottement est une méthode. On crée également un frottement moyen basé sur des données pondérées, deux approches considérées comme légitimes.
Il existe également différentes étapes dans l’écoulement gaz-liquide dans un tuyau où des transitions se produisent entre les divers types de régimes d’écoulement. Les transitions peuvent inclure des changements d’annulaire à wispy-annular, et de passage à un écoulement annulaire dans un tuyau vertical. Dans les conduites horizontales, les transitions communes dans les schémas d'écoulement incluent la transition entre le bouchon et l'annulaire. Ceux-ci, ainsi que de nombreux autres types d'états et de transitions de flux, ont tous des modèles mathématiques uniques pour calculer le débit actuel dans la conduite.