Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Теплопередача при нагнетании в пласт горячей воды

Читайте также:
  1. Атрибуты: салфетки (сухие и влажные, одноразовая пластиковая посуда (стаканы, тарелки, вилки, ножи).
  2. Бювет источника № 1 возле санаториев Автор на горе Горячей
  3. Важно вот что: будущее пластично. Прошлое, впрочем, тоже...
  4. Відповідь: Беруть слиз із носоглотки стерильним ватним тампоном, зігнутим під кутом або методом «кашлевих пластинок».
  5. Восстановительные кожнопластические пластические операции
  6. Вязкость пластовой воды зависит от термодинамических параметров 3
  7. Гибкость и пластичность делают женщину сексуальной, похожей на кошечку. А, напротив, скованность и ограниченный диапазон движений прибавляют годы.

Вариант 13

 

 

Выполнил: ст.гр. МО-07-9

Кузьмин А.В.

Проверил: Купцов С.М.

 

 

Москва 2010

Постановка задачи

Горячая вода нагнетается в скважину глубиной Н по колонне насосно-компрессорных труб с наружным диаметром d2 и толщиной стенки δ1. Объ­емный расход равен V. Насосно-компрессорные трубы концентрично уста­новлены в обсадной колонне с наружным диаметром d4 и толщиной стенки δ2. Наружный диаметр цементного камня равен dцк. Кольцевое пространство между обсадной колонной и насосно-компрессорными трубами заполнено флюидом.

Температура горячей воды на забое скважины t3 через суток с начала нагнетания должна быть выше температуры породы 10 150С.

Определить температуру воды на устье скважины tу и температуры эле­ментов конструкции скважины на устье и забое скважины.

Построить графики изменения температуры горячей воды, геотермиче­ской температуры по глубине скважины и радиальное распределение темпе­ратуры на устье и забое скважины.

 

Таблица 1 - Исходные данные

V, м3/сут Г, 0С/м τ, сут Флюид, в КЗ Горная порода
  0,028   воздух известняки

 

Продолжение таблицы 1

Н, м d4, мм δ2, мм d2, мм δ1, мм dцк, мм
           

 


Краткая теория

Для решения задачи рассмотрим процессы, происходящие в нагнета­тельной скважине.

Рисунок 1 – Схема нагнетательной (добывающей) скважины:

1 – кондуктор;

2 – цементный камень;

3 – обсадная колонна;

4 – флюид;

5 – колонна НКТ;

6 – пакер;

7 – горная порода;

8 – пласт


Последовательность передачи теплоты от теплоносителя (нагнетаемой воды) к горной породе:

1 – вынужденная конвекция в теплоносителе;

2 – теплоотдача от теплоносителя к стенкам колонны насосно-ком­прес­сорных труб (НКТ);

3 – теплопроводность через стенки колонны НКТ;

4 – теплоотдача от стенок колонны НКТ к флюиду (воздух) в затрубном пространстве;

5 – свободная конвекция флюида;

6 – теплоотдача от флюида в затрубном пространстве к стенкам колонны об­садных труб (ОК);

7 – теплопроводность через стенки ОК;

8 – теплопроводность через цементный камень (ЦК);

9 – теплопроводность в горной породе.

Совокупность этих процессов называется теплопередачей в скважине.

Теплопроводность – процесс передачи теплоты при непосредственном соприкосновении различных тел или отдельных частиц тела, имеющих разные температуры.

Конвекция – процесс передачи теплоты при перемещении объемов жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в область с другой. При этом перенос энергии неразрывно связан с перемещением самой среды.

Тепловое излучение – это процесс передачи энергии путем электромагнитных волн. Теплообмен излучением представляет процесс последовательного превращения внутренней энергии одного тела в энергию излучения, распространения ее в пространстве и превращения энергии излучения во внутреннюю энергию другого тела.

Теплопередача – это процесс передачи теплоты от горячей текучей среды холодной через разделяющую стенку.

Теплоотдача – конвективный теплообмен между жидкостью и поверхностью твердого тела.
Расчет

1. Исходные данные:

V, м3/сут Г, 0С/м τ, сут Флюид, в КЗ Горная порода
  0,028   воздух известняки

 

Продолжение таблицы 1

Н, м d4, мм δ2, мм d2, мм δ1, мм dцк, мм
           

 

Время работы скважины:

Флюид в КЗ – воздух

Горная порода – известняки (Усинск)

Внутренний диаметр НКТ:

Наружный диаметр НКТ:

Внутренний диаметр ОК:

Наружный диаметр ОК:

2. При закачке в пласт горячей воды важно знать её температуру на забое. Зная температуру нейтрального слоя земли, определим температуру невозмущенной породы на забое:

3. Так как температура горячей воды на забое через 21 суток с начала испытания должна быть на 10-150С выше температуры породы, то пусть

4. Зная температуру нейтрального слоя земли и температуру невозмущенной породы на забое, построим график изменения геотермической температуры по глубине скважины.

 

5. Для определения теплофизических свойств флюида и элементов конструкции скважины, а также для определения изменения их температуры разделим глубину всей скважины на 10 равных участков и рассмотрим каждый в отдельности.

6. Рассмотрим первый участок глубиной от 0 до 150 м.

6.1 Предположим, что температура горячей воды на устье

Тогда,

Температура воды в колонне НКТ:

Средняя температура участка:

Температура внутренней поверхности НКТ:

 

Температура наружной поверхности НКТ:

Средняя температура НКТ:

 

Температура внутренней поверхности ОК:

Температура наружной поверхности ОК:

Средняя температура ОК:

Средняя температура воздуха:

Температура наружной поверхности ЦК:

Средняя температура ЦК:

6.2 Определим теплофизические свойства воздуха(для температур от -30 до 500 °С).

Коэффициент теплопроводности:

 

 

Удельная изобарная теплоемкость:

Плотность:

Кинематический коэффициент вязкости:

Коэффициент температуропроводности:

Коэффициент объемного расширения воздуха:

Критерии подобия для воздуха:

Критерий Прандтля:

Критерий Грасгофа:

Температурная поправка, учитывающая различие теплофизических свойств воздуха у поверхности теплообмена и вдали от неё в результате конвекции.

Так как , то:

Степень черноты стали для НКТ и ОК выбираем по таблице:

 

Приведенная степень черноты НКТ и ОК:

В затрубном пространстве находится воздух считаем эффективный коэффициент теплопроводности в кольцевом зазоре как передачу теплоты теплопроводностью и конвекцией:

Вода:

Критерии подобия для воды:

Массовый расход:

Скорость движения жидкости:

Критерий Рейнольдса:

Критерий Прандтля:

 

 

Критерий Прандтля при температуре внутренней поверхности колонны НКТ:

Температурная поправка, учитывающая различие теплофизических свойств жидкости у поверхности теплообмена и вдали от неё:

Критерий Нуссельта:

Так как режим течения жидкости – турбулентный, т.е. , то

Коэффициент теплоотдачи:

6.3 Теплофизические свойства известняков при Т=300 К (месторождение – Усинск):

Плотность породы:

 

Коэффициент теплопроводности:

Коэффициент температуропроводности:

6.4 Теплофизические свойства цементного камня:

Плотность цементного камня:

Коэффициент теплопроводности:

Коэффициент температуропроводности:

 

6.5 Теплофизические свойства стали для колонны НКТ и ОК при соответствующих им средних температурах:

Плотность стали:

Коэффициент теплопроводности:

Коэффициент температуропроводности:

6.6 Определим диаметр прогретой (возмущенной) породы (известняков):

 

 

Время прогрева НКТ:

Время прогрева воздуха в кольцевом зазоре:

Время прогрева ОК:

Время прогрева ЦК:

Время прогрева породы (известняков):

Отсюда, диаметр прогрева породы:

6.7 Коэффициент теплопередачи от нагнетаемой воды в окружающую породу:

6.8 Распределение температур по глубине:

Температура воды на первом интервале:

6.9 Погрешность расчетов:

 

6.10 Теперь необходимо уточнить температуру элементов конструкции скважины в горизонтальном сечении, это, с достаточной степенью точности, можно сделать используя метод последовательной смены стационарных состояний:

6.11 Тепловой баланс первого участка:

 

Погрешность расчета:

2) Тепловой баланс:

 

Ошибка:

 

Погрешность меньше 10%, следовательно, расчет призведен верно.

6.12. Аналогично первому, рассчитаем остальные участки и запишем результаты вычислений в таблицы:

График изменения температуры нагнетаемой воды по глубине скважины:

 

Таблица 2 – температуры флюида и элементов конструкции скважины

  Температура на участках, 0С
                     
75,0 73,3 72,4 71,7 71,2 70,7 70,2 69,9 69,6 69,5
74,0 73,1 72,3 71,6 71,1 70,6 70,1 69,8 69,4 69,3
73,9 73,0 72,2 71,5 71,0 70,5 70,0 69,7 69,3 69,2
73,9 73,0 72,3 71,6 71,1 70,6 70,1 69,8 69,4 69,3
45,6 47,4 49,1 50,9 53,1 54,7 56,6 58,7 60,7 62,7
45,6 47,3 49,0 50,8 52,7 54,6 56,5 58,6 60,6 62,6
45,6 47,4 49,1 50,9 52,9 54,7 56,6 58,7 60,7 62,7
59,8 60,2 60,7 61,2 62,5 62,7 63,3 64,2 65,0 65,9
38,1 40,6 43,0 45,5 48,2 50,7 53,2 55,7 58,6 61,1
41,8 44,0 46,0 48,2 50,4 52,7 54,9 57,2 59,6 61,9
  23,4 27,6 31,8   40,2 44,4 48,6 52,8  

 


Вывод:

Чтобы Температура горячей воды на забое скважины через 21 суток с начала нагнетания была выше температуры породы 10 150С необходимо, чтобы температура воды на устье на 6 0С превышала её температуру на забое. При движении воды от устья к забою происходит потеря тепла в стволе скважины.


Список использованной литературы:

1. Калинин А.Ф., Купцов С.М. Домашние задания по теплотехнике. Часть II. Теплопередача. – М.: РГУ нефти и газа, 2002. – 32с.

2. Трошин А.К., Купцов С.М., Калинин А.Ф. Термодинамические и теплофизические свойства рабочих тел теплоэнергетических установок. – М.: МПА-Пресс, 2006. – 78 с.

3. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплотехнике: Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Энергия, 1980. – 288 с., ил.

4. Поршаков Б.П., Бикчентай Р.Н., Романов Б.А. Термодинамика и теплопередача (в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности): Учебник для вузов. – М.: Недра, 1987. – 349 с.

5. Купцов С.М. Теплофизические свойства пластовых жидкостей нефтяных месторождений. – М.: РГУ нефти и газа, 2005. – 125 с.

 


Дата добавления: 2015-12-07; просмотров: 170 | Нарушение авторских прав



mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.033 сек.)