Задача 3

Рассчитать изменение температуры по стволу эксплуатационной газовой cкважины и построить зависимость распределения температуры потока газа по глубине Т_z=f(H). Исходные данные принять из таблицы 3.

Указание: температуру для нейтрального слоя земли для Краснодарского края t₀=14C.

Таблица 3

Последняя цифра шифра	К-т Дж.-Томпсона, , К/м	Глубина скв. Н, м	Теплоекость газа Ср, Дж/кг×к	Диаметр лифтовой колонны d0, м	Препоследняя цифра шифра	Депрессия на пласт, p, атм	Геотермический градиент Г,К/м	К-т теплопередачи k, Вт/м×к	Расход газа, G кг/с
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	0,4	1400	2100	0,06	0	8	0,06	6	2,1
1	0,3	1300	1950	0,09	1	15	0,03	10	1,8
2	0,35	1500	2000	0,08	2	10	0,08	8	1,5
3	0,45	1700	2200	0,07	3	12	0,05	15	2,0

циркуляция промывочной жидкости осуществляется так же, как и при бурении, однако в этом случае долото не разрушает по­роду. С точки зрения теплового состояния сква­жины процесс промывки отличается от процесса бурения тем, что при этом не выделяется тепло, образующееся от трения долота в процессе раз­рушения породы. Следовательно, температура циркулирующей жидкости должна быть несколько ниже той тем­пературы, которая характерна для процесса бурения.

Важным этапом в процессе проводки скважин является цемен­тирование затрубного пространства скважины.

Очевидно, что спуск обсадной колонны и создание вокруг нее оболочки из цементного камня значительно меняют характер теплообмена между породами и скважиной.

На рисунке 1 приведены кривые температурных изменений в различ­ные периоды эксплуатации калифорнийских скважин, полученные Френчем.

Здесь кривая ВБ характеризует распределение температуры по стволу скважины в период длительной ее остановки, когда можно принять, что температура жидкости, заполняющей скважину, равна температуре пород. Изменение температуры промывочной жидкости в процессе бурения характеризует кривая ГА. В период установившегося режима эксплуатации температура изменяется по кривой ДБ, отличной от кривой ГА.

ВБ - в период простоя;

АГ – в период бурения;

БД – в период эксплуатации;

Рисунок 1 - Распределение температуры по стволу скважины в разные периоды.

Таким образом, характер распределения температуры в буря­щейся скважине отличается от характера распределения темпера­туры простаивающих или эксплуатирующихся скважин.

Рисунок 4- Схема к решению эадачи № 2

1 – цементное кольцо, 11 – труба промежуточной колонны, 111 - бурильная труба, r₁ - r₅ - соответствующие внутренние и наружные радиусы 111-1, r₀ – радиус теплового воздействия скважины, λ_п, λ₁ – λ₁₁₁ - коэффициенты теплопроводности соответственно горной породы цементного кольца и обсадной трубы.

Указание: радиус теплового воздействия скважины рассчитать по формуле

,

где a – коэффициент температуропроводности породы, м²/с; а = 5×10^-7

τ – время промывки,час.

λ₁₁₁ = λ₁₁ = 45 Вт/м×К, λ₁ = 5Вт/м×К; r₁ = 131, r₂ = 141, r₃ = 290, r₄ = 299,

r₅ = 350 мм

Из рассмотрения схемы теплообмена в бурящейся скважине следует, что здесь тепло может передаваться от одной твердой стенки к другой (от цементного кольца к колонне), от твердой стенки к жид­кости (от колонны к восходящему потоку циркулирующей жидкости), от жидкости к твердой стенке (от восходящего потока циркулиру­ющей жидкости к бурильной колонне) и т. д. При этом в каждом случае характер передачи тепла будет различным.

Так, процесс передачи тепла между непосредственно соприка­сающимися частицами, имеющими различную температуру, проис­ходит в результате теплопроводности или кондукции, причем в чистом виде процесс теплопроводности наблюдается в твердых телах и в тонких неподвижных слоях жидкости или газа.

Тепло передается движущимися частицами жидкости или газа вследствие конвекции, причем конвекция всегда сопровождается кондукцией.

Тепло может передаваться и тепловым излучением и луче­испусканием (радиация). При этом тепло от одного тела к другому передается в результате электромагнитных колебаний через проме­жуточную среду, которая оказывается проницаемой для тепловых лучей. При этом тепловые лучи (лучистая энергия), попадая на облучаемое тело, частично снова превращаются в энергию тепло­вого движения.

Чаще всего в передаче тепла участвуют одновременно все виды теплообмена. Однако разграничить их действие не всегда возможно, поэтому один из видов, превалирующий в рассматриваемом случае, принимается за основной, а влияние остальных учитывается соот­ветствующими поправками. В целом процесс передачи тепла от одного теплоносителя к другому через разделяющую их преграду представляет собой сложный процесс, называемый теплопере­дачей.

Распространение тепла может происходить при установившемся (стационарном) или неустановившемся (нестационарном) режиме. При этом под установившимся тепловым режимом понимается такой тепловой процесс, при котором температура t в каждой точке остается во времени  постоянной, т. е. при таком процессе произ­водная дt/д равна нулю. Если дt/д отлична от нуля, то имеется неустановившийся тепловой режим.