Задача 3
Рассчитать изменение температуры по стволу эксплуатационной газовой cкважины и построить зависимость распределения температуры потока газа по глубине Тz=f(H). Исходные данные принять из таблицы 3.
Указание: температуру для нейтрального слоя земли для Краснодарского края t0=14C.
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, λп, 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.