Изменение температуры теплоносителя на участке скважины (200-600)м

Температура пара в любом сечении скважины определяется по формуле:

где τ ₀ – температура нейтрального поля Земли, τ ₀ = 6°С  (исходные данные);

t _1у – температура пара на устье нагнетательной скважины, t _1у = 250˚C (исходные данные); 

Г  – геотермический градиент, Г = 0,0137˚C/м (исходные данные);

х  – осевая координата сечения скважины, м (задаемся 100м, 200м, 300м, 400м, 500м в интервале 100 – 500м),(исходные данные); 

А – (k×π×d₀) ∕(G×с_р), 1/м (расчетные данные);

G  – расход пара, кг∕с (исходные данные); G = 4,5 т/ч = 4,5·10³/3600 = 1,25кг/с;

k– коэффициент теплопередачи, Вт ∕(м² × ˚ C) (расчетные данные);

d₀ – диаметр трубы НКТ, по которой осуществляется нагнетание пара, м

d₀ = 0,079м (исходные данные).

Коэффициент теплопередачи рассчитывается по упрощенной формуле для нагнетательных скважин:

где a ₁  – коэффициент теплоотдачи от пара к площади внутренней поверхности трубы НКТ, по которой осуществляется нагнетание, Вт/(м × град);

δ _i  – толщина i- го слоя многослойной цилиндрической стенки нагнетательной скважины (исходные данные), м;

    δ_п – толщина разогретого слоя породы, м;

где а _n –коэффициент температуропроводности породы, м/с²;

   l _i  и l _n  – коэффициенты теплопроводности материала i -го слоя и слоя горной породы, Вт/(м × ^° С);

    d_mi  и d_{m . n}  – средние логарифмические значения диаметров i -го слоя и разогретого слоя породы, м;

Коэффициент теплоотдачи рассчитывается с помощью критериальных зависимостей для случая вынужденной конвекции. Определяющая температура теплоносителя – средняя температура пара (исходные данные). Физические параметры пара выбираются по справочным данным.

а) определим среднее логарифмическое значение диаметров труб НКТ

;

б) определим среднее логарифмическое значение диаметров для изоляции

;

в) определим среднее логарифмическое значение диаметра для кольцевого пространства

; м;

 

г) определим среднее логарифмическое значение диаметра для обсадной колонны

;

д) определим среднее логарифмическое значение диаметра для цементного камня

;

е) определим среднее логарифмическое значение диаметра породы

;

Свойства водяного пара в состоянии насыщения при средней температуре пара при t_пара =180°С (таблица 3 приложения):

С_р=2,709 кДж/(кг×К) – изобарная теплоёмкость пара;

λ=3,268×10^-2.Вт/(м×град)– коэффициент теплопроводности пара;

ν =2,93×10^-6 м²/с – кинематическая вязкость водяного пара; 

    Pr_ж =1,25– критерий Прандтля;

 

Найдем число Рейнольдса:

 

Определим число Нуссельта:

    При этом температура стенки трубы:

    Число Прандтля при t_c=170^oC по таблице 3 приложения Pr_c=1,21.

    Коэффициент теплоотдачи составит:

Определим коэффициент теплопередачи:

Для построения графика изменения температуры теплоносителя на участке нагнетательной скважины 100-500 выбираем сечение x_i и определяем для каждого t невозмущённой породы и пара:

х₁ = 100 м      τ₁ = 6 + 0,0137 × 100 = 7,37°С

х₂ = 200 м      τ₂ = 6 + 0,0137 × 200 = 8,74°С

х₃ = 300 м      τ₃ = 6 + 0,0137 × 300 = 10,11°С

х₄ = 400 м      τ₄ = 6 + 0,0137 × 400 = 11,48°С

х₅ = 500 м      τ₅ = 6 + 0,0137 × 500 = 12,85°С

Сведём полученные данные в таблицу

х i, м	100	200	300	400	500
τi, °С	7,37	8,74	10,11	11,48	12,85
ti, °С	230,042	211,912	195,336	180,06	166,53

Таблица 1

 

где x_i – осевая координата сечения скважины, м;

    τ_i – температура невозмущенной породы для каждого сечения, ^оС;

    t_i – температура пара в сечении, ^оС

 

 

По полученным расчётным данным построим график изменения температуры пара на участке нагнетательной скважины (200-600)м

 

Рисунок 4 - График изменения температуры пара на участке нагнетательной скважины (100-500)м