МАРИО1980 mail.ru
Исследование влияния сжимаемости
На величину баротермического эффекта при фильтрации газа
Дипломная работа
Научный руководитель:
Д.т.н., проф. Филиппов А.И.
Ст. пр. Миколайчук Н.П.
Стерлитамак 2002
содержание
введение..................................................................................................... 4
глава 1. постановка задачи о температурном поле в нефтегазовом пласте......................................................................... 8
1.1. Уравнения состояния реального газа.......................................... 8
1.2. Основные уравнения, описывающие процесс фильтрации газа в пористой среде………………………………..…………………….11
1.3. Описание задачи......................................................................... 13
1.4. Математическая постановка задачи.......................................... 14
1.4.1. Математическая постановка температурной задачи...... 14
1.4.2. Математическая постановка гидродинамической задачи 15
1.5. Основные идеи метода характеристик………………………….…15
1.6. Выводы………………………………………………………..……..22
Глава 2. Аналитическое решение задачи о баротерми-ческом эффекте для реальных уравнений состояния.................... 23
2.1. Решение гидродинамической задачи........................................ 23
2.2. Решение температурной задачи................................................ 25
2.3. Выводы....................................................................................... 27
Глава 3. Получение Аналитических выражений решения задачи о баротермическом эффекте с учетом барической сжимаемости........................................................................................ 27
3.1. Решение гидродинамической задачи для линеаризованного уравнения состояния.................................................................................. 27
3.2. Температурная задача в линеаризованном случае ................. 28
3.3. Выводы....................................................................................... 30
Глава 4. анализ результатов расчетов и Исследование температурных полей, возникающих при фильтрации газа 30
4.1. Анализ результатов расчетов температурных полей............... 31
4.2. Изучение вклада сжимаемости в величину баротермического эффекта................................................................................................... 38
4.3. Выводы....................................................................................... 40
заключение............................................................................................. 41
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................. 42
ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................ 43
Введение
Актуальность темы исследования. Одной из наиболее актуальных проблем современной геофизики является разработка теории температурных и гидродинамических полей при фильтрации газа. Они описываются нелинейными дифференциальными уравнениями, отыскание решений которых представляет значительные трудности. Особую значимость подобные задачи приобретают в связи с различными технологическими приложениями. Например, в последнее время возрос интерес к термическим исследованиям газовых пластов, как к одному из способов повышения эффективности газодобычи. На основании анализа температурных кривых выявляются интервалы притоков, заколонных перетоков, интервалов отложения газовых гидратов и т.д.
Для решения практических задач необходимо знать зависимость температуры от расстояния; температуры от времени при различных параметрах пластов.
Цель работы: Целью данной работы является разработка теории баротермического эффекта при фильтрации газа в прискважинной зоне газовых пластов и изучение вклада различных физических процессов.
Задачами исследования являются
- разработка математической модели термодинамических эффектов в прискважинной зоне газовых пластов;
- постановка задачи о баротермическом эффекте в прискважинной зоне, построение аналитического решения;
- проведение расчетов и анализ вклада различных физических процессов в температурное поле в прискважинной зоне;
- изучение влияния сжимаемости на величину баротермического эффекта.
Научная новизна: Впервые получено аналитическое решение нелинейной задачи о баротермическом эффекте с учетом барической сжимаемости, исследованы пространственно-временные распределения температурных полей при фильтрации газа в пористой среде; получены графики зависимости температуры от различных параметров и изучен вклад сжимаемости.
Практическая ценность заключается в возможности использования результатов исследований в физике пористых сред, в газодобывающей промышленности.
- полученные аналитические зависимости позволяют произвести оценку эффективности фильтрации газа в конкретных условиях и выбирать оптимальный режим.
- полученные результаты можно использовать для термического контроля за процессом фильтрации газа в пористой среде;
- результаты работы позволяют оценивать эффективность фильтрации газа и с учетом полученных результатов корректировать последующую технологию воздействия.
Краткая характеристика содержания работы: Дипломная работа состоит из введения, трех глав и заключения.
Во введении обоснована актуальность темы дипломной работы, поставлены задачи исследования и приводятся краткие сведения по работе.
В первой главе представлены основные уравнения, описывающие процесс фильтрации газа в пористом пласте. Сформулирована физическая и математическая постановки температурной и гидродинамической задач.
Во второй главе найдено решение гидродинамической задачи методом разделения переменных, методом характеристик построено решение температурной задачи и осуществлен анализ полученного аналитического решения на частных случаях.
В третьей главе осуществлены численные расчеты тепловых полей с помощью программного пакета Mathcad. Описан анализ вклада различных физических процессов.
В заключении подводятся итоги проведенного исследования.
При выполнении работы оказали большую помощь д.т.н., проф. Филиппов А.И., ст. пр. Миколайчук Н.П., ст. лаб. Скворцова О.В. В связи с этим, хочу выразить им большую благодарность за оказанную помощь в выполнении дипломной работы, указание путей решения возникающих трудностей, советы по рациональной организации труда.
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
– коэффициент температуропроводности, 
;
– температура, 
;
– давление, 
;
– скорость фильтрации, 
;
– скорость конвективного переноса тепла, ;
Π=с ρ/cpl;
m – пористость;
– относительная вязкость газа, 
– проницаемость, 
;
– коэффициент сжимаемости, 
;
– коэффициент теплопроводности, 
;
– радиус контура питания, 
;
– радиус скважины, ;
– плотность газа, 
;
– коэффициент Джоуля – Томсона, 
;
– удельная теплоемкость газа насыщающего пористую среду, 
;
– адиабатический коэффициент, ;
– время, 
;
Описание задачи
Рассмотрим температурную задачу в полярной системе координат, где среда представлена одной бесконечной областью (рис.1). Область является пористой и насыщена газом. Будем рассматривать случай радиального движения газа из бесконечности к скважине радиуса 
, ось которой совпадает с осью 
Рис. 1. постановка задачи
При описании температурной задачи примем следующие допущения:
- пористый пласт считается однородным и изотропным по гидродинамическим и теплофизическим свойствам;
- давления в скважине и на контуре питания остаются неизменными;
- породы, окружающие пласт предполагаются непроницаемыми и однородными по своим теплофизическим свойствам;
- температуры газа и скелета пористой среды в каждой точке совпадают;
- естественное тепловое поле Земли считается стационарным;
- пласт расположен на глубине порядка 1 – 2 км, поэтому суточные и сезонные колебания температуры не достигают пласта;
- адиабатическим эффектом, обусловленным гравитационным полем пренебрегаем.
Выводы
В данной главе представлены основные уравнения состояния реального газа, уравнения, описывающие процесс фильтрации газа в пористой среде. Дано описание задачи. Сформулированы физическая и математическая постановки температурной и гидродинамической задач. Описан метод характеристик, который использован для получения решения задачи в главе 2.
Выводы
В данной главе представлено аналитическое решение задачи о баротермическом эффекте с учетом реального уравнения состояния, которая включает в себя температурную и гидродинамическую задачи.
Выводы
В данной главе получено аналитическое решение задачи о баротермическом эффекте с учетом барической сжимаемости, которая включает в себя решение гидродинамической задачи для линеаризованного уравнения состояния и температурную задачу в линеаризованном случае.
Выводы
В данной главе сделан анализ результатов расчетов и исследованы температурные поля, возникающих при фильтрации газа. Показано, что величина температурного эффекта составляет около 20 К. Время установления температурного эффекта сильно зависит от проницаемости и для реальных значений проницаемости составляет приблизительно сутки. Это важно учитывать при интерпритации результатов термических исследований скважин.
Изучен вклад сжимаемости в величину баротермического эффекта. Показано, что в нестационарных полях величина температурного эффекта сильно зависит от сжимаемости, а после установления температуры не зависит от сжимаемости.
Показано, что время установления баротермического эффекта зависит от барической сжимаемости и лежит в пределах до 109 с при α~10-8 Па-1. При α~10-8 Па-1 время полного установления составляет (приблизительно) три года. Значит температурные поля в газовом пласте практически всегда нестационарны.
Заключение
В ходе проделанной работы были получены следующие результаты:
1. Описаны основные уравнения состояния реального газа, уравнения, описывающие процесс фильтрации газа в пористой среде.
2. Представлено аналитическое решение задачи о баротермическом эффекте с учетом реального уравнения состояния.
3. Получено аналитическое решение задачи о баротермическом эффекте с учетом барической сжимаемости.
4. Сделан анализ результатов расчетов и исследование температурных полей, возникающих при фильтрации газа.
5. Исследованы температурные поля и изучен вклад сжимаемости в величину баротермического эффекта. Показано, что в нестационарных полях величина температурного эффекта сильно зависит от сжимаемости, а после установления температуры не зависит от сжимаемости.
6. При α~10-8 Па-1 время полного установления температуры составляет (приблизительно) три года. Это означает, что температурные поля в газовом пласте практически всегда нестационарные. Следует отметить при этом что логарифмическая стабилизация достигается при времени около суток.
Список использованной литературы
1. Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. Статистическая физика// М.,1964.
2. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел// М: Наука. 1964. 487с.
3. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей// М., Наука. 1972.
4. Филиппов А. И., Фридман А. А., Девяткин Е. М. Баротермический эффект при фильтрации газированной жидкости: Монография. - Стерлитамак: Стерлитамак. гос. пед. ин-т; Стерлитамакский филиал Академии наук Республики Башкортостан, 2000. – 175с.
5. Филиппов А. И. Скважинная термометрия переходных процессов. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1989. – 116с.
6. Очан Ю. С. Методы математической физики// М: Высшая школа. 1965. 383с.
7. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. – М.: Наука, 1971. – 940с.
8. Морачевский А. Г., Сладков И. Б. Физико – химические свойства молекулярных неорганических соединений. – С. Пб.: Химия, 1996. – 312с.
9. Баскаков А. П., Гуревич М. И., Решетин Н. И. и др. Общая теплотехника. – М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1963. – 392с.
МАРИО1980 mail.ru
Исследование влияния сжимаемости
Дата: 2019-07-30, просмотров: 223.
