Randomizerrr

Какое количество тепла можно забрать из нефтяной скважины?

Добрый день,

Помогите пожалуйста сделать предварительные расчёты. Я сам далёк от термодинамики, поверхностное изучение формул через гугл и воспоминания из школьной и университетской физик к сожалению не привели меня к желаемому результату sad.gif

Дано:
Вертикальная скважина на глубину 2300м
Диаметр скважины: 7 дюймов
Скважина полность обсажена стальной обсадной колонной - т.е. в неё ничего не поступает из горной породы и она ничего не качает в горную породу. Происходит только естественный теплообмен. Саму стальную колонну в расчётах можно не учитывать.

Скважина всегда под завязку заполнена жидким азотом. Всё поступаемое тепло уходит на переход азота из жидкого состояния в газообразное. Газообразный азот автоматически забирается, а уровень жикого азота автоматически пополняется.
Всё происходит под атмосферным давлением.

Горная порода имеет коэф. теплопроводности = 1.5 Вт/(м*К)

Исходная температура горной породы: 
0-100: теплообмен не производится намеренно)
100-200: 20 градусов по цельсию
200-300: 23 градусов по цельсию
300-400: 26 градусов по цельсию
....
2100-2200: 80 градусов по цельсию.
2200-2300: 83 градусов по цельсию.

Вопросы:
1) Когда процесс теплообмена достигнет стационарного режима, какая темпеатурная картина установится? 
Интересеует зона охлаждения, а именно: в каком радиусе от скважины горная порода будет отличаться по температуре от своего изначального состояния больше чем на 1 градус?
2) Когда процесс теплопередачи достигнет стационарной картины, какой тепловой поток в Ваттах будет получать скважина?

Если интересно покопаться в расчётах поглубже, то есть ещё пару вопросов для гурманов:
3) Сколько времени потребуется в секундах от изначального состояния до становления стационарного режами?
4) Какое количество теплоты в Джоулях за этот "период становления" будет в общей сложности поглощено скважиной?

Заранее благодарен всем кто откликнется и кто готов потратить своё время на данную задачу.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах


То есть задачка не по зубам методу конечных элементов?:)

Получить решение численно скорее всего реально (теплотехника в сущности), как и показать какие-то графики/временные зависимости. Верифицировать модель как планируете? Есть какие-то экспериментальные данные? Если есть - могу передать ТЗ и Ваши контакты научруку, а он с расчётамт для нефтянников встречается не в первой (у нас наверное половина Перми на них пашут).

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
1 hour ago, Randomizerrr said:

Скважина всегда под завязку заполнена жидким азотом. Всё поступаемое тепло уходит на переход азота из жидкого состояния в газообразное. Газообразный азот автоматически забирается, а уровень жикого азота автоматически пополняется.

 

1 hour ago, Randomizerrr said:

2) Когда процесс теплопередачи достигнет стационарной картины, какой тепловой поток в Ваттах будет получать скважина?

Вот и будет все определяться расходом азота.

Q = mC (Tкипения азота - Тпоступающего азота) + mLиспарения

 

И какая температура в скважине и на расстоянии Х от оси - тоже.

 

Будете по литру в год азот заменять или по мегатонне в час - условие "газообразный азот автоматически забирается, а уровень жикого азота автоматически пополняется" остается выполненным.

 

Так что ГУ у задачи пока поставлены неправильно :biggrin:

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
48 минут назад, AlexKaz сказал:

То есть задачка не по зубам методу конечных элементов?:)

Получить решение численно скорее всего реально (теплотехника в сущности), как и показать какие-то графики/временные зависимости. Верифицировать модель как планируете? Есть какие-то экспериментальные данные? Если есть - могу передать ТЗ и Ваши контакты научруку, а он с расчётамт для нефтянников встречается не в первой (у нас наверное половина Перми на них пашут).

 

Ситуация несколько обратная. Есть возможность построить прототип и получить экспериментальные данные. Но для этого нужен ряд обоснований, одним из которых являются предварительные расчёты.

12 минуты назад, piden сказал:

 

Вот и будет все определяться расходом азота.

Q = mC (Tкипения азота - Тпоступающего азота) + mLиспарения

 

И какая температура в скважине и на расстоянии Х от оси - тоже.

 

Будете по литру в год азот заменять или по мегатонне в час - условие "газообразный азот автоматически забирается, а уровень жикого азота автоматически пополняется" остается выполненным.

 

Так что ГУ у задачи пока поставлены неправильно :biggrin:

@piden

Не согласен. По мере кипения уровень азота в скважине будет падать на основании физической возможности скважины принимать тепло.

Если скважина готова принять тепла на испарение мегатонны в час - будем подавать мегатонну азота в час на пополнение уровня. Не проблема.

Только все мы понимаем, что этот сценарий не реален, так как скважина столько тепла не примет за час.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
13 minutes ago, Randomizerrr said:

Если скважина готова принять тепла на испарение мегатонны в час - будем подавать мегатонну азота в час на пополнение уровня.

И вот тогда, зная расход азота в час или секунду, вы и сможете точно определить количество энергии.

 

Либо второй вариант: вы точно знаете условную "температуру на бесконечности" в этой породе, теплопроводность породы и задаетесь целью, какую температуру породы хотите получить на расстоянии Х от оси скважины. Тогда можно будет посчитать расход азота, и соотв. кол-во сообщаемой ему тепловой энергии для достижения этой цели.

 

Иные варианты - одно уравнение с двумя неизвестными.

 

Изменено пользователем piden

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
12 минуты назад, piden сказал:

Иные варианты - одно уравнение с двумя неизвестными.

@piden

Вообще, глядя на замеренный температурный градиент в скважине - наглядно видно, что температура растёт с глубиной линейно (стабильно по +3градуса на 100м).

Очень похоже на стационарный теплообмен через пластину. Зная теплопроводность земли можно ведь смоделировать температуру на глубине... ну скажем 100 000 м, чтобы получить наш фактический температурный градиент начальных условий? Ну типа стационарный теплообмен через пластину, но не металла а пластину земли. С одной стороны пластины условный "миллион" градусов, с другой стороны 20. Толщину пластины калибрануть таким образом, чтобы получить стабильный градиент +3градуса на 100м?

 

Вот и устраним одну переменную из двух?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Только на другом конце пластины не Т 20 градусов, а условие третьего рода - конвекция.

 

 

Upd: аа, похоже вы про то, как найти температуру породы, а я по задачу с породой и скважиной..

 

Я тут подумал, что "одно уравнение с двумя неизвестными" может оказаться дифференциальным, тогда его можно решить... Но дальнейшие размышления уже завтра)

Изменено пользователем piden

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
13 минуты назад, piden сказал:

Только на другом конце пластины не Т 20 градусов, а условие третьего рода - конвекция.

Я бы не моделировал поверхность земли и связанные с ней конвекционные процессы, а остановился бы на глубине 100м, на которой было замерено 20С. Интервал 0м-100м не брать в расчёт как неинтересующий.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
8 часов назад, Randomizerrr сказал:

Ну типа стационарный теплообмен через пластину, но не металла а пластину земли.

Точнее, толстостенную трубу.

В первом приближении избавьтесь от неравномерности распределения температуры по высоте скважины. Условно, можно принять равномерную температуру (83-60)/2 С. Дальнейшее решение стройте на основании Луканин "Теплотехника", с 415-417. Понадобится "условная толщина трубы" и реальный коэффициент теплоотдачи жидкого азота (который в реальности величина переменная по высоте скважины, а значит снова придётся усреднять).

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

"который в реальности величина переменная по высоте скважины"

...и который есть функция от расхода азота :rolleyes:

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Первое что пришло в голову, что на стационаре весь азот будет иметь температуру своего кипения... ниже на долю градуса.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

T=(83-20)/2 С  *

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!


Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.


Войти сейчас

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу



  • Реклама

  • Сообщения

    • streamdown
      Участвовал я как-то в создании ноутбука промышленного. Прям как для военных (это была первая целевая аудитория). Так там было КБ, ресурсы производства, связи, выставки (на которые можно было попасть только благодаря связям  ). Там были нехилые финансовые вливания даже на уровне проектирования (да-да...кадэшэчка, модельки, сборки), чего уж говорить обо всём остальном. И не срослось, ибо после первой же выставки...никто не заинтересовался)))) И не потому что не получилась "железка" (сработано было на ура, я б сам себе такой купил если б деньги были на это), а потому что - не тем военным показывали, и не тем гражданским. (вспоминаем вышеозвученные слова и буквы "PR + SMM + наверное, GR" ) Дык не с того начал! При наличии хоть какой-то вменяемой идеологии, маркетинга, и прочего "гуманитария" ))) я б тоже в бой ринулся (а кому не охота увековечить себя в летах). А так просто...замоделируй и просчитай заведомую "работу в стол" ... не.
    • MFS
      Работы много. Помнится тут человек вкинул идею на счет помощи детям с ДЦП: разработать раскрой для ходунков или кресла. Я ему писал потом, предлагал что-то поделать (у меня была возможность), но товарищ, похоже, скис не начав. Тут замах на несколько порядков сложнее...посмотрим.
    • streamdown
      До сих пор топикстартер так и не смог сформулировать свою роль (и свой конкретный род занятий) в своём проекте)))   Хмм...знаю лично одного довольно успешного фандрайзера (проще загуглить, чем тут описать деятельность). Так вот у него нет каких-либо "посиделок за столом". Там пипец работа гуманитария во всей красе. Он и образованием даже профильным высшим наделён, и даже не одним. Так вот, о чём я: создание техники подобного уровня и для подобных целей - это пипец какая непростая задача даже с точки зрения нетехнического персонала.
    • Клиент
    • elanium
      Коллеги, я думаю, что вопрос малой памяти в целесообразности. Фанук - японцы. Весь их уклад таков. Посмотрите на машины американцев - в них шаровая это ШАРОВАЯ! Кузов - КУЗОВ. Японцы - много авто с объемом движка меньше 0,2 литра! Так и с памятью. Удобство, конечно, не на первом месте, но варианты для работы есть. @Владимир56 вот умеет использовать знания для удобства - умеет программировать так, что удобно работать. Память сама по себе дорогая и в цене практически не падает. И что-то про Сименс все молчат, там с памятью вопрос решён?
    • imt
        Вроде описал?...   В локальной системе координат картинка НДС получается, нагляднее что ли. Удобно смотреть, компоненты напряжений, деформаций и т.п.   В принципе средствами ВБ это, наверное, решается: 1. Создать ЛСК, соответствующие каждому положению механизма 2. Задать ограничения в каждой ЛСК 3. На каждом шаге оставить активным только одно ограничение. Получается громоздко и трудоемко.   Забыл сказать, задача нелинейная с контактом. Надо посмотреть, в том числе распределение напряжений в пятне контакта в паре "ось- втулка" при работе механизма.       Хочется добавить в ВБ командную вставку - не знаю как...
    • LiViS
      Это колун, который будет колоть большие деревянные колоды. Это колун, который будет колоть большие деревянные колоды.  
    • MFS
      Стадия да, сильно допосевная. По уму тут уже в заголовке темы должен быть патентный поиск + обзор конкурирующих решений + свои идеи - работы - то на пару-тройку дней, но ТС и этим не озаботился.
    • piden
      Так может стоит описать, какую цель преследуют все манипуляции?
    • imt
      Надо бы закрепить ...