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

    • Вячеслав к
      Здравствуйте! подскажите пожалуйста! 1. У меня есть два вида изделий одно является просто деталью, а второе его исполнение (проводим дополнительную мех. обработку, устанавливаем метизы) и это изделие становится сборочной единицей. Могу ли я на одном сборочном чертеже показать сразу два изделия:  и сборочную единицу и его исполнение просто деталь. Проблема в том что номенклатура таких изделий очень большая, нужно свести к минимуму бумагу, но смысл один два вида изделий. И второе: могу ли я расположить спецификацию на втором листе сборочного чертежа формата А3 (хотя вроде бы спецификацию можно вставлять только в чертеж А4). Извините если вопросы глупые)).
    • Goshha
      нет, двойная обгонная муфта не работает - согласования не происходит.
    • karachun
      Эксперимент будет проще и надежнее, возможно есть теория подобной обработки, и там полуэмпирически можно оценить эффективность разных абразивов и режимов работы виброустановки. Можно же связать виброскорость установки со средней скоростью гранул, и кин. энергию гранул со скоростью обработки.
    • karachun
      Не очень понял, что для такой геометрии можно все варианты считать в ламинарной постановке?  
    • Bot
      Dassault Systemes запускает отраслевое решение Reinvent the Sky для аэрокосмической и оборонной отрасли Стартапы и небольшие OEM-производители в сфере воздушных перевозок, такие как Joby Aviation, смогут вдвое сократить время разработки прототипов легких летательных аппаратов и беспилотников Платформа 3DEXPERIENCE предлагает новые облачные возможности для создания прорывных решений в области воздушных перевозок Авиакосмический салон в Фарнборо ФАРНБОРО, Великобритания, 23 июля 2018 года — Компания Dassault Systemes (Euronext Paris: #13065, DSY.PA) на Международном авиакосмическом салоне в Фарнборо (Farnborough International Airshow) объявила о запуске нового отраслевого решения Reinvent the Sky для аэрокосмической и оборонной отрасли. Построенное на базе платформы 3DEXPERIENCE компании Dassault Systemes, отраслевое решение Reinvent the Sky ускоряет разработку легких самолетов и беспилотных летательных аппаратов, начиная с работы над [...] View the full article
    • vad0000
      B CYBELEC DNC600S установлены 3 платы: материнская, клавиатура и экран.   Я бы для начала попробовал подсоединить компьютер к ЧПУ, и запустить программу flash.  
    • karachun
      Можно смоделировать через VOF жидкость и саму бочку, как жидкость с вязкостью, стремящейся к бесконечности, или это только для пластики? И тогда можно будет получить отрицательные давления в жидкости.
    • KAVKAZMEN
      Задача поставлена - значит выполнима. Предполагаю следующий алгоритм работы: 1. Проработка (поиск, заимствование, разработка) мат. части, описывающей движение частиц в вибробункере. 2. Ограничения или допущения в мат.части каким-то образом должны быть описаны в WB т.е. гу и ну.   здесь работы пока мне хватит разбираться.   Если я не правильно стратегически мыслю, прошу поправить.
    • piden
      ... а чтобы с достаточным приближением смоделировать сплошную среду через SPH, необходимо использовать хотя бы 1e18 партиклов...
    • kolo666
      Нет такого анализа, спектр в формате PSD/Гц прикладывается в анализе на случайное воздействие, а здесь просто ускорение на Гц. Если найдешь такой анализ, где можно приложить такое ускорение, то все очень обрадуются)  Это спектры ответа, они даже выглядят все практически один в один.  Абсолютно одинаково считаются, за исключением того, что для оборудования нужно еще получить спектр ответа на нужной высоте выполнив Response Spectrum, ну или взять из нормативов.   P.S. Мы недавно методу писали для гос. учреждения одного, я наелся уже этими спектрами, там тоже долго понять не могли что мы им там понаписали. Скорее всего просто кивнули, положили в ящик, и продолжили в статике 0.4g прикладывать.