Расчет распределения температуры по стволу скважины

Практическая работа №6

Расчет распределения температуры по стволу скважины

Цель: определение геотермического градиента, геотермической ступени в остановленной скважине и геотермический градиент в работающей скважине.

Задачи: научить студентов используются данные термометрических исследований скважин определять продуктивные и поглощающие интервалы, теплофизические и гидродинамические параметры пласта.

При разработке нефтяных и газовых месторождений широко используются термометрические исследования скважин для решения следующего вида задач:

1. Первоначальное  распределение температуры по  пласту. По результатам исследования  строят карты изотерм.

2. Распределение  температуры по стволу остановленной  скважины – кривые геотермограммы.

3. Распределение  температуры по стволу работающей  скважины.

4. Определение  продуктивных или поглощающих  интервалов.

5. Определение  теплофизических и гидродинамических  параметров пласта.

Кривая распределения температуры по разрезу ствола скважины, снятая в долго простаивающей скважине, называется геотермограммой (см. рис. 6.1). Отношение разности температур между двумя точками к разности глубин называется геотермическим градиентом и показывает интенсивность нарастания температур с глубиной. Величина обратная геотермическому градиенту называется геотермической ступенью (см. рис. 6.2). Для практических расчетов геотермическую ступень вычисляют по отношению к глубине 100м.

При работе скважины за счет конвективного переноса тепла пластовой жидкостью или газом и теплопередачи в окружающую среду естественное распределение температуры вокруг ствола скважины нарушается за счет теплофизических параметров пласта и жидкости:

Теплоемкость пород, жидкости и газа Сп, Сж, Сг – это количество тепла, которое необходимо для нагревания 1 г породы, жидкости или газа на

Коэффициент теплопроводности l равен количеству тепла, протекающему в единицу времени через единичную поверхность, при перепаде температур в 1°С, l – кккал/(м×°С)» вт/(м×°С);

lп »2,1 вт/(м×°С); lв »0,5 вт/(м×°С); lн »0,12 вт/(м×°С);

Коэффициент температуропроводности ”a” характеризует скорость распространения температуры, в м2/с:

,      (1)

r - плотность, кг/м3.

Коэффициент теплопередачи Кл – это коэффициент теплообмена между потоком вещества и окружающей средой

    (2)

Отношение изменения температуры газа в результате его адиабатического расширения (дросселирования) к изменению давления называется дроссельным эффектом или эффектом Джоуля-Томсона.

Изменение температуры при снижении давления на 1 атм называется коэффициентом Джоуля-Томсона, который изменяется в широких пределах и может быть положительным или отрицательным.

Задание 1. Распределение температуры по стволу остановленной скважины

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 м,

 атм,

 Вт/м2 0С

 м3/сут

 кг/м3

 Вт·ч/кг·0С

 

Таблица 6.1 – Исходные данные для построения графика распределения температуры по стволу остановленной скважин

 

1. По исходным данным таблицы 6.1 построить график распределения температуры по стволу остановленной скважине (см. рис. 6.1)

 

2. Определить, геотермический градиент между двумя точками по стволу скважине используя таблицу 6.1 по формуле: 0С/м

 (3)

3. Определить геотермический ступень и нанести на график (см. рис. 7): м /0С

 (4)

4. Вычислить средневзвешенный геотермический  градиент Гср.в.: 0С/м

 (5)

5. Результат расчетов представлены в таблице 6.2

Таблица 6.2

Результаты расчетов

Н, м	0	200	400	600	800	1000	1200	1400	1600	1800	2000	2200	2400	2600	2800
t,0С	22,5	32	43	55	62	69,1	78	84	90	96,5	102	108,1	114,3	120,5	127
Г,0С/м	0,0475	0,055	0,06	0,04	0,04	0,045	0,03	0,03	0,033	0,028	0,031	0,031	0,031	0,0325
1/Г,м/0С	21,053	18,182	16,667	28,6	28,2	22,47	33,33	33,33	30,77	36,36	32,79	32,26	32,26	30,77
Гсрв, 0С/м	0,028

 

 

Рис. 6 Распределение температуры по остановленной и работающей скважине

Рис. 7 Геотермическая ступень в остановленной скважине.

Задание 2. Рассчитать распределение температуры по стволу работающей скважины.

По данным эксплуатации скважин на режиме работы скважины с дебитом в м3/сут перевести кг/час по формуле 6.

 (6)

Вычислить температуру на забое скважины:0С

 (7)

где: - Коэффициент Джоуля – Томсона

- депрессия  на забое, атм

Вычислить температуру по стволу скважины на глубинах: 0С

 метров  от забоя скважины.

 (8)

 (9)

где: –

d – диаметр проходного сечения, по которому движется жидкость, м

 – 17 Вт/м2 0С – линейный коэффициент теплопередачи.

Ср – 0,58 Вт·ч/кг·0С – коэффициент теплоемкости

Результаты расчетов занести в таблицу 6.3 и нанести на график геотермограмма по стволу в работающей скважине (см. рис. 6).

Таблица 6.3

Результаты расчетов

Н, м	0	200	400	600	800	1000	1200	1400	1600	1800	2000	2200	2400	2600	2800
t, 0С	130,75	130,3879	129,3625	127,7565	125,6423	123,0832	120,1349	116,8457	113,2583	109,4097	105,3327	101,0556	96,60344	91,99803	87,25848