Распределение температуры по стволу скважины

 


Изменение температуры по глубине горных пород и  в простаивающей скважине


 


Температура окружающего воздуха влияет на температуру поверхностных слоёв земли до глубины  lC (1- 2м) с постоянной суточной температурой. Далее на глубине  имеется нейтральный слой с постоянной годовой температурой, которую приближенно можно оценить


 lH =19.1.lC                                                                                                                                (22)


Температура на глубине нейтрального слоя примерно 1-2о
выше среднегодовой температуры воздуха данного региона. Температура насыщающих горные породы газов и жидкостей соответствует температуре горных пород на данной глубине х


 


ТХ = ТН  + Г ( х - lН ),                                                                                          (23)   


 


где ТН -температура на глубине нейтрального слоя, К; lН - глубина нейтрального слоя, м; Г - геотермический градиент, К/м (изменяется в пределах 0.015 - 0.09).


При расчетах добычи газа необходимо знать распределение температуры в остановленной и работающей скважинах. Температура газа в простаивающей скважине определяется по формуле (23). Основное условие для получения истинного значения температуры в такой скважине - полная стабилизация температуры после её остановки. Продолжительность времени стабилизации зависит от тепловых свойств окружающих ствол скважины пород.


 


 Распределение температуры в стволе работающей скважины


 В случае отсутствия зоны многолетней мерзлоты распределение температуры по стволу работающей газовой скважины определяется по формуле


,                (24)


где L - глубина скважины, м; Din - коэффициент Джоуля - Томсона, К/МПа; ТХ - температура газа на глубине х, К;


;                                                            (25)


 


G - массовый расход газа, кг/ч; t - время работы скважины с начала её эксплуатации, ч; h - толщина пласта, м; СП
- объёмная теплоёмкость газоносной породы, Дж/К; RK , rC -радиусы контура питания и скважины, м;


 


,                                                                                                                         (26)


 


где lП - теплопроводность горных пород в интервале от L до х, Вт/(м.К); f(t ) - безразмерная функция времени:


.                                                                                                            (27)


 


Для расчета распределения температуры  по формуле (27) необходимо  знать геотермический градиент  Г  , пластовую температуру  рпл  , теплоёмкость горных пород  СП  , теплопроводность горных пород , теплоёмкость газа  СР  , коэффициент Джоуля - Томсона  Din .


Геотермический коэффициент. Этот параметр для различных месторождений изменяется в широких пределах (0.015 - 0.09град/м ), что вызывает необходимость определения его значения для данного месторождения путём непосредственного замера температур пласта и нейтрального слоя по формуле


,                                                                                                                   (28)


где пластовое значение температуры ТПЛ  определяются  при непосредственном замере.


Теплоёмкость горных пород. Обычно изменяется незначительно: в пределах 75.4 - 83.9 Дж/К для сухой породы. В условиях насыщения влагой теплоёмкость горных пород возрастает и принимается равной 125.6 Дж/К.


Теплопроводность горных пород. Существенно зависит от плотности пород и определяется из графика зависимости lПС от  rпк для сухого грунта. Поправка на влажность пород учитывается путём умножения теплопроводности lПС на поправочный коэффициент. При наличии в разрезе нескольких пропластков необходимо определить средневзвешенную по мощности теплопроводность по формуле


, где hi - толщина  i-го горизонта.


 


Теплоёмкость газа СР. Можно определить по графикам в зависимости от давления,  температуры  и удельного веса природного газа, а также используя уравнение для коэффициента сверхсжимаемости (задание 3) по формуле


.                                                                                                        (29)


 


Коэффициент Джоуля -Томсона Din . Характеризует изменение температуры с расширением газа, происходящее при отсутствии передачи тепла или работы, и определяется по номограммам или с использованием уравнения состояния (задание3) по формуле


.                                                                     (30)


 


Кроме указанных данных для расчета распределения температуры по стволу скважины необходимо знать время работы скважины  t от начала её эксплуатации, пластовое и забойное давления на момент расчета, давление на головке скважины и весовой расход газа G.


 


  Изменение температуры при наличии зоны вечной мерзлоты


 Для определения устьевой температуры газа в работающей скважине при наличии слоя вечной мерзлоты можно воспользоваться следующим уравнением


,                             (31)


 


где lM -расстояние от устья скважины до нижней границы зоны вечной мерзлоты, м; ТМ0 - температура газа при входе в зону вечной мерзлоты, К;        (32)


 


LMO - расстояние от середины интервала перфорации до нижней границы зоны многолетней мерзлоты, м; рмо
- давление у входа в зону мерзлоты на глубине LMO, МПа;


 


  ; ; ТМ -температура мёрзлых пород , соответствует температуре замерзания минерализованных грунтовых вод; lПМ - теплопроводность пород в зоне вечной мерзлоты, зависящая от плотности пород и определяемая по графику; в зоне вечной мерзлоты  ; СМ - теплоёмкость пород в зоне вечной мерзлоты, зависящая от плотности; b - учитывает скорость теплообмена при наличии отрицательных температур и определяется по формуле;


 


ТМ’- средняя температура мерзлого грунта, определяется измерением в остановленной скважине, К; ТСГ- среднегодовая температура поверхности почвы, К.

ищи здесь, есть все, ну или почти все