Қ азақстан республикасы ауыл шаруашылығы министрлігі
Ұңғымаларды термодинамикалық зерттеу
жүктеу/скачать 9,92 Mb.
|
Мұнайды өндірудің техникасы мен технологиясы оқу құралы (1)
| 12.4 Ұңғымаларды термодинамикалық зерттеу
Жер бетіндегі температураның ауытқуы аз тереңдікте температураның өзгеруін туындататыны белгілі. Бұл деңгей бейтарап қабат деп аталады, одан төмен температура жер тереңдігінен өтетін жылу ағынының әсерінен тұрақты және біркелкі өседі. Мұндай жылу ағынын құру үшін тәулігіне 50 млрд. м3 метанды жағу қажет. Q жылу ағынының қарқындылығы немесе қуаты жылу өткізгіштігімен және температуралық градиентпен байланысты г = dT / dx: , (101) Егер жылу ағыны тұрақты болса, онда температура градиентінің таралуын өлшеу арқылы тау жыныстарының мәндерін бағалауға және оларды осы шамамен ажыратуға болады. Шөгінді жыныстардың біртекті қалыңдығында Т(х) геотермасы, тұрақты жылу ағыны жердің әртүрлі геологиялық аудандарында әртүрлі мәндері бар (орташа г среднем 0,03 °С/М) жердің температуралық градиентіне сәйкес келетін көлбеу түзу сызықпен ұсынылады. Көлденең қабаттарды әр түрлі жылу өткізгіштік коэффициенттерімен ауыстыру кезінде жердің тұрақты жылу ағынының геотермасы әртүрлі көлбеу бұрыштары бар түзу сызықты сегменттерден тұратын сынған сызықпен ұсынылады. Аз жылу өткізгіштігі көп еңкіштігі желісі Т{х) қарсы осы прослоя. Т(х) табиғи геотермадан ауытқулар қабаттарда болатын гидро-және термодинамикалық процестермен байланысты және әсіресе қызықты, өнімді перфорацияланған интервалда. Ұңғыманы жұмысқа жібергенге дейін өлшенген бастапқы термограмма Жердің табиғи қойылмаған жылу алаңы туралы түсінік береді. Жұмыс істеп тұрған ұңғыманың термограммасы сұйықтықтың ағуынан немесе оның жұтуынан, сондай-ақ олардың қарқындылығының өзгеруінен туындаған барлық жылу ұйытқыштарын көрсетеді. Сондықтан өнімді немесе сіңіргіш аралықтарды бөлу, олардың қалыңдығын, сіңіру қарқындылығын анықтау және забой маңы аймағының жалпы жай-күйін анықтау үшін негіз қолданыстағы ұңғыманың геотермасы мен термограммасы арасындағы айырмашылықтар болып табылады. Егер ағынның шексіз үлкен жылдамдығы болса, онда ол температураны өзгертпестен бетке жетеді - сурет бойынша АСо сызығы. 63. Оның жылдамдығы соңғы болғандықтан, ол салқындайды және кейбір тереңдіктен бастап (сурет нүктесі. 63), ағынның термограммасы тг геотермасына параллель көлбеу сызыққа өтеді. Айырмашылық температура Тп - Тг = Т көтеріледі мұндай кезде деректердің физикалық қасиеттері тау жыныстарының жылу жоғалту қоршаған ортаға салыстырылады жылы лебізбен, принесенной вакуммен. Ол ағынның қарқындылығына тікелей пропорционалды немесе сол, жоғары ағынның жылдамдығы мен сұйықтықтың жылу сыйымдылығы: , (102) мұнда а - жылу алмасу шартын сипаттайтын пропорционалды коэффициенті; С - сұйықтықтың жылу сыйымдылығы. Дебит ұлғайған кезде тиісті қисықтардағы В нүктесі көтерілетін болады және жеткілікті үлкен дебитпен ол ұңғыма сағасынан жоғары болуы мүмкін. Бұл температура градиентінің тұрақтануы ағынның гидротермодинамикалық жағдайлары кезінде басталуға үлгермейді. Н2 тереңдікте екінші қабат (сурет. 63)Н1 тереңдігінде орналасқан бірінші қабат сияқты дебитпен. Екі қабат бірдей жылу физикалық қасиеттері бар сұйықтықты үрлейді. Термограмма екінші ағынының жұмыс істемеген жағдайда бірінші (Ai нүктеден шыққан сызық) тұспа-тұс келеді термограммой ағынының бірінші қабаты бар. Екінші қабаттың үлкен температурасына қарамастан, сағадағы Н1 қабатынан және Н2 қабатынан ағын бірдей температураға ие болар еді. Сол сияқты температураның өзгеруі және ұңғымаға суды айдау кезінде де болады (сурет. 64). А нүктесі бейтарап қабаттың температурасына сәйкес келеді. Айдалатын судың да осы температурасы бар. Егер айдау жылдамдығы шексіз үлкен болса, онда су температураны өзгертпей (ас нүктелі желісі). Тг -геотерма - жұмыс істемейтін ұңғымадағы температураның табиғи таралуы; Тп - термограмма-жұмыс істеп тұрған ұңғымадағы температураның таралуы 63 сурет-айдау ұңғымасының оқпаны бойынша температураны бөлу Тг - геотерма; Тп - термограмма Сурет 64 – Ұңғыма оқпаны бойынша температураны бөлу Су температурасы мен қоршаған тау жыныстарының арасындағы айырмашылық тереңдіктің ұлғаюымен өсіп, су қыза бастайды. Жылу алмасу процестері біршама тереңдікте (В нүктесі) тұрақтанады және Тп ағынының термограммасы іс жүзінде Тг геотермасына параллель болады. Шығынының ұлғаюы кезінде нүкте тиісті қисық болады опускаться, ал өте үлкен шығыны нүкте мүмкін бармайды төмен қабаттың Н1, яғни тұрақтандыру жылу алмасу жоқ орнайды. Суық суды айдаған кезде (А1 нүктесі) су қарқынды қызады, өйткені су температурасының және қоршаған тау жыныстарының айырмашылығы көп. Жылу алмасу үрдістерін тұрақтандыру бұрын келеді және В1 нүктесі жоғарыға жылжиды (сурет. 64). Ыстық суды айдаған кезде (А2 нүктесі) алдымен Судан қоршаған тау жыныстарына жылу беріледі. Тт ағынының термограммасының кейбір тереңдіктерінде инверсия нүктесі деп аталатын М нүктесінде Геотерма Тг қиылысады. М нүктесінен төмен су қызады. Жылу алмасудың тұрақтануы төмен В2 нүктесіндегі кейбір тереңдікте басталады, онда Тп геотерме Тг параллель болады. Осыдан, геотерма мен термограмма аузынан (А3 нүктесі) бастап параллель болатын жағдай болуы мүмкін. Жоғары қабаттан шығатын сұйықтықтың температурасы қабатқа тең. Бұл қабат бойынша сұйықтық қозғалатын кезде статикалық жағдайлар үшін дұрыс болар еді. Сұйықтықты сүзу кезінде қысымның ауытқуы Р = Рк-Рс үйкеліс күшін еңсеруге жұмсалады, соның нәтижесінде қабаттан шығатын сұйықтықтың температурасы геотермальды көрсеткішпен салыстырғанда артады. Газды сүзу кезінде сұйықтыққа қарағанда оның температурасы қатты кеңею салдарынан төмендейді. Қат сұйықтығының температурасының белгіленген өзгеруі t құралы қысымның төмендеуіне байланысты. Бұл тәуелділік Джоуль - Томсон әсері деп аталады (бірінші жақындағанда) формуламен анықталады , (103) мұнда минус белгісі қысымның төмендеуі температураның жоғарылауына сәйкес келеді; - Джоуль - Томсон интегралды коэффициенті, ол қысымның практикалық диапазонында тұрақты деп санауға болады. Су үшін = 0,2410-6 °С/Па; мұнай үшін = (0,41 - 0,61)10-6 °С/Па, газ үшін -(2,55 - 4,08)10-6 °С/Па. Бұл шамамен 10 МПа депрессиялар кезінде мұнай геотермальды 4-6°С жоғары температураға ие болуы мүмкін дегенді білдіреді. Осылайша, Жоуль-Томсон геотерманың әсері есебінен сұйықтықты сүзу кезінде температураның ұлғаю жағына қарай ТЖ температурасының ұлғаю жағына қарай, ал газ қозғалысы кезінде - Тг көлеміне қарай солға қарай жылжуы тиіс, өйткені кейде өте маңызды (25 - 40°С) болуы мүмкін температураның төмендеуі болады. Сондықтан дроссельді әсерлер салыстырмалы түрде тіркелуі және есепке алынуы мүмкін. Бірнеше қабаттар немесе қатпарлар бір мезгілде жұмыс істеген кезде олардың әртүрлі температурасы бар өнімдері калориметриялық әсерге және қоспа ағысы температурасының секіру тәрізді өзгеруіне себеп болатын араласады (сурет. 64). Бұл секірудің амплитудасы аралас ағындардың бастапқы температурасына, олардың шығындарына және жылу сыйымдылығына байланысты және берілген және алынған жылудың теңдігін болжайтын калориметриялық формуламен анықталады: , (104) мұнда Тв - араласу интервалында жоғары ағынның температурасының төмендеуі; Тп - қосылатын ағынның температурасын арттыру; С, Q - жылу сыйымдылығы мен шығыстары тиісінше (в индексі төменгі қабаттың жоғары ағынға жатады, п индексі жоғарғы қабаттың қосылатын сұйықтығын білдіреді). - Сур. 65 ағындарды араластыру кезіндегі калориметриялық әсерді ескере отырып, термограммалардың барысы көрсетілген. Сурет 65 – Джоуль-Томсонның калориметриялық әсерін ескере отырып, ұңғымадағы температураны бөлу Тг - дроссель әсері есебінен сұйықтықтың қызуын есепке алмағанда статикалық күй геотермасы. T - Джоуль - Томсон дроссельді әсері есебінен температураның жылжуы (ұлғаюы). А - төменгі жұмыс істемейтін жағдайда Н2 жоғарғы қабатының Тг термограммасының бастапқы нүктесі. T1 - h1 төменгі қабатының термограммасы, сондай-ақ дроссель әсерін ескере отырып t. В - дроссель әсерін есепке ала отырып Н1 төменгі қабатының Т1 термограммасының бастапқы нүктесі. Тв - понижение температуры восходящего потока в зоне смешения. Tп - жоғарғы қабаттан Н2 қосылатын ағын температурасының жоғарылауы. Т - араластырылғаннан кейін екі ағынның нақты термограммасы. Өйткені температуралық бәйге аймағында араластыру байланысты шығыстар [қараңыз. формула (104)], онда, измерив бұл бәйге анықтауға болады шығындар. Басқаша айтқанда, термограмманы тек өнімді аралықтарды бөліп қана қоймай, олардың ағынын анықтауға мүмкіндік беретін дебитограмма ретінде түсіндіруге болады. Теңдіктен (104) , (105) Мұнда qv-бұл qP қосылатын ағынымен араластырылғанға дейін бағандағы жоғары ағынның шығыны. Жоғарғы қабаттың төбесінен жоғары ағын Q = Qp + qv қосындысына тең болады. Қайдан , (106) Ауыстыру (106) (105), біз аламыз , (107) Қажетті Qp туралы (107) шешу, біз аламыз , (108) Осылайша, қосылатын qп шығысын анықтау үшін қосылатын қабат төбесінен жоғары бағандағы сұйықтықтың Q - шығынын өлшеу қажет; Тв-ағындарды араластыру аймағындағы температуралық секіріс, яғни қосылатын қабатқа қарсы жоғары ағынның салқындауы; Тп-қосылатын қабат ағынының температурасының артуы, қабат төбесіндегі температура мен шартты геотерманың айырмашылығы ретінде өлшенген, яғни дроссельдік әсерге түзетілген геотерма (Риз қараңыз. 65); Св және Сп-жылу сыйымдылығы. Ұңғымалық термометрдің сезімталдығының жоғарылауымен және оның термометриялық зерттеулерінің рұқсат етілуімен ұңғыманы термометриялық зерттеу мүмкіндіктері кеңейетіні анық. Қазіргі уақытта сұйық ағынмен жуылатын спиральды қыздырылған электр тогымен салқындату принципіне негізделген ұңғымалық термометрлер-дебитомерлер бар. Суды салқындату спиральды сұйықтықтың қарқынды тұтынылуына қарағанда қарқынды. Спираль температурасы мен сұйықтық шығыны арасындағы байланысты эксперименттік орнатуға рұқсат етіледі. Мұндай термодебитомермен зерттелетін интервал бойымен екі термограмма алынады: кәдімгі, қыздырылған спираль ағынның әсеріне ұшырағанда және тереңдікке байланысты қыздырылған спираль температурасының өзгеруін көрсететін тоқтатылған ұңғымадағы геотерма. Осы екі термограмма көрсеткіштерінің айырмашылығы бойынша және калибрлеу қисықтарының көмегімен зерттелетін аралықтың бойында шығынның өзгеруі анықталады. Мұндай термодебитомердің артықшылығы оның кіші өлшемдері, КОБД-4 жіңішке біржильді кәбілге түсіру мүмкіндігі, пакеттеуші құрылғыларды пайдалану қажеттілігінің болмауы болып табылады. Мұндай термодебитомер әрбір қолданыстағы перфорациялық тесіктен ағынын бекітуге мүмкіндік береді. Мұнымен ұңғымаларды термометриялық зерттеу мүмкіндіктері таусылмайды. Ұңғыманың забойындағы температураның өзгеруін зерттеу оның жұмыс режимі өзгерген кезде оның параметрлерін анықтау үшін қабатты термозондау мүмкіндігін қамтиды. Бұл тұрғыда Джоуль - Томсон әсері 40 С-қа жеткен температуралы өзгерістерге себепші болатын газ ұңғымаларын температуралық зерттеу осындай зерттеулердің сенімді нәтижелерін береді. жүктеу/скачать 9,92 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|