Mathematical Model of the Downward Two-Phase Flow of a Heat-Transfer Agent in an Injection Well
DOI:
https://doi.org/10.14529/mmp190305Ключевые слова:
, двухфазный поток, теплоноситель, нагнетательная скважина, многолетнемерзлые породы, зона протаивания.Аннотация
В настоящее время основным методом разработки месторождений высоковязких и битумных нефтей является закачка горячей воды или пара в нефтенасыщенный пласт. При закачке теплоносителя в пористый коллектор известны его характеристики на устье скважины. При этом важно знать параметры теплоносителя (давление, температура, массовое содержание пара в двухфазной смеси ≪вода-пар≫ и т.д.) непосредственно на входе в пласт. Для расчета различных параметров теплоносителя по глубине нагнетательной скважины (в том числе и на забое) предложена математическая модель нисходящего течения горячей пароводяной смеси в вертикальном канале. В модели учтены фазовые переходы, происходящие в двухфазной смеси ≪вода-пар≫, и внешний теплообмен скважины с окружающими горными породами (в том числе и многолетнемерзлыми). На основе предложенной математической модели разработан алгоритм, базируясь на котором, решается квазистационарная задача. При этом методом Рунге – Кутты 4-го порядка точности решается система дифференциальных уравнений, описывающая стационарное течение теплоносителя в скважине, и авторским методом энтальпий с использованием неявной схемы решается нестационарная задача распределения температуры в окружающих скважину породах (в том числе мерзлых). Разработанный программный продукт позволяет найти для каждого момента времени распределение по глубине скважины различных параметров нисходящего двухфазного потока с учетом внешнего теплообмена, а также для различных моментов времени эксплуатации скважины распределение температуры в окружающих горных породах и радиус протаивания многолетнемерзлых породБиблиографические ссылки
Makogon Y.F., Holditch S.A., Makogon T.Y. Natural Gas-Hydrates – A Potential Energy Source for the 21st Century. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2007, vol. 56, pp. 14–31. DOI: 10.1016/j.petrol.2005.10.009
Ter-Sarkisov R.M. Razrabotka i dobycha trudnoizvlekayemykh zapasov uglevodorodov [Development and Production of Hard-to-Recover Hydrocarbon Reserves]. Moscow, Nedra, 2005. (in Russian)
Burger J., Sourieau P., Combarnous M. Thermal Methods of Oil Recovery. Paris, Technip, 1985.
Antoniadi D.G. Nauchnyye osnovy razrabotki neftyanykh mestorozhdeniy termicheskimi metodami [Scientific Basis for the Development of Oil Fields by Thermal Methods]. Moscow, Nedra, 1995. (in Russian)
Malofeyev G.E., Mirsayetov O.M., Cholovskaya I.D. Nagnetaniye v plast teplonositeley dlya intensifikatsii dobychi nefti i uvelicheniya nefteotdachi [Injection into the Reservoir of Coolants for the Intensification of Oil Production and Increased Oil Recovery]. Izhevsk, Institut kompyuternykh issledovaniy, 2008. (in Russian)
Thomas S. Enhanced Oil Recovery – An Overview. Oil and Gas Science and Technology, 2008, vol. 63, no. 1, pp. 9–19. DOI: 10.2516/ogst:2007060
Shagapov V.S., Yumagulova Y.A., Gizzatullina A.A. High-Viscosity Oil Filtration in the Pool Under Thermal Action. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2018, vol. 91, no. 2, pp. 300–309. DOI: 10.1007/s10891-018-1749-4
Willhite G.P. Over-All Heat Transfer Coefficients in Steam and Hot Water Injection Wells. Journal of Petroleum Technology, 1967, vol. 19, no. 5, pp. 607–615. DOI: 10.2118/1449-PA
Kutushev A.G., Rusanov A.S. Non-Isothermal Motion of Vapour-Liquid Mixture in a Well. Oil and Gas Studies, 2008, no. 4, pp. 39–45. (in Russian)
Medvedskiy R.I. Stroitelstvo i ekspluatatsiya skvazhin na neft i gaz v vechnomerzlykh porodakh [Construction and Operation of Oil and Gas Wells in Permafrost]. Мoscow, Nedra, 1987. (in
Russian)
Nigmatulin R.I. Dynamics of Multiphase Media. N.Y., Hemisphere Publisher Corporation, 1991.
Shagapov V.Sh., Musakaev N.G., Khabeev N.S., Bailey S.S. Mathematical Modelling of TwoPhase Flow in a Vertical Well Considering Paraffin Deposits and External Heat Exchange.
International Journal of Heat and Mass Transfer, 2004, vol. 47, no. 4, pp. 843–851. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2003.06.006
Musakaev N.G., Borodin S.L. Mathematical Model of the Two-Phase Flow in a Vertical Well with an Electric Centrifugal Pump Located in the Permafrost Region. Heat and Mass Transfer, 2016, vol. 52, no. 5, pp. 981–991. DOI: 10.1007/s00231-015-1614-3
Chisholm D. Two-Phase Flow in Pipelines and Heat Exchangers. London, Longman Higher Education, 1983.
Kutateladze S.S. Teploperedacha i gidrodinamicheskoye soprotivleniye [Heat Transfer and Hydrodynamic Resistance]. Moscow, Energiya, 1990. (in Russian)
Shagapov V.Sh., Urazo R.R., Musakaev N.G. Dynamics of Formation and Dissociation of Gas Hydrates in Pipelines at the Various Modes of Gas Transportation. Heat and Mass Transfer, 2012, vol. 48, no. 9, pp. 1589–1600. DOI: 10.1007/s00231-012-1000-3
Shagapov V.Sh., Chiglintseva A.S., Syrtlanov V.R. Possibility of Gas Washout from a GasHydrate Massif by Circulation of Warm Water. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2009, vol. 50, no. 4, pp. 628-637. DOI: 10.1007/s10808-009-0084-0
Shagapov V.Sh., Musakaev N.G., Urazov R.R. Mathematical Model of Natural Gas Flow in Pipelines with Allowance for the Dissociation of Gas Hydrates. Journal of Engineering Physics
and Thermophysics, 2008, vol. 81, no. 2, pp. 287–296. DOI: 10.1007/s10891-008-0036-1
Borodin S.L. Numerical Solution of the Stefan’s Problem. Tyumen State University Herald. Physical and Mathematical Modelling. Oil, Gas, Energy, 2015, vol. 1, no. 3, pp. 164–175. (in
Russian) DOI: 10.21684/2411-7978-2015-1-3-164-175
Bondarev E.A., Rozhin I.I., Argunova K.K. Modelling the Formation of Hydrates in Gas Wells in Their Thermal Interaction with Rocks. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2014, vol. 87, no. 4, pp. 900–907. DOI: 10.1007/s10891-014-1087-0
