Введение к работе
Актуальность темы. Практика эксплуатации газовых и газоконденсатних месторождений Крайнего Севера выявила целый ряд проблем, связанных с надежностью и эффективностью работы газопромыслового оборудования. В этих, условиях приобретают актуальность исследования теплофизических явлений в технологических объектах системы добычи газа, важнейшим элементом которой является скважина. Строительство и эксплуатация скважин в районах распространения вечномерзлых пород приводят к нарушению их термического режима. Вокруг скважин образуются протаявшие зоны, наличие которых снижает прочность конструкции сооружения.
Перспективным направлением оптимизации термодинамического режима приустьевой зоны скважины является применение активных способов теплоизоляции скважин с помощью двухфазных термосифонов, использующих для охлаждения грунта естественные низкие температуры окружающего воздуха. Несмотря на обширные теоретические и экспериментальные исследования двухфазных потоков, режимы работы слабонаклонных двухфазных термосифонов, в частности, кризис тсплопереноса^ недостаточно изучены. В связи с этим представляет научный и практический интерес исследование теплофизических процессов в слабонаклонных термосифонах.
Технологический режим работы скважин устанавливается на основании результатов измерений характеристик потока газа. Наиболее перспективными являются оптические методы измерения пара-метров газового потока, поскольку они обладают высоким быстродействием, позволяющим вести наблюдение в режиме реального времени, высокой точностью измерений и вносят минимальные искажения в характеристики самого потока. Современная элементная база техники оптического диапазона позволяет создавать малогабаритные устройства, способные работать в полевых и производственных условиях. Внедрение оптических методов в газовой промышленности требует разработки соответствующих приборов, методики измерения и их апробации в реальных условиях.
Основные цели и задачи исследовании.
-
Теоретическое и экспериментальное исследование движения двухфазного теплоносителя и условий наступления кризиса тешюпере-иоса в слабоиакломном двухфазном термосифоне.
-
Исследование влияния слабонаклонного двухфазного термосифона па тепловой режим приустьевой зоны скважины, размещенной
в зоне многолетнемерзлых пород.
3. Разработка и экспериментальное исследование в реальных условиях лазерного расходомера природного газа.
Наушая ношізпа.
-
Предложена и исследована модель, описывающая циркуляцию двухфазного теплоносителя в слабонаклонном двухфазном термосифоне, в т.ч. в условиях наступления кризиса теплопереноса; экспериментально подтверждено влияние волнообразования на поверхности жидкости на кризис теплопереноса.
-
Получено уравнение для определения максимальной тепловой мощности, передаваемой слабонаклонным двухфазным термосифоном при заданных геометрических параметрах и свойствах теплоносителя; построена карта режимов течения фаз в слабонаклонном двухфазном термосифоне.
-
Изучено влияние слабонаклонного двухфазного термосифона на температурное поле приустьевой зоны скважины; показано, что термосифон существенно уменьшает протаивание мерзлых грунтов и наиболее эффективен при наличии теплоизоляции скважины.
-
Разработан и впервые испытан на газовых месторождениях лазерный расходомер; показана возможность измерения с его помощью содержания жидкости и твердых частиц в газовом потоке.
Практическая значимость.
[.Использование слабоцаклонных двухфазных термосифонов способствует повышению надежности и устойчивости конструкций газопромысловых сооружений в районах Крайнего Севера.
2. Лазерный метод измерения расхода многофазных газовых потоков не требует выпуска газа в атмосферу, что позволяет сберечь запасы природного газа и существенно снизить техногенную нагрузку на окружающую среду. Лазерный расходомер дает возможность исследовать фактическую структуру многофазного газового потока, в том числе и на нестационарных режимах течения, а также позволяет полностью автоматизировать процесс измерения параметров газового потока.
Апробация работы.
Основные результаты работы обсуждались на III Всесоюзной конференции молодых исследователей "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики" (г.Новосибирск, !989); семинаре молодых ученых и специалистов, посвященному 25-легию предприятия Надымгазпром "Новые достижения науки и техники в газовой промышленности" (г.Надым, 1996); семинаре кафедры
"Прикладной физики и геофизики" БашГУ под руководством д.ф.-м.н., чл.-корр. АН РБ, профессора Ф.Л.Саяхова (БашГУ, 1996); заседаниях Ученого совета предприятия "Надымгазпром" (г.Надым, 1995,1996)
Публикации.