Исследование нестационарных температурных полей в вертикальной газовой скважине

• Автор: Крупинов, Антон Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Стерлитамак
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Я считаю науку неотъемлемой частью наших усилий дать ответ на один великий философский вопрос, который включает в себя все другие... кто мы? И более того, я считаю это не просто одной из задач, но главной задачей науки - единственной, которая действительно имеет значение.
(Эрвин Шредингер)

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
ГЛАВА I. ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ПРИ ТЕЧЕНИИ ГАЗА ПО СКВАЖИНЕ
1.1. Описание условий и геометрия задачи
1.2. Основное температурное уравнение
1.3. Поле давления и распределение плотности в газовой скважине
1.4. Выводы
ГЛАВА II. ПРИМЕНЕНИЕ АСИМПТОТИЧЕСКОГО МЕТОДА К ЗАДАЧАМ О ТЕМПЕРАТУРНОМ ПОЛЕ В ГАЗОВОЙ СКВАЖИНЕ
2.1. Математическая постановка общей задачи
2.2. Асимптотическое разложение задачи
2.3. Решение общей задачи в пространстве изображений Лапласа
Карсона
2.4. Частные случаи рассмотренной задачи
2.5. Выводы
ГЛАВА III. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ
3.1. Нахождение оригиналов
3.2. Расчетно-графические возможности построенной модели
3.3. Анализ и сопоставление результатов расчетов с существующими
теориями и экспериментальными данными
3.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. УРАВНЕНИЕ БАЛАНСА ЭНЕРГИИ ПРИ
ДВИЖЕНИИ ГАЗА ПО СКВАЖИНЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПРИБЛИЖЕННОЕ УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ
СЖИМАЕМОГО ГАЗА
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. АДИАБАТИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ГАЗА
ВАН-ДЕР-ВААЛЬСА
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. РАСЧЕТНЫЕ ТРЕХМЕРНЫЕ ГРАФИКИ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ГАЗОВОЙ СКВАЖИНЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Россия занимает первое место в мире по запасам природного газа, а также ведущие позиции по его добыче и экспорту [1, 6, 63, 66, 67]. Природный газ широко применяется в качестве энергетического топлива в различных отраслях производства, на теплоэлектростанциях, является исходным сырьем для химической промышленности и т.д. Сейчас сложно представить жизнь без этого не имеющего цвета и запаха вещества, которое проникает в самые отдаленные человеческие поселения и является необходимым условием комфорта в домах наряду с электричеством.
Особую актуальность добыча природного газа приобретает в связи с уменьшением мировых запасов нефти - основного топливно-энергетического сырья современности. Газ обладает рядом преимуществ по сравнению с другими видами топлива [26]. Одним из главных его достоинств является экономичность - газ обладает хорошей теплотворной способностью, а стоимость добычи за счет его физических свойств часто ниже, чем других видов топлива. Кроме того, при сгорании природного газа выделяется гораздо меньше вредных веществ в сравнении с другими видами топлива, что говорит о его высокой экологичности по отношению к ним. И наконец, большие запасы газовых месторождений по всему миру также являются веским аргументом в пользу применения газа. К недостаткам можно отнести его пожаро- и взрывоопасность, но эта проблема решается с помощью специальных технологических мероприятий. Следует отметить, что в связи с перечисленными преимуществами все большую популярность повсеместно будет приобретать использование газа также и в качестве моторного топлива [21, 25].
Таким образом, важность добычи газа и связанных с этим исследований в наше время сложно переоценить, по мнению некоторых авторов, «раньше, когда роль газа в топливно-энергетическом балансе страны была меньше,

Рис. 1.3.2. Изотермы метана при температуре 323 К: 1 - идеальный газ; 2 -реальный газ (Ван-дер-Ваальса)
Кроме того, отдельным преимуществом уравнения состояния реального газа является то, что оно позволяет более точно рассчитывать важные для газовой скважины (в соответствии с (1.2.7) и (1.2.8)) адиабатический и дроссельный эффекты. К примеру, коэффициент Джоуля -Томсона идеального газа сдж = 0, то есть этот эффект проявляется только в
случае учета реальных свойств вещества.
Для описания реальных свойств газообразной среды, учитывающего межмолекулярное взаимодействие в веществе, разработано более 150 эмпирических и полуэмпирических уравнений состояния [12]. К примеру, в инженерной практике часто используется [38, 85] обобщенное уравнение Клапейрона - Менделеева Р = гсжрЯв/М, в котором введен так называемый коэффициент сверхсжимаемости, учитывающий отклонение реального газа от законов идеального. Значения параметра гсж как функции давления и температуры определяются опытным путем и представляются в виде графиков [18, 38, 85], использование которых создает известные трудности при построении математической модели.
Для применения в теоретической модели представляется наиболее удобной приближенная аналитическая формула