Математическое моделирование объемного плавления однофазных сред движущимся источником электромагнитного излучения

• Автор: Акчурина, Венера Ахметовна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание

Введение
Актуальность темы исследования
Степень разработанности темы исследования
Цели и задачи
Научная новизна
Теоретическая и практическая значимость работы
Методология и методы исследования
Положения, выносимые на защиту
Степень достоверности и апробация результатов
Краткое содержание диссертации
1 Физические основы высокочастотного электромагнитного воздействия на парафиновые отложения в трубе
1.1 Состав и свойства асфальтосмолопарафиновых отложений
1.2 Причины образования асфальтосмолопарафиновых отложений и способы их удаления
1.3 Методы борьбы с АСПО
1.3.1 Химические методы
1.3.2 Тепловые методы
1.3.3 Механические методы
1.3.4 Физические методы
1.4 Распространение электромагнитных волн в круглом волноводе
1.4.1 Применение круглых волноводов в качестве линий
передачи СВЧ мощности
1.4.2 Удаление парафиновых отложений с помощью электромагнитного воздействия
Выводы по первой главе
2 Математическое моделирование разрушения твердых отложений в трубопроводах волной типа #

2.1 Моделирование распределения напряженности ЭМ поля и тепловых источников в случае распространения в круглом
волноводе волны типа Но
2.2 Постановка задачи и моделирование нагрева и расплавления
твердых отложений
2.3 Анализ результатов вычислений
Выводы по второй главе
3 Математическое моделирование расплавления твердых отложений в трубопроводах волной типа Нп
3.1 Разработка и исследование распределения напряженности ЭМ поля
и тепловых источников при распространении в волноводе волны типа Н\
3.2 Комплексное исследование задачи о нагреве и расплавлении
твердых отложений с применением технологии вычислительного эксперимента
3.3 Анализ результатов расчётных исследований
Выводы по третьей главе
4 Комплексное исследование процесса расплавления твердых отложений волной типа Ей с применением технологии математического моделирования и вычислительного эксперимента
4.1 Распределение напряженности ЭМ поля и тепловых источников
в случае волны типа Еп
4.2 Постановка задачи. Основные уравнения
4.3 Результаты вычислений и их анализ
Выводы по четвёртой главе
Заключение
Список литературы
Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования
В процессе эксплуатации нефтяных скважин и трубопроводов при определенных условиях (температуре, давлении) на внутренней поверхности труб образуются отложения, вызванные выпадением асфальтенов, парафинов и смол. Такие отложения могут полностью закупорить скважину или трубопровод и остановить добычу или транспортировку углеводородов. Длины парафиновых и кристалло-гидратных пробок могут достигать больших значений (порядка 100-1000 м). К настоящему времени разработан ряд методов для удаления образовавшихся парафиновых пробок. К ним можно отнести тепловые (прогрев участков скважин или трубопроводов, в которых образовались пробки, до температуры плавления парафиновых соединений, либо горячей водой (паром) или обычными электронагревателями), химические и механические методы. Все перечисленные методы, несмотря на их различия, имеют высокую стоимость, сложны в реализации или для их обеспечения требуется организация производства химических веществ, очень часто токсичных, таких, например, как метанол.
Данное положение дел заставляет искать новые, более дешевые и безопасные методы предотвращения образования и разрушения парафиновых пробок.
С точки зрения высокочастотной (ВЧ) и сверхвысокочастотной (СВЧ) электродинамики стволы скважин и трубопроводы являются для электромагнитных волн линиями передачи (коаксиальные линии, цилиндрические волноводы). Фазовые и групповые скорости электромагнитных волн, их затухание определяются типом волн, материалом стенок трубопровода и диэлектрическими свойствами углеводородов. Направив ВЧ мощность от внешнего генератора на пробку, ее можно нагреть до температуры плавления парафина и таким образом устранить препятствие. Существенным достоинством ВЧ метода прогрева пробок является объемный характер, поскольку электромагнитные волны в ВЧ диапазоне могут проникать в материал пробки на большую глубину. Кроме этого, изменением уровня мощности ВЧ генератора и частоты электромагнитного излучения можно

Рис. 1.4. Распределение линий поверхностного тока для волн Нц (a), Eoi(6) и Hoi (в)
Критическая длина волны для колебаний Е- и Н - типа в круглом волноводе определяется выражениями:
£ _ 2тиа -я _ 2лп
Лкр ~ ’ кр ~

г тп г*тп
где а - радиус круглого волновода; vnm - m-Pi корень функции Бесселя «-го рода; цпт - т-й корень производной функции Бесселя п-то рода.
В таблице 1.3 приведены значения Хкр первых шести типов колебаний в круглом волноводе.
Таблица 1.3. значения ?.кр первых шести типов колебаний в круглом волноводе.
Тип волны Ни Eoi н21 Еп Нц Нз.
^кр/Л 3,42 2,61 2,06 1,64 1,64 1,
На рисунке 1.5 приведены зависимости коэффициента затухания а в круглом волноводе от частоты для рассматриваемых трех типов волн и допустимой мощности Р.