Влияние диссипации энергии на температуру теплоносителя в скважинах геотермальной циркуляционной системы

Abstract

У роботі проведено чисельне моделювання процесів теплообміну в нагнітальній і циркуляційній свердловинах геотермальної системи для підігріву високов’язких нафт. Дослідження теплових процесів в циркуляційних свердловинах, які супроводжують роботу геотермальної системи представляє науковий інтерес. Виконано аналіз зміни температури циркуляційної води в нагнітальній та експлуатаційній свердловинах геотермальної системи в залежності від зміни гідравлічного опору труб, від витрати теплоносія і часу експлуатації. Розроблено практичні рекомендації до проектування геотермальних циркуляційних систем для підігріву високов’язких нафт і нафтопродуктів. Відомі дослідження роботи геотермальних (петрогеотермальних) циркуляційних систем не дозволяють кількісно оцінити зміну температури потоку в свердловинах внаслідок теплообміну з ґрунтом і за наявності часткової дисипації його енергії. Матеріали статті узагальнюють етап досліджень авторів з використання енергії сухих глибинних порід для підігріву високов’язких рідин. Прийняті фізична і математична моделі розрахунків теплообміну «вода-масив породи». Чисельно встановлено зміну температури циркулюючої води в нагнітальній та експлуатаційній свердловинах як з урахуванням, так і без урахування дисипації енергії потоку. Чисельно оцінено вплив періоду експлуатації свердловин на зміну шорсткості поверхні труб, дисипації енергії потоку і її частку в теплообміні. Рекомендовані робочі навантаження витрат води в свердловинах. Результати досліджень важливі для проектування нових, ефективних та енергозберігаючих систем підігріву високов’язкої нафти.

In this paper, we have done a numerical simulation of the processes of heat exchange in the injection and production wells of the geothermal system for heating high-viscosity oils. Studies of thermal processes in circulation wells, which follow the geothermal system operation, present a scientific interest. The analysis of the temperature change of the circulating water in the injection and production wells of the geothermal system, depending on the change of hydraulic resistance of pipes, water consumption, and operation time, is conducted. Practical recommendations for the design of the geothermal circulating systems for heating high-viscosity oil and petroleum products are worked out. The known geothermal studies of the circulation systems operation do not allow quantifying the flow temperature change in the wells due to the heat exchange with the ground and presence of partial dissipation of its energy. The materials of this article summarize the stage of other authors’ studies of utilization of the dry plutonic rocks’ energy for heating of the high-viscosity fluids. Physical and mathematical models of heat transfer calculations “water-rock” are accepted. The temperature change of the circulation water in the injection and production wells both including and excluding the dissipation of the flow energy is numerically established. The influence of the well operation period on the change of the pipe surface roughness, flow energy dissipation, and its share in the heat transfer is numerically evaluated. Operational loads of water consumption in the wells are recommended. The study results are important for designing new, effective, and energy-saving systems for heating highviscosity oil.