Расчет процессов нагнетания горячего теплоносителя при обработке призабойной зоны пласта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Кафедра промышленной теплоэнергетики

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчет процессов нагнетания горячего теплоносителя при обработке призабойной зоны пласта

Выполнила: ст. гр. ГГ-09-03

Нуртдинова А.Р.

Проверил: Р.А. Молчанова

УФА 2011



СОДЕРЖАНИЕ:

1. Расчёт процессов нагнетания горячего теплоносителя при обработке призабойной зоны пласта

2. Расчёт эффективности замены тепловой изоляции парогенератора ППУ

2.1 Расчет трехслойной изоляции

2.2 Расчет двухслойной изоляции

2.3 Проверка результатов расчета тепловой изоляции

2.4 Проверка возможности работы изоляции для заданных материалов

2.5 Расчет экономии топлива после замены старой изоляции новой



1. РАСЧЁТ ПРОЦЕССОВ НАГНЕТАНИЯ ГОРЯЧЕГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА

Наименование	Обозначение	Значение
Радиус прогретой зоны, м	r	5,4
Радиус скважины, м	rc	0,1
Радиус контура питания, м	rе	60
Пластовая температура, С	tпл	27
Пластовое давление, МПа	рпл	3,5
Толщина пласта, м	h	7
Пористость пласта, дол. ед.	m	0,25
Дебит скважины до обработки, м3/ч	q0	2,7
Марка ППУ	-	ППУА-2000
Давление пара ППУ, МПа	РППУ	7
Температура свежего пара, С	tППУ	285,53
Степень сухости пара, дол.ед	X	0,95
Производительность установки по пару, кг/ч	qп	2000
Производительность парогенератора, кг/ч	qпг	2000
Температура конденсации вод. пара при начальном пластовом давлении, С	tк	242,56
Теплота парообразования, кДж/кг	r	1505,1
Допустимая температура, при которой эксплуатация может проводиться на повышенном дебите, С	tн	52
Плотность водяного конденсата на забое, кг/м3	B	1000
Плотность скелета пласта, кг/м3	ск	2350
Остаточная водонасыщенность в паровой зоне, дол. ед	SB	0,52
Коэффициент теплопроводности коллектора -песчаника, Вт/(мС)		2,2
Коэффициент теплопроводности окружающих пород, Вт/(мС)	0	9,8
Объемная теплоемкость скелета пласта, кДж/(м3 С)	с`ск	1995
Объемная теплоемкость насыщенного пласта кДж/(м3 С)	с`п	2470
Объемная теплоемкость окружающих пород кДж/(м3 С)	с`0	1890
Объемная теплоемкость водяного конденсата кДж/(м3 С)	с`в	4194
Объемная теплоемкость пластовой жидкости	с`ж	3358

1.1 Удельный расход сухого пара

, кг/чм

кг/чм

1.2 Число парогенераторов

шт.

шт

1.3 Удельные объемы кипящей воды (v') и сухого насыщенного пара (v'')

v'=0,0013519 м³/кг

v''=0,02738 м³/кг

1.4 Плотность влажного насыщенного пара

с_нп=1/v_нп , кг/м³

v_нп=v'(1-x)+v''·x , м³/кг

v_нп=0,0013519(1-0,95)+ 0,02738·0,95=0,02607 м³/кг

с_нп=1/0,02607=38,345 кг/м³

1.5 Коэффициент, характеризующий удельную энтальпию пласта

= 931,795 кг/м³

1.6 Продолжительность нагнетания пара _п в скважину находим из номограммы по рассчитанным q`_п, , r, _п = 4,5 сут.

1.7 Продолжительность выдержки (конденсации пара)

, ч

ч

1.8 = 60/0,1=600

1.9 =ln(60/5,4)=2,4

1.10 Коэффициент k= находим по графику, по числовым значениям и . К=2,1

1.11 Средний дебит жидкости после паротепловой обработки q_ср=kq_0, м³/сут.

q_ср=22,7=5,4 м³/ч=5,4*24=129,6 м³/сут

1.12 Продолжительность работы скважины на повышенном дебите, полученном в результате обработки скважины

сут;

сут;

;

;

cут;

cут;

Получаем среднее значение

сут.

сут

1.13 Эффективность паротепловой обработки

м³;

м³.

Вывод:

В результате циклической параобработки призабойной зоны пласта дебит скважины увеличился с 64,08 м³/сут до 129,6 м³/сут. При этом продолжительность работы скважины с повышенным дебитом скважины составит 3,237 сут. Что приводит к получению дополнительных 209,757 м³ жидкости.



Рисунок 1. Схема оборудования скважины для нагнетания пара: 1 - обсадная колонна; 2 - нагнетательная колонна; 3 - устьевой сальник; 4 - лубрикатор; 5 - разгрузочная стойка; 6 - паровая передвижная установка (ППУ); 7 - центрирующая шайба; 8 - сальниковая муфта; 9 - термостойкий пакер.

Рисунок 1.2 - Номограмма для определения продолжительности нагнетания пара.

Рисунок 1.3 - Номограмма для определения среднего дебита скважины после паротепловой обработки



2. РАСЧЁТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАМЕНЫ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ПАРОГЕНЕРАТОРА ППУ

Исходные данные:

Тепловая изоляция парогенератора установки ППУ до ремонта была выполнена двухслойной:

Шамотный кирпич - плотность =1800…1900 кг/м³;

Коэффициент теплопроводности _i = 0,840+0,0006t₁ Вт/(мК)

Температура применения t_п=1400 ⁰С

Температура воздуха t_в = 2 ⁰С

Толщина ₁=0,065 м

Асбозонолит - Плотность =550 кг/м³

Коэффициент теплопроводности _i =0,143+0,00019t₂ Вт/(мК)

Температура применения t_п=700 ⁰С

Толщина ₂=0,01 м

Температура внутренней поверхности кладки , .

Ввиду выхода из строя изоляции установка поставлена на капитальный ремонт. Вместо старой двухслойной изоляции предложена новая трёхслойная изоляция из современных эффективных материалов.

Диатомовый кирпич Т - Плотность =700 кг/м³

Коэффициент теплопроводности _i = 0,10+0,00020t₁ Вт/(мК)

Температура применения t_п=900 ⁰С

Скорость ветра =5м/с

Толщина ₁=0,04 м

Вермикулитовые плиты - Плотность =380 кг/м³

Коэффициент теплопроводности _i = 0,081+0,00023 t₂ Вт/(мК)

Температура применения t_п=700 ⁰С

Толщина ₂=0,03 м,

Асбестовый картон - Плотность =1300 кг/м³

Коэффициент теплопроводности _i = 0,157+0,00018t₃ Вт/м.⁰С

Температура применения t_п=600 ⁰С

Толщина ₃=0,005 м

Температура внутренней поверхности кладки , .

Внутренний диаметр изоляции , наружный диаметр изоляции . Высота изоляции парогенератора . Топливо - дизельное, цена одной тонны Ц=20124 руб/т, теплота сгорания .

Рисунок 3 - Схема парогенераторной установки ППУ

1 - корпус;

2 - наружный змеевик;

3 - конвективный пакет;

4 - тепловая изоляция;

5 - дымовая труба;

6 - форсунка;

7 - кожух.

2.1 Расчет трехслойной изоляции

2.1.1 В первом приближении принимаем t_c1>t_cл1>t_cл2>t_c2

С;

С.

2.1.2 Среднее значение коэффициента теплопроводности Вт/(мК)

а) Для 1-го слоя

Вт/(мК), где

С;

б) Для 2-го слоя

Вт/(мК), где

С;

в) Для 3-го слоя

Вт/(мК), где

С.

2.1.3 Коэффициент с



Вт²/(м²⁰С)²

2.1.4 Коэффициент d

Вт²/(м²⁰С)²

2.1.5 Новое второе значение t_cл2

⁰С;

2.1.6 Новое второе значение t_сл1

⁰С.

Так как новые значения t_сл1 и t_сл2, найденные по п.(2.1.5) и п.(2.1.6), отличаются от их значений принятых в п.(2.1.1), то задаёмся новыми значениями t_сл1 и t_сл2 из п.(2.1.5) и п.(2.1.6) и повторяем расчёт, пока значения практически не будут различаться.

2.1.7 Среднее значение коэффициента теплопроводности Вт/(мК)

а) Для 1-го слоя

Вт/(мК), где

С;



б) Для 2-го слоя

Вт/(мК), где

С;

в) Для 3-го слоя

Вт/(мК), где

С.

Коэффициент с

Вт²/(м²⁰С)²

Коэффициент d

Вт²/(м²⁰С)²

Новое второе значение t_cл2 , t_сл1

⁰С;

⁰С.



а) Для 1-го слоя

Вт/(мК), где

С;

б) Для 2-го слоя

Вт/(мК), где

С;

в) Для 3-го слоя

Вт/(мК), где

С

Коэффициент с

Вт²/(м²⁰С)²

Коэффициент d

Вт²/(м²⁰С)²

Новое второе значение t_cл2 , t_сл1



⁰С;

⁰С

а) Для 1-го слоя

Вт/(мК), где

С;

б) Для 2-го слоя

Вт/(мК), где

С;

в) Для 3-го слоя

Вт/(мК), где

С

Коэффициент с

Вт²/(м²⁰С)²

Коэффициент d

Вт²/(м²⁰С)²

Новое второе значение t_cл2 , t_сл1

⁰С;

⁰С.

а) Для 1-го слоя

Вт/(мК), где

С;

б) Для 2-го слоя Вт/(мК), где

С;

в) Для 3-го слоя

Вт/(мК), где

С.

Коэффициент с

Вт²/(м²⁰С)²

Коэффициент d

Вт²/(м²⁰С)²

Новое второе значение t_cл2 , t_сл1

⁰С;

⁰С.

2.1.8 Плотность теплового потока Вт/м²

Через 1-й слой ;

Через 2-й слой ;

Через 3-й слой ;

Так как найденные значения теплового потока не будут отличаться друг от друга более, чем на 0,1 Вт/м², то окончательно принимаем:

теплоноситель пласт парогенератор изоляция



2.2 Расчет двухслойной изоляции

2.2.1 В первом приближении принимаем t_c1>t_cл1>t_c2

⁰С

2.2.2 Принимаем ⁰С

Среднее значение коэффициента теплопроводности Вт/(м⁰С)

а) Для 1-го слоя

Вт/(мК), где

⁰С

б) Для 2-го слоя

Вт/(мК), где

⁰С

2.2.3 Новое второе значение t_сл1, ⁰С

2.2.4 Так как новое значение t_сл1 отличается от принятого, то задаёмся новым значением t_сл1 и повторяем расчёт, пока значения практически не будут различаться.

Среднее значение коэффициента теплопроводности Вт/(м⁰С)

а) Для 1-го слоя

, где

⁰С

б) Для 2-го слоя

, где

⁰С

Новое второе значение t_сл1, ⁰С

Среднее значение коэффициента теплопроводности Вт/(м⁰С)

а) Для 1-го слоя

, где

⁰С

б) Для 2-го слоя



, где

⁰С

Новое второе значение t_сл1, ⁰С

Среднее значение коэффициента теплопроводности Вт/(м⁰С)

а) Для 1-го слоя

, где

⁰С

б) Для 2-го слоя

, где

⁰С

Новое второе значение t_сл1, ⁰С



2.2.5 Плотность теплового потока Вт/м²

а) Через 1-й слой

б) Через 2-й слой

2.3 Проверка результатов расчета тепловой изоляции

2.3.1 Двухслойная изоляция

2.3.2 Разность температур:

t₂=t_c2-t_в=100-2=98°С;

2.3.3 По известным t₂ и скорости ветра w по графику находим ₂: ₂= 14,5Вт/(м²К);

2.3.4 Найдем расчетное ₂:

₂=q/t₂=6671,5485/98=68,08Вт/(м²К);

2.3.5 Графическое и расчетное значение ₂ сильно отличаются, возьмем новые значения t_c2=t_c2+20С, повторим все расчеты. Для расчета воспользуемся программой.

2.3.6 Трехслойная изоляция

2.3.7 Разность температур:

t₂=t_c2-t_в=50-2=48°С;

2.3.8 По известным t₂ и скорости ветра w по графику находим ₂: ₂=10,4Вт/(м²К);

2.3.9 Найдем расчетное ₂:

₂=q/t₂=1837,9/48=38,289 Вт/(м²К);

2.3.10 Графическое и расчетное значение ₂ сильно отличаются, возьмем новые значения t_c2=t_c2+20С, повторим все расчеты. Для расчета воспользуемся программой.

Расчет 2-х слойной изоляции

температура внутренней поверхности стенки Tc1=800.0 град. С

температура между слоями T1,2=495,7 град. C

температура наружной поверхности стенки Tc2=223,4 град. C

температура воздуха 2.0 град. C

плотность теплового потока q=5753,035 Вт/кв.м

коэффициент теплоотдачи

графический=>25,90 Вт/кв.м*град.

расчетный=> 25,98 Вт/кв.м*град.

Расчет 3-х слойной изоляции

температура внутренней поверхности стенки Tc1=800.0 град. С

температура между слоями

T1,2=491,2 град. C

T2,3=147,8 град. C

температура наружной поверхности стенки Tc2=98,4 град. C

температура воздуха 2.0 град. C

плотность теплового потока q=1768,668 Вт/кв.м

коэффициент теплоотдачи

графический=>14,26 Вт/кв.м*град.

расчетный=> 14,35 Вт/кв.м*град.

Рисунок 4. Зависимость внешнего коэффициента теплоотдачи (конвекцией и излучением) от скорости ветра и перепада температур между наружной стенкой изоляции и воздухом

2.4 Проверка возможности работы изоляции для заданных материалов

Двухслойная изоляция:

Должны выполнятся условия t_п1>t_cл1 и t_п2>t_cл2; 1400С>495,7С и 700С>223,4 условие выполняется.

Трехслойная изоляция:

Должны выполнятся условия t_п1>t_cл1, t_п2>t_cл2 и t_п3>t_cл3; 900С>491,2С, 700С>147,8С и 600С >98,4С условие выполняется.

2.5 Расчет экономии топлива после замены старой изоляции новой

Замена старой изоляции новой, выполненной из совершенных теплоизоляционных материалов, позволяет в несколько раз снизить тепло потери через обмуровки парогенератора, получить экономию топлива.

2.5.1 Коэффициент, учитывающий отличие тепло потерь в окружающую среду при новой и старой изоляции

n=q_c/q_н=6671,5485/1837,9=3,63раз.

2.5.2 Разность в плотности теплового потока

- q_н=6671,5485-1837,9=4833,65 Вт/м²

2.5.3 Время работы печи в течение года - 300 дней или

2.5.4 Площадь изоляции

F= ( 11,65+(1²-0,3²)/4)=5,90 м²

2.5.5 Годовая экономия теплоты

2.5.6 Годовая экономия топлива

кг/год

2.5.7 Экономия топлива в денежном выражении

С=(Ц =2012417600/1000=354182,49 руб./год.

2.6 Вывод: в результате замены старой 2-х слойной изоляции на новую 3-х слойную получили годовую экономию теплоты 739 МДж/год, годовую экономию топлива 354182,49 кг/год.

Размещено на Allbest.ru