Mathematical model of the downward two-phase flow of a heat-transfer agent in an injection well

Бесплатный доступ

At the present time, the main method of developing highly viscous and bituminous oil reservoirs is the injection of hot water or steam into such reservoirs. When injecting heat-transfer agent into a porous reservoir, its characteristics at the wellhead are known. It is important to know the parameters of a heat-transfer agent (pressure, temperature, mass content of steam in a two-phase mixture "water-steam", etc.) directly at the reservoir entrance. In order to calculate various parameters of a heat-transfer agent along the injection well depth (including the bottomhole), we propose a mathematical model of the downward flow of a hot "water-steam" mixture in a vertical channel. The model takes into account phase transitions occurring in a two-phase "water-steam" mixture, and external heat exchange of the well product with surrounding rocks (including permafrost). Based on the proposed mathematical model, we develop an algorithm to solve a quasistationary problem. In this case, we use the Runge-Kutta method in order to solve the system of differential equations describing the stationary flow of a heat-transfer agent in a well. Also, in order to solve the non-stationary problem of temperature distribution in the rocks that surround the well (including permafrost), we use the author enthalpy method with implicit scheme. For each time moment, the developed software allows to find the distributions along the well depth of various parameters of the downward two-phase flow, taking into account external heat exchange, as well as the temperature distribution in the rocks that surround the well and the permafrost thawing radius.

Еще

Two-phase flow, heat-transfer agent, injection well, permafrost, thawed zone

Короткий адрес: https://sciup.org/147232960

IDR: 147232960   |   DOI: 10.14529/mmp190305

Список литературы Mathematical model of the downward two-phase flow of a heat-transfer agent in an injection well

  • Makogon, Y.F. Natural Gas-Hydrates - A Potential Energy Source for the 21st Century / Y.F. Makogon, S.A. Holditch, T.Y. Makogon // Journal of Petroleum Science and Engineering. - 2007. - V. 56. - P. 14-31.
  • Тер-Саркисов, Р.М. Разработка и добыча трудноизвлекаемых запасов углеводородов / Р.М. Тер-Саркисов. - М.: Недра, 2005.
  • Бурже, Ж. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов / Ж. Бурже, П. Сурио, М. Комбарну. - М.: Недра, 1989.
  • Антониади, Д.Г. Научные основы разработки нефтяных месторождений термическими методами / Д.Г. Антониади. - М.: Недра, 1995.
  • Малофеев, Г.Е. Нагнетание в пласт теплоносителей для интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи / Г.Е. Малофеев, О.М. Мирсаетов, И.Д. Чоловская. - М.; Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2008.
  • Thomas, S. Enhanced Oil Recovery - An Overview / S. Thomas // Oil and Gas Science and Technology. - 2008. - V. 63, № 1. - P. 9-19.
  • Шагапов, В.Ш. Фильтрация высоковязкой нефти в пласте при тепловом воздействии / В.Ш. Шагапов, Ю.А. Юмагулова, А.А. Гиззатуллина // Инженерно-физический журнал. - 2018. - Т. 91, № 2. - С. 319-328.
  • Willhite, G.P. Over-All Heat Transfer Coefficients in Steam and Hot Water Injection Wells / G.P. Willhite // Journal of Petroleum Technology. - 1967. - V. 19, № 5. - P. 607-615.
  • Кутушев, А.Г. Неизотермическое движение парожидкостной смеси в скважине / А.Г. Кутушев, А.С. Русанов // Известия вузов. Нефть и газ. - 2008. - № 4. - С. 39-45.
  • Медведский, Р.И. Строительство и эксплуатация скважин на нефть и газ в вечномерзлых породах / Р.И. Медведский - М.: Недра, 1987.
  • Нигматулин, Р.И. Динамика многофазных сред / Р.И. Нигматулин. - М.: Наука, 1987.
  • Shagapov, V.Sh. Mathematical Modelling of Two-Phase Flow in a Vertical Well Considering Paraffin Deposits and External Heat Exchange / V.Sh. Shagapov, N.G. Musakaev, N.S. Khabeev, S.S. Bailey // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2004. - V. 47, № 4. - P. 843-851.
  • Musakaev, N.G. Mathematical Model of the Two-Phase Flow in a Vertical Well with an Electric Centrifugal Pump Located in the Permafrost Region / N.G. Musakaev, S.L. Borodin // Heat and Mass Transfer. - 2016. - V. 52, № 5. - P. 981-991.
  • Чисхолм, Д. Двухфазные течения в трубопроводах и теплообменниках / Д. Чисхолм. - М.: Недра, 1986.
  • Кутателадзе, С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление / С.С. Кутателадзе. - М.: Энергия, 1990.
  • Shagapov, V.Sh. Dynamics of Formation and Dissociation of Gas Hydrates in Pipelines at the Various Modes of Gas Transportation / V.Sh. Shagapov, R.R. Urazov, N.G. Musakaev // Heat and Mass Transfer. - 2012. - V. 48, № 9. - P. 1589-1600.
  • Шагапов, В.Ш. О возможности вымывания газа из газогидратного массива посредством циркуляции теплой воды / В.Ш. Шагапов, А.С. Чиглинцева, В.Р. Сыртланов // Прикладная механика и техническая физика. - 2009. - Т. 50, № 4. - С. 100-111.
  • Шагапов, В.Ш. Математическая модель течения природного газа в трубопроводах с учетом диссоциации газогидратов / В.Ш. Шагапов, Н.Г. Мусакаев, Р.Р. Уразов // Инженерно-физический журнал. - 2008. - Т. 81, № 2. - С. 271-279.
  • Бородин, С.Л. Численные методы решения задачи Стефана / С.Л. Бородин // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. - 2015. - Т. 1, № 3. - С. 164-175.
  • Бондарев, Э.А. Моделирование образования гидратов в газовых скважинах при их тепловом взаимодействии с горными породами / Э.А. Бондарев, И.И. Рожин, К.К. Аргунова // Инженерно-физический журнал. - 2014. - Т. 87, № 4. - С. 871-878.
Еще
Статья научная