Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 [ 127 ] 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Промораживание при восстановлении начальной температуры глинистых и песчаных пластов с малой льдистостью также происходит по-разному. После прекращения процесса растепления в талом песке отмечается некоторая стабилизация положения нулевой изотермы, а затем относительно быстрое уменьшение радиуса ореола растепленных пород. В глинах отмечается значительный начальный участок дальнейшего увеличения размера талой зоны, несмотря на то что процесс теплового "возмущения" скважиной прекращен. И только спустя 100 ч наблюдалась тенденция к уменьшению радиуса протаивания, хотя он достиг значения, зафиксированного в момент прекращения "возмущения" лишь через

200 ч.

Весьма примечателен тот факт, что процесс восстановления естественной температуры и промерзание прискважин-ного массива происходит в несколько раз медленнее, чем процесс растепления. Спустя 400 ч нулевая изотерма в песке влажностью 7,8 % оказалась на расстоянии 20 см от скважины, а в глине влажностью 3,6 % на более значительном расстоянии. Вероятно, для полного промораживания возмущенной зоны пород потребуется в 3 - 5 раз больше времени, чем длительность предшествующего теплового "возмущения".

Полученные экспериментальные данные были обработаны в критериальной форме и построены графики зависимости безразмерного радиуса протаивания r от критерия Фурье Fo для различных значений критерия Коссовича Ko и температурного критерия Кт (рис. 6.7). Значения безразмерного радиуса r = r / r0 и критериев Fo, Ko и Кт определили по формулам:

Fo = .il; Ko = qм ; K = t- tф .

r02 стYт(tскв - tф) tф -

Значения критериев Fo, Ko и Кт в экспериментах изменялись в следующих пределах:

0 < F o < 2 0 0 ; 0 , 1 7 < K o < 3 ; 2 < K т < 7 .

Анализируя графики зависимости безразмерного радиуса протаивания (см. рис. 6.7), можно сделать вывод о том, что безразмерный радиус зависит как от рода грунта и его свойств, так и от времени. С увеличением критерия Fo без-

Рис. 6.7. Зависимость безразмерного радиуса r ореола протаивания мерзлых пород от определяющих критериев:

I - экспериментальные данные; II - расчеты по И.А. Чарному; III - то же, по Ф.Я. Новикову; IV - то же, по уточненной формуле Ф.Я. Новикова; 1 - Ко = 0,174; Кт = 5,5; 2 - Ко = 0,436; Кт = 5,5; 3 - Ко = 0,530; Кт = 6,4

размерный радиус r растет, а скорость протаивания уменьшается.

Увеличение критерия Ко приводит к уменьшению безразмерного радиуса протаивания. Так, для близких критериев Кт и различных Ко (кривые 1 и 3) при Fo = 50, Г1 = 10,2, а Г2 = 5,3. Это легко объясняется тем, что изменение критерия Ко вызвано повышением льдистости, а это, безусловно, замедляет процесс растепления.

Влияние температурного критерия Кт на значение безразмерного радиуса протаивания по графикам не прослеживается.

Среди известных методов расчета радиуса ореола пр отаи-вания пород вокруг цилиндрических выработок следует отметить метод И.А. Чарного, формулу И.К. Кравченко, формулу

Ф.Я. Новикова, формулу Б.Б. Кудряшова и формулу Ю.П. Ко-ротаева и др.

Метод И.А. Чарного основан на составлении и решении дифференциального уравнения движения границы протаивания. При этом основным допущением является стационарное распределение температуры в талой зоне в любой момент времени. Учитывается расход теплоты на нагревание мерзлой и протаявшей породы и весьма приближенно - утечки ее в мерзлую зону.

Более простая формула Ф.Я. Новикова, которая была получена путем обработки экспериментальных данных. Эта формула имеет следующий вид:

r = 1 + Kт0,05(Fo/Ko)0,43.

Сравнение экспериментальных данных производилось с расчетами по методу И.А. Чарного, как наиболее полно учитывающему сложный процесс теплопередачи от скважины к мерзлым породам, и с расчетами по формуле Ф.Я. Новикова.

По методу И.А. Чарного были получены расчетные кривые для условий эксперимента. Как и следовало ожидать, расчетные значения превышают фактические во всем диапазоне изменения параметров на 10-15 %. Причиной завышенных значений, полученных расчетом по методу И.А. Чарного, являются те исходные предпосылки, на которых основан метод. Предположение стационарности распределения температуры в талой зоне равносильно завышению коэффициента температуропроводности, что должно приводить к систематическому завышению расчетного радиуса. Кроме того, приближенный учет теплового потока от границы протаивания в мерзлую зону также будет способствовать увеличению расчетного радиуса протаивания.

Отличие расчетных кривых, полученных по методу И.А. Чарного, от экспериментальных незначительно, но существенный недостаток метода - необходимость неоднократно решать неявные уравнения - не позволяет рекомендовать его для инженерных расчетов.

Экспериментальные кривые также сравнивались с расчетными, полученными по явной формуле Ф.Я. Новикова. При расчетах по этой формуле расхождение с экспериментом оказалось несколько большим и составило в среднем 20- 30 % (см. рис. 6.7). Причиной завышения расчетных значений безразмерного радиуса протаивания, полученных из формуле! Ф.Я. Новикова, является то, что она выведена для другого ди-