ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЇ ГРАВІЙНИХ ФІЛЬТРІВ НА ОСНОВІ АНАЛІЗУ ТЕПЛОМАСООБМІННИХ ПРОЦЕСІВ В ДИСПЕРСНОМУ СЕРЕДОВИЩІ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, визначено мету досліджень та задачі, які необхідно розв’язати для її досягнення. Сформульовано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, наведено відомості про апробацію результатів дисертаційної роботи.

У першому розділі проведено огляд наукової літератури по технологіям виготовлення гравійних фільтрів та їх застосуванню. Аналіз літературних даних показав, що, в залежності від технології виготовлення, існують дві групи гравійних фільтрів:

1) фільтри, які формуються безпосередньо на вибої свердловини (насипні, намивні);

2) опускні фільтри (кожухові, корзинові, блочні), які в готовому вигляді транспортуються на вибій свердловини.

Недоліками гравійних фільтрів першого типу є незадовільні фільтраційні характеристики розрихленої гравійної обсипки із-за неможливості візуального контролю за її формуванням, обмежена глибина свердловин (до 100 м) внаслідок утворення висячих гравійних пробок.  Серед опускних гравійних фільтрів найбільшого розповсюдження знайшли блочні фільтри. Кожухові та корзинові опускні фільтри не знайшли широкого використання внаслідок необхідності виготовлення каркасів, які утримують гравійну обсипку.

Для розв’язання проблеми забезпечення міцності конструкцій блочного гравійного фільтру пропонуються різні підходи, зокрема розглянуто нову технологію виготовлення блочного гравійного фільтру, в якій використовується заморожування зміцнюючої речовини матеріалу фільтру. Така технологія отримала назву низькотемпературної. Обґрунтовано актуальність досліджень теплофізичних процесів у гравійних фільтрах, виготовлених по цій технології.

Розглянуто підходи до дослідження процесів тепломасообміну в дисперсному середовищі гравійних фільтрів, виготовлених по низькотемпературній технології. Аналіз наукової літератури, проведений в першому розділі, показав, що ефективним інструментом дослідження теплофізичних процесів в дисперсному середовищі гравійного фільтру є методи математичного моделювання. Показано, що існують дві групи моделей дослідження тепломасообмінних процесів в дисперсних середовищах при наявності фазових перетворень, а саме, з явним виділенням фронту фазового переходу та наскрізного розрахунку. Обрано теоретичний підхід дослідження теплового та вологісного стану блоку гравійного фільтру на основі методів математичного моделювання.

На підставі виконаного в першому розділі роботи аналітичного огляду поставлені задачі дисертаційного дослідження.

Другий розділ присвячено побудові та верифікації математичної моделі, яка описує перенос тепла і вологи в низькотемпературному гравійному фільтрі під час його промерзання та розморожування.

Побудовано модель елементу блочного гравійного фільтру, яка показана на (рис. 1а).  Матеріалом фільтру є суміш дрібнозернистого гравію та води. Жорстка форма та металева основа є знімними і використовуються під час виготовлення блоку.  Вид готового блоку фільтру показано на рис. 1б. Під час встановлення блоків гравійного фільтру в робочий стан має місце процес руйнування монолітної структури фільтру. Таким чином визначення режимних параметрів процесу виготовлення та встановлення на забій низькотемпературних гравійних фільтрів зводиться до вивчення тепло- і масообмінних процесів у фільтрі при взаємодії з навколишнім середовищем.

Наведено ряд припущень, що приймаються при побудові математичної моделі:

- матеріал гравійного фільтру складається з зерен гравію сферичної форми з фракцією 0,5 – 1 мм, укладка є рівномірною і ущільненою;

- в якості зміцнюючої речовини використовується дистильована вода;

- фазове перетворення води, яка знаходиться в порах матеріалу фільтру, відбувається у вузькому діапазоні від’ємних температур;

- досліджувана система являється замкнутою відносно вологості;

- при побудові математичної моделі вважається, що температура навколишнього середовища постійна;

- процесами морозного вспучування матеріалу фільтра знехтуємо;

- переносом вологи внаслідок термічного градієнта знехтуємо;

- міграцією вологи за рахунок сил тяжіння знехтуємо;

- будемо вважати, що теплообмін з навколишнім середовищем відбувається тільки за рахунок конвекції.