Please use this identifier to cite or link to this item: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/52023
Title: Теоретичні основи процесів тепломасообміну раціонального вилучення геотермальних флюїдів вуглеводневих свердловин
Other Titles: Theoretical fundamentals of heat and mass exchange processes of geothermal fluids rational extraction of hydrocarbon wells
Authors: Фик, Михайло Ілліч
Science degree: доктор технічних наук
Thesis level: докторська дисертація
Code and name of the discipline: 05.17.08 – процеси та обладнання хімічної технології
Thesis department: Спеціалізована вчена рада Д 64.050.05
Thesis grantor: Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Scientific advisor: Білецький Володимир Стефанович
Committee members: Демидов Ігор Миколайович
Ульєв Леонід Михайлович
Арутюнян Тетяна Володимирівна
Keywords: автореферат дисертації; вилучення геотермальної енергії; геотермальний флюїд; дуальна свердловинна система; "флюїд-геотепло"; теплопродуктивність геоенергетичної системи; методика розрахунку; математична модель; "пласт-прилеглі породи"; феноменологічні співвідношення Онсагера; тепломеханічний ефект; теплова дифузія; математичне моделювання мережевого теплообмінника; імітаційне моделювання; ефективність систем з суміщеними процесами; geothermal energy extraction; geothermal fluid; dual well system "fluid-geothermal"; heat productivity of geoenergetic system; calculation method; mathematical model "formation-adjacent rocks"; phenomenological Onsager relations; thermomechanical effect; mathematical modeling of the network heat exchanger; simulation modeling; efficiency of systems with combined processes
УДК: 622.279.23/4:622.279.031:622.279.58+622.276.1/4:622.276.6:661.96:532.528
Issue Date: 2021
Publisher: Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Citation: Фик М. І. Теоретичні основи процесів тепломасообміну раціонального вилучення геотермальних флюїдів вуглеводневих свердловин [Електронний ресурс] : автореф. дис. ... д-ра техн. наук : спец. 05.17.08 / Михайло Ілліч Фик ; [наук. консультант Білецький В. С.] ; Нац. техн. ун-т "Харків. політехн. ін-т". – Харків, 2021. – 42 с. – Бібліогр.: с. 31-38. – укр.
Abstract: Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціаль-ністю 05.17.08 – процеси та обладнання хімічної технології. – Національний техніч-ний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. У дисертаційній роботі розв’язано актуальну науково-практичну проблему роз-робки теоретичних основ раціонального вилучення геотермальних флюїдів свердловинами вуглеводневих родовищ на прикладі Дніпровсько-Донецької западини, що полягає у застосуванні суміщеного вилучення-видобування «флюїд-геотепло» для свердловин нафтогазових родовищ, формуванні феноменологічної моделі яка відо-бражає послідовність та взаємозв'язок всіх елементарних субпроцесів такого вилучення-видобування флюїд-геотермальних ресурсів, розробці математичних моделей цих субпроцесів і на їх основі – математичної моделі суміщеного процесу вилучення "флюїд-геотепло" в цілому. Обґрунтовано раціональну геометричну топологію теплообмінників та встановлено закономірності ефективного вилучення геотермальної енергії з пласта-колектора нафти (газу) та приколонного простору, проведення її через перехідну кольматаційну зону "пластвибій свердловини" і ліфтування енергії по свердловині та транспортування поверхневими системами до споживача з урахуванням властивостей бокових гірських порід свердловини, колекторів, теплоносіїв, структури підземного теплообмінника, схемотехніки ефективного видобування, накопичення та зберігання енергоресурсів, геологічних та технологічних особливостей наф-тогазоконденсатних родовищ, зокрема, Дніпровсько-Донецької западини, ресурсо- та теплопродуктивності нафтогазоносних та виснажених пластів-колекторів, що спрямовано на реалізацію суміщеного видобутку "флюїд – геотермальне тепло" як дуально-суміщеної технології вилучення енергоресурсів. Виконана робота може бути використана для створення і розвитку вітчизняної свердловинної геотермально-вуглеводневої енергетики інноваційного типу. Крім того, окремі результати роботи можуть бути використані для інтенсифікації видобування енергоресурсів та продовження експлуатації нерентабельних вуглеводневих свердловин.
Thesis for a Doctor Degree in Engineering, Specialty 05.17.08 - processes and equipment of chemical technology. – NTU "KhPI", Kharkiv, 2021. In the dissertation work the actual scientific and practical problem of development of theoretical bases of rational extraction and logistics of geothermal resources of wells of oil and gas fields on an example of the Dnieper-Donetsk basin which consists in application of combined extraction of "fluid-geothermal heat" of a phenomenological model that reflects the sequence and relationship of all elementary subprocesses of such extraction of fluid-geothermal resources, development of mathematical models of these subprocesses and on their basis - a mathematical model of the combined process of extraction of "fluid-geothermal" as a whole. The rational geometric topology of heat exchangers is substantiated and the regularities of effective extraction of geothermal energy from the reservoir of oil (gas) and the near-space, its conduction through the transition clogging zone "formation-bottom of the well" and energy lifting to the well and transport system are established. consumer taking into account the properties of lateral rocks of wells, reservoirs, heat carriers, structure of underground heat exchanger, circuitry of efficient extraction, accumulation and storage of energy resources, geological and technological features of oil and gas condensate fields, in particular, the Dnieper-Donetsk basin - and heat productivity of oil and gas and depleted reservoirs, which is aimed at the implementation of combined production of "fluid - geothermal heat" as a dual-combined technology. A complex process (phenomenological) model of a geothermal well system of combined "fluid-geothermal" extraction of geothermal well fluids has been developed, which includes five subprocesses: extraction of geothermal energy from the reservoir and the bottom space; its transfer through the transition zone "formation-bottom of the well", through the well and surface systems to the consumer, which allowed to establish the sequence and relationship of all elementary processes of transformation and movement of energy and coolant in the geothermal well system. A model of a geothermal reservoir of a gas condensate well has been developed, which takes into account changes in the thermal conductivity of rocks from the sides to the bottom of the well. This model includes refined equations of heat balance of energy in radial filtration of well products, containing convective and conductive components of heat transfer and heat inflow. This allows in comparison with the known methodological approaches to clarify by 12 - 14% the forecast of heat extraction from the geothermal reservoir at the bottom of the gas condensate well. It is shown that the use of the developed mathematical model of the geothermal reservoir of a gas condensate well, which takes into account changes in thermal conductivity of rocks from sides to the bottom of the well allows to specify up to 27% heat flow by the well in terms of thermobaric methods. A mathematical model of the geothermal system "heat exchanger-rock massif" by the heat conversion coefficient (COP) of the geothermal heat exchanger in the bottomhole heat receiving zone is developed. It is established that the key parameters of influence on the heat conversion coefficient COP of a geothermal heat exchanger are: radius of drainage of fluids during heat exchange process, radius of pipelines with circulating heat carrier, diameter of cluster heat exchanger, thermal resistance of rocks in bottomhole heat transfer zone. A quantitative assessment of the impact of these parameters on the COP. A mathematical model of non-isothermal motion of a gas-liquid hydrocarbon mixture in a pipeline from a well bottom to a separation plant has been developed, which differs from those known by taking into account internal convective heat transfer, Joule-Thomson integral effect and energy accommodation. This allowed to increase the accuracy of the calculation of pressure losses through the pipeline with heat exchange by 4,7% in the range of volumetric flow rates of 0,5-1 m3 / s. Based on the use of the electrohydraulic analogy method, a mathematical model of the gas transportation process in a multithreaded industrial pipeline has been developed, which differs from the known ones taking into account the influence of heat pumps and allows determining the integrated transformation coefficient for the network pipeline system; the variant of the heat pump as the device with the distributed parameters which represents the multithreaded branched product pipeline transferring low-potential thermal energy from environment to the pipeline circuit is allocated. A theoretical and empirical formula for determining the Joule-Thomson coefficient has been developed, which allows to estimate the influence of the effect of this heat pump on the energy and thermobaric parameters of gas transportation processes. It is shown that the interfilament induces the effect of a heat pump in the receiving filament of the pipeline circuit, causes local heating of the transported fluid product in one zone and cooling in another and does not contain special secondary heat transfer circuits, which act as separate sections of the multithreaded pipe. This allowed to increase the accuracy of COP determination by 5-7% in the range of seasonal temperature differences. Improved methods for calculating non-isothermal transportation of gas condensate mixture by introducing temperature correction and accommodation coefficient in calculations of hydraulic resistance of the pipeline as a system with distributed parameters. Based on the analysis of the calculated curves for hydraulic resistance by known methods (formulas of Colbrook, Leibenson and VNIIGAZ) for isothermal and non-isothermal processes and the proposed method shows the rational areas of their application. In particular, the comparison of theoretical and industrial experiments showed sufficient for engineering practice the accuracy of calculating the pressure drop in sections of oil and gas plumes and allows to recommend the developed analytical dependences for implementation in industrial engineering at gas-liquid flow rates in the range 0-50 m/s, pipe roughness 0.01- 0.05 mm and their diameter is 100-300 mm. All calculations are made for real industrial pipelines of the Novotroitsk oil and gas condensate field. The performed work can be used for creation and development of domestic downhole geothermal-hydrocarbon energy of innovative type. In addition, some of the results can be used to intensify energy production and continue the operation of unprofitable hydrocarbon wells.
URI: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/52023
Appears in Collections:05.17.08 "Процеси та обладнання хімічної технології"

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
avtoreferat_2021_Fyk_Teoretychni_osnovy.pdf2 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open
Show full item record  Google Scholar



Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.