Введение к работе
' t
Актуальность проблемы. Характерной чертой современного научно-технического прогресса является интенсивный рост энергоемких технологических процессов во всех сферах народного хозяйства, что приводит к увеличению масштабов добычи и эксплуатации топливно-энергетических ресурсов, уменьшению и постепенному истощению их запасов и поиску новых источников энергии.
Геотермальные ресурсы, наряду с солнечной, ветровой,' прилив-но-отливной энергией, являются тем новым, возобновляемым источником энергии, который в перспективе реально можетзанять значительное место в топливно-энергетическом балансе ряда районов нашей страны. Широкий интерес к геотермальной энергетике в нашей стране и за рубёком объясняется не только тем, что использование глубинного тепла Земли позволяет сэкономить миллионы тонн ценного органического топлива, но и многочисленными достоинствами этого вида энергии в экономическом и экологическом отношениях. Комплексное, освоение геотермальной энергии предполагает использование ее для теплоэнергоснабгения_ и горячего водоснабжения ряда отраслей промышленности, сельского и коммунального хозяйства, интенсификации нефтеотдачи пластов, и т.д. В настоящее время геотермальная энергетика ограничивается использованием самоизливающихся или вскрываемых скважинами высокотемпературных теплоносителей. Освоена лишь незначительная часть геотермальных ресурсов, запасы которых в пределах земной коры огромны. Поэтому перспективным направлением развития геотермальной энергетики является создание подземных циркуляционных систем для использования тепла сухих пород.
Комплексное воздействие тепла на все параметры пластовой системы позволяет значительно увеличить коэффициент нефтеотдачи, особенно при добыче высоковязких нефтей. Одним из перспективных методов повышения нефтеотдачи пластов является вытеснение нефти теплоносителем, в частности, горячей водой. При нагнетании горячей вода в нефтесодержащие пласты происходит неизотерлическое вытеснение нефти, закономерности которого определяются влиянием температуры на вязкость нефти и воды, изменением молекулярно-повврхностных сил, 'тепловым расширением пластовой системы и др.
Для успешного решения задач тепломассопереноса в реальных условиях, расчетов терлогидродинамических режимов в циркуляциогамх
-2-.
системах необходима дальнейшая разработка "методов моделирования к специализированных моделируюсих устройств, так как решение этих проблем известными методами и средствами сопрякено с большими техническими трудностями, затратами времени, а в некоторых случаях к вообще неосуществимо.
Цель работы - разработка методов моделирования нелинейных нестационарных процессов тешюмассопереноса в подземных циркуляционных системах при извлечении глубинного тепла Земли и добыче нефти ка аналоговых, цифровых и гибридных вычислительных устройствах для прогнозирования поведения исследуемых подземных циркуляционных систем и определения оптимальных режимов их работы. Издались задачи :
развития теории метода дополнительных источников для моделирования процессов однофазной неизотер/.ической фильтрации в геотермальных циркуляционных системах и двухфазной неизотерми-ческой фильтрации в нефтеносных пластах;
разработки численной модели однофазной неизотершческой фильтрации на основе метода дополнительных источников;
разработки методов моделирования однофазной и двухфазной неизотер.шческой фильтрации на сеточных моделях с постоянными параметрами;
разработки методов моделирования процессов однофазной и двухфазной неизотермической фильтрации в подземных циркуляционных системах на гибридных вычислительных устройствах;
исследования процессов однофазной и двухфазной неизотермической фильтрации разработанными методами.
Научная новизна работы состоит в следующем :
-
Разработан метод моделирования однофазной неизотермиче^-ской фильтрации, основанный на неразрывности течения на границе температурного фронта. Метод позволяет определять движение температурного фронта и поля давлений во времени.
-
Развита теория метода дополнительных источников. Показано, что систему нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных можно представить в виде системы линейных уравнений с распределенный! источниками, учитывающими нелинейность. Это дает возможности моделировать процессы однофазной и двухфазной неизотермической фильтрации на моделях с постоянными параметрами.
-
На основе метода дополнительных источников
- разработана численная модель однофазной неизотермической
фильтрации;
- разработан метод моделирования процессов однофазной и
двухфазной неизотзрлгееской фильтрации на электрических моделях
с постоянными параметрами. Получены необходимые условия подобия
и выведены соотношения для расчета корректирующих напряжений,
граничных и начальных условий. Метод позволяет получать поля
давлений, насыщенности и температур so временд.
-
Проведено численное исследование влияния различных переменных величин на значения напряжений U.» , Vfa 'л %t > задаваемых на дополнительные сопротивления /сопротивления 'коррекции/ сеток, моделирующих уравнения фильтрации, насыщенности и теплопроводности. Установлено, что наиболее сильное влияние оказывают переменные коэффициенты Hi.j,n,-Ai,j,n ,Qi,j.n и~D,\j,n . Это дало возможность сгруппировать члены з выражениях для Llm , у-м и У^ таким образом, чтобы выделить коэффициенты при Kcj.n , Ai,f,n ,B(,j,n и D<;/,i , вычисляемые по предыдущей итерации, и, так назыгаемые, свободные члены, также вычисляемые по предыдущей итерации. Результатом проведенных исследований явилось создание метода цифро-аналоговых итераций.
-
На основе метода цифро-аналоговых итераций разработан нозый алгоритм моделирования процессов неизотермической однофазной и двухфазной фильтрации в подземных циркуляционных системах на гибридных вычислительных устройствах, позволяющий успешно сочетать достоинства ПФМ и аналогового сопроцессора. Коэффициенты при H.i,j,n, A,;f,n ,Вї,/,п viJDt;j,n и свободные члены вычисляются на ЭВМ, а переменные коэффициенты Кс,],п ,Д;/,л ,&с.:,п тл^йі.п реализуются аналоговым способом и осуществляют связь между сетками фильтрации, насыщенности и теплопроводности на каждом итерационном шаге, что позволяет сократить время решения задачи и упростить аналоговую часть гибридного комплекса.
-
Исследованы процессы нелинейной неизотермической однофазной и двухфазной фильтрации разработанными методами.
Практическая ценность работы заключается в том, что
проведено моделирование термогидродинамического режима геотермальных циркуляционных систем для условий Даге- тана и Ставропольского края;
на основании прогнозирования термогидродинамического режима Паратунского геотермального месторождения виданы рекомендации по оптимальной его эксплуатации;
проведено моделирование термогидродинамического режима геотермальной циркуляционной системы для условий Сакского района Крымской области, что позволило разработать систему геотермального теплоснабжения и горячего водоснабжения указанного района;
полученные результати открывают возможность широкого использования разработанных методов в инженерных расчетах.
Реализация результатов работы. Исследования проводились в рамках выполненных з Институте проблем моделирования 'в энергетике АН Украины госбюджетных тем "разработать методику моделирования и моделирующие устройства для прогнозирования термогидродинамического'режима ПЦС" и "Разработка методов моделировгния и . специализированных моделирующих устройств' для исследования процессов, возникающих при извлечении и использовании тепла Земли для производства электроэнергии и геотермального теплоснабжения", входивших в целевую научно-техническую программу "Энергокомплекс", и х/д "Разработка цифро-аналоговых моделей для определения технологических показателей процессов теплового воздействия на нефтяной пласт" № 1115-90.
Результаты работы были переданы НТК "Институт технической теплофизики" АН Украины и использовались при выполнении госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научно-техническом семинаре "Эффективность машинных решений краевых задач" /г.Куйбышев, 1982 г./, на П Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы нелинейной электротехники" /г.Киев, 1984 г./, на Республиканском научно-техническом семинаре НТО РЭС им. А.С.Попова /г.Казань, 1988 г./, на Республиканской научно-технической конференции "Экологические проблемы теплоэнер--гетики" /г.Одесса, 1990 г./, на Всесоюзной научно-технической конференции "Математическое моделирование в энергетике" /г.Киев, 1990 г./, на Всесоюзной конференции "Краевые задачи теории фильтрации и их приложения" /г.Казань, 1991 г.Л
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 19 печатных работ.
. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.
