ТЕПЛОВОЕ ПОЛЕ В СКВАЖИНЕ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ В УСЛОВИЯХ НИЗКОЙ СКОРОСТИ ПОТОКА

Abstract

Ссылка для цитирования:Тепловое поле в скважине при индукционном нагреве обсадной колонны в условиях низкой скорости потока / Р.З. Акчурин, Ф.Ф. Давлетшин, А.Ш. Рамазанов, Р.Ф. Шарафутдинов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2023. – Т. 334. – № 2. – С. 87-98. Актуальность. Одним из перспективных методов промыслово-геофизических исследований скважин является активная термометрия. Технология проведения исследований данным методом включает локальный индукционный нагрев металлической обсадной колонны, регистрацию и анализ изменения температуры в стволе скважины. В результате теплообмена с колонной в потоке жидкости, движущейся в скважине, создается тепловая метка, которая регистрируется температурными датчиками, расположенными в колонне по пути движения жидкости. Наблюдение за движением тепловых меток позволяет решать ряд важных практических задач, таких как определение объемного расхода флюида в стволе скважины, оценка дебита заколонного перетока. При низкой скорости потока разогрев колонны может привести к возникновению значительных градиентов температуры в жидкости, что обуславливает возникновение естественной тепловой конвекции. В этой связи актуальным является исследование тепловых процессов в скважине при индукционном нагреве с учетом естественной тепловой конвекции. Объект: добывающая скважина, в которой проводятся исследования методом активной термометрии с помощью локального индукционного нагрева обсадной колонны. Цель: исследование особенностей формирования температурного поля в скважине в процессе индукционного нагрева обсадной колонны с учетом естественной тепловой конвекции при малом расходе потока в колонне. Методы: численное моделирование в программном пакете Ansys Fluent (Лицензия ANSYS Academic Research CFD в рамках договора с Башкирским государственным университетом от 15.06.2020). Результаты. Установлено, что разогрев колонны и жидкости вблизи ее поверхности достигает около 12 и 5 К соответственно, что способствует увеличению локальной скорости жидкости за счет влияния естественной тепловой конвекции. Выше интервала нагрева в жидкости наблюдается повторяющаяся структура потока, соответствующая образованию конвекционных ячеек. Построены кривые динамики температуры жидкости во времени на различном радиальном расстоянии от стенки колонны и различной высоте относительно интервала нагрева, по времени прихода тепловой метки выполнена оценка линейной скорости потока жидкости. Установлено, что расчетная скорость жидкости, определяемая по скорости движения тепловой метки, возрастает на величину 6 % и более относительно скорости ламинарного восходящего потока в отсутствие влияния естественной тепловой конвекции. Показано, что измерение температуры в центральной части потока позволяет более точно оценить расход жидкости в колонне, поскольку в пристеночных областях локальная скорость жидкости возрастает за счет естественных конвективных потоков.