- Tytuł:
-
Sposób oceny rozkładu temperatury w produkcyjnym otworze geotermalnym przy dopływie mieszaniny solanki i dwutlenku węgla w zakresie warunków nadkrytycznych
Temperature distribution in the geothermal well when using the mixture of the brine and supercritical carbon dioxide as the working fluid - Autorzy:
-
Szpunar, Tadeusz
Majkrzak, Marcin - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/31343951.pdf
- Data publikacji:
- 2023
- Wydawca:
- Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
- Tematy:
-
energia geotermalna
dwutlenek węgla
modelowanie matematyczne
geothermal energy
carbon dioxide
mathematical modelling - Opis:
-
W artykule przedstawiono sposób oceny rozkładu temperatury w produkcyjnym otworze geotermalnym w sytuacji dopływu mieszaniny wody złożowej (solanki) oraz – planowanego jako główny nośnik energii cieplnej – dwutlenku węgla w zakresie nadkrytycznych parametrów ciśnienia i temperatury. We wstępie podkreślono znaczenie ograniczenia emisji dwutlenku węgla do atmosfery, omówiono krótko charakterystykę przemian fazowych CO2 oraz przedstawiono sposób jego alternatywnego zagospodarowania. Zyskującym w ostatnich latach na popularności sposobem ograniczenia szkodliwego oddziaływania dwutlenku węgla jest jego wykorzystanie jako medium roboczego przy pozyskiwaniu energii geotermalnej, tj. wprowadzenie go do obiegu w układzie otworów (zatłaczającego i produkcyjnego) do wyeksploatowanych złóż węglowodorów (ropy lub gazu). W pracy zobrazowano zasady pracy takich otworów, przedstawiono korzyści wykorzystania w systemach geotermalnych dwutlenku węgla jako płynu roboczego oraz określono warunki niezbędne do efektywnego działania omawianego układu. Jednym z elementów publikacji jest bilans wymiany ciepła pomiędzy płynem przemieszczającym się ze złoża na powierzchnię a górotworem. W ramach rozwiązania problemu zaprezentowano model bilansowy przyjętych i oddanych ilości ciepła przez mieszaninę solanki i dwutlenku węgla w otworze geotermalnym. Przedstawione zostały ponadto procedury określania parametrów CO2 w funkcji ciśnienia i temperatury w odwiercie, w tym lepkość, gęstość i współczynnik przewodzenia ciepła w mieszaninie. Podano również sposób obliczania parametrów koniecznych do określenia współczynnika przejmowania ciepła pomiędzy cyrkulującym płynem a ścianą rury okładzinowej. Na potrzeby obliczeń założono, że temperatura na ścianie odwiertu zmienia się liniowo wraz z głębokością, tzn. zgodnie z tak zwanym gradientem geotermicznym. Podano też zależność umożliwiającą określenie ilości ciepła przekazywanego od górotworu do przepływającej mieszaniny solanki i CO2. Jako element końcowy przedstawiono zależność wielkości temperatury płynu wypływającego z otworu od jego głębokości całkowitej, przyjętego natężenia przepływu i zmiennych proporcji CO2 i solanki w składzie mieszaniny. Wszystkie obliczenia przeprowadzono z uwzględnieniem właściwości CO2 w zakresie parametrów nadkrytycznych ciśnienia i temperatury, wzięto w nich również pod uwagę stopień izolacji cieplnej odwiertu. Przedstawiona została procedura obliczeń, a wyniki przykładu obliczeniowego zestawiono w formie tabelarycznej i graficznej. Na ich podstawie podjęto próbę wskazania, który z rozpatrywanych parametrów wpływa najsilniej na końcową wielkość temperatury wypływającego z odwiertu płynu.
The article presents a method of evaluating temperature distribution in a production geothermal well in case of inflow of a mixture of formation water (brine) and supercritical carbon dioxide, as the main carrier of thermal energy. In introduction the problem of reducing the carbon dioxide emissions to atmosphere and characteristics of CO2 phase transformations are briefly discussed. Provided are alternative methods of utilization of CO2 including its sequestration by injection to the depleted oil and gas reservoirs using the injection and production wells working in tandem. As the main part of the article heat balance is constructed describing heat exchange between fluid flowing up from reservoir and the rock mass. The heat balance is used to find the relation between temperature of brine/CO2 mixture which is out-flowing of the geothermal well. Procedures for determination of CO2 parameters are provided (viscosity, density and thermal conductivity in the mixture) as function of pressure and temperature in the well. The method for calculation of these parameters is presented, which is used to determine heat transfer coefficient between circulating fluid and wall of casing. For the purposes of the calculations, it was assumed that the temperature on the borehole changes linearly with the depth, i.e. in accordance with geothermal gradient. Moreover, the dependence enabling determination of the amount of heat transferred from the rock mass to the flowing mixture of brine and CO2 was given. Carbon dioxide is assumed to be in the supercritical range of temperature and pressure. The results are presented as the relation between temperature of the mixture at various depths of well and for various flow rates and various compositions of the mixture. Due account is given to the impact of the wellbore thermal insulation on temperature and pressure-dependent parameters of carbon dioxide flow in the well. The parameters which govern temperature of brine and CO2 mixture out-flowing of production well are specified. The results are also presented in a graphical and tabular form. - Źródło:
-
Nafta-Gaz; 2023, 79, 3; 190-198
0867-8871 - Pojawia się w:
- Nafta-Gaz
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł