Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

МОДЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ КОМПАНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ С УЧЕТОМ АТМОСФЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ

Айдосов А. , Айдосов Г. А., Заурбеков Н. С.,

5.2. Определение параметров струи, истекающей из буровой скважины при аварии

В качестве исходных данных был взят расход газа Go = 500 м3/мин при заданном диаметре поперечного сечения d = 20 см. Предполагается, что все волновые процессы, сопровождающие начальную стадию истечения уже закончились, и процесс рассматривается в стадии струйного стационарного истечения. Ввиду неопределенности в исходных данных процентного состава и физико-химических свойств газоконденсатной смеси, в данной работе (на 1-м этапе) целесообразно было провести параметрические расчеты газодинамических полей течения в струе, соответствующих разным начальным условиям (табл. 40). Расчеты велись в рамках двумерных параболизированных стационарных уравнений Навье-Стока с применением явного маршевого численного метода [22]. Струя предполагалась осесимметричной, турбулентной, изобарической.

Физико-химические процессы учитывались аналогично работам [5].

Здесь С – мольные концентрации компонент истекающих газов.

Параметры атмосферы: состав – воздух; температура – Т = 293,0 °К; давление атмосферы – Ро = 105 Па; скорость газа Vо = 0 м/с.

Во всех вариантах расчетов скорость истекающих из скважины газов принималась равной Vс = 1060 м/с.

В результате проведенных расчетов показано, что кинематические (скорость) и геометрические (вертикальные и горизонтальные) характеристики струи относительно слабо зависят от термодинамических и физико-химических свойств истекающей из скважины горючей смеси, от начальной
температуры, от состава смеси. Результаты расчетов показывают, что максимальная высота подъема истекающих из скважины газов и продуктов их горения составляет порядка Н = 200 м. при этом максимальные горизонтальные размеры струи, содержащей продукты сгоревших газов, меньше 70 м. (Максимальная высота подъема определялась из условия, когда вертикальная скорость сгоревших газов в струе составляла ∼0,2 %, от скорости газов на срезе скважины; последняя при заданном расходе составляла Vс = 1060 м/с).

Таблица 40

Исходные данные и обозначения расчетов струйного течения

Выявлено также, что основные процессы горения и турбулентного перемещения истекающих из скважины газов с окружающей атмосферой происходят на начальным участке струи и их мольная доля падает на порядок на высотах Н < 20 м. Условия распространения в атмосфере компонент смеси газов обусловлены турбулентной атмосферной диффузией, а также наличием ветра. Поскольку температура сформировавшегося облака продуктов горения может существенно отличаться от температуры окружающего воздуха, определенную роль в процессе переноса может играть термодиффузия. В рис. 14–23 приведены следующие результаты исследования: параметры струи; зависимость радиуса поперечного сечения струи от продольной координаты (высоты над скважиной); скорость газов и продуктов их сгорания на оси струи в зависимости от продольной координаты; температура истекающих газов (на оси струи) в зависимости от продольной координаты; температура газов и продуктов их сгорания (на оси струи) в зависимости от продольной координаты.

Рис. 14. Параметры струи при аварийном выбросе.
Параметры на срезе скважины: Tс, Uс, Pс = Ро = 105 Па.
Состав: Сi – мольные доли компонентов истекающей смеси газов

Рис. 15. Зависимость радиуса поперечного сечения струи
от продольной координаты (высоты над скважиной)

В дальнейшем целесообразно провести расчеты процесса истечения струи из скважины с учетом силы тяжести при конкретном процентном составе газоконденсатной смеси, которая поставляется заказчиком.

Рис. 16. Зависимость радиуса поперечного сечения струи
от продольной координаты (высоты над скважиной)

Рис. 17. Скорость газов и продуктов их сгорания на оси струи в зависимости от продольной координаты

Рис. 18. Скорость газов и продуктов их сгорания
на оси струи в зависимости от продольной координаты

Рис. 19. Температура истекающих газов (на оси струи)
в зависимости от продольной координаты

Рис. 20. Температура истекающих газов (на оси струи)
в зависимости от продольной координаты

Рис. 21. Температура газов и продуктов их сгорания (на оси струи)
в зависимости от продольной координаты

Рис. 22. Температура газов и продуктов их сгорания (на оси струи)
в зависимости от продольной координаты

Рис. 23. Температура газов и продуктов
их сгорания (на оси струи)
в зависимости от продольной координаты