Жерасты ағындары

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 18 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

Кіріспе . . . 1

Фильтрация туралы түсінік . . .

Жер асты ағындар . . .
Кеуекті ортадағы сұйықтың таралуы . . .

Тәжірибелік бөлім

S11 қондырғысы және қолданылған қондырғылар туралы түсінік
Тәжірибе жасалу реті :Режим1 . . . Режим2 . . . Режим3 . . . Су жіберілген кездегі нәтижелер . . .

Сандық шешім

Comsol Multiphysics модель нәтижелері
Зерттеу бөлімі мен Comsolмодельдерін салыстыру

Қорытынды . . .

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі . . .

Кіріспе

Жерасты гидромеханикасы сұйықтықтардың, газдардың және олардың қоспаларының кеуекті және жарықшақты тау жыныстарында сүзгіленуі туралы ғылым болып табылады. Сүзгілеу ағымы, яғни кеуекті немесе жарықшақты ортадағы сұйықтықтың (газдың, газ бен сұйықтықтың қоспасының) ағымы жерасты гидромеханикасының объектісі болып табылады. Жерасты гидромеханикасы мұнай және газ кенорындарын игеру және мұнайгазды алу технологиясы теориясының құрам бөлігі болып табылады. Жерасты гидромеханикасының заңдарын білу берілген қабат жағдайы үшін кенді игерудің ұтымды режимдері мен жүйелерін таңдауда қажет. Кенді игерудің гидродинамикалық модельдеуі жерасты гидромеханикасының тура есебін шешу шегінде алынған және сүзгілену үрдісін нақты жағдайда сипаттайтын математикалық теңдеулерді пайдалануға негізделген. Қабаттың сүзгілену сипаттамаларын анықтау мақсатымен игеру үрдісін бақылау және реттеу үшін қабаттардың және ұңғылардың гидродинамикалық зерттеулерін жүргізеді. Бұл зерттеулерді мәліметтерін өңдеуі жерасты гидромеханикасының кері есебін шешуге негізделген. Жерасты гидромеханикасы басқа ғылымдарда да кең қолданылады: гидрогеологияда, инженерлік геологияда, гидротехникада, т. б. Судың қаныққан грунттарда сүзгіленуін зерттеудің алғашқы тәжірибелерін француз ғалымы А. Дарси жүргізген. Ол 1856 ж. сүзгілену жылдамдығының қысым градиентінен тәуелділігін көрсететін эксперименталдық заңын тұжырымдаған. Осы жылдары басқа француз ғалымыЖ. Дюпюи монографиясын жариялаған. Онда грунт суларының сүзгілену теориясы келтірілген, құдықтар дебиттерінің формулалары шығарылған және сүзгілену есептері шешілген. Жерасты гидромеханикасының дамуына Ч. Слихтер жәнеМ. Маскет атты америкалық ғалымдар да айтарлықтай үлесін қосқан. [1, 2]

Фильтрация туралы түсінік

Сұйықтықтардың, газдардың және олардың қоспаларының кеуекті және жарықшақты орталарда, яғни өзара қатысатын кеуектер мен микрожарықшақтар жүйесімен тілінген қатты денелерде жылжуы сүзілу деп аталады. Сұйықтықтың құбырларда жылжуымен салыстырғанда сүзілуге келесі негізгі ерекшеліктер тән болады:

- кеуек арналарының өте кіші өлшемдері;

- сұйықтықтардың өте төмен жылжу жылдамдықтары;

- сұйықтықтардың тұтқырлығына, кеуек арналарының үлкен беткейлеріне және олардың кедір-бұдырлығына байланысты үйкеліс күштерінің үлкен әсері.

Кеуекті ортаның негізгі сипаттамаларының бірі ретінде кеуектілік коэффициентін алады. Кеуектілік коэффициенті деп кеуек көлемінің кеуекті ортаның барлық көлеміне қатынасын айтады:

m= Vn /V Сүзілу теориясында кеуектілік деп эффективтік (белсенді) кеуектілікті айтады. Ол сұйықтық сүзілетін бір бірімен жалғасқан ғана кеуекте мен микрожарықшақтарды есепке алады. Сұйықтықтың немесе газдың көлемдік шығынының (дебиттің) тау жынысы үлгісінің көлденең қимасының ауданына қатынасы сүзілу жылдамдығы деп аталады:

V= Q/ F

Басқаша, V - бұл жалған жылдамдық, яғни кеуекті орта болмаған жағдайдағы сұйықтық жылжитын жылдамдық (m=1) . Қабат қимасының бойында сүзілу жылдамдығы өзгермейтін жағдайда F қимасындағы сүзілу жылдамдығының орташа шамасы шын жылдамдыққа сәйкес келеді. Жалпы F қимасының әртүрлі нүктелеріндегі сүзілу жылдамдығы бірдей болмауы да мүмкін. Онда қабаттың кез келген нүктесіндегі сүзілу жылдамдығының шын шамасы келесі қатынас бойынша анықталады: . v= dQ /dF мұндағы:dQ- сүзілу жылдамдығының бағытына қалыпты болатын dFэлементарлық алаң арқылы өтетін сұйықтықтың көлемдік шығынының шамасы. Сұйықтықтың орташа нақты жылжу жылдамдығы W көлемдік шығынының (дебиттің) Fnкеуек ауданына қатынасына тең болады: . W Q n /F Сүзілу жылдамдығы және орташа нақты жылжу жылдамдығы бір-бірімен келесі қатынас арқылы байланысты: . W = Q n/ F=V/ m’= V / m мұндағы:m’-кеуек коэффициенті, m’ = m. Ағымның нақты жылдамдығының шын мәні келесі қатынастан анықталады: . w =dx/ dt «Сүзілудің орташа жылдамдығы» түсінігін пайдалану өте ыңғайлы, өйткені, оның көмегімен қабатты жылдамдықтар мен қысымдардың үздіксіз өрісі ретінде қарастыруға болады. Олардың шамасы қабаттың әр нүктесінде осы нүктенің координаталары мен уақыт функциясы ғана болып табылады және ортаның қасиеттеріне тәуелді болмайды.

А. Дарси заң келесі түрде болған:

мұндағы:Q- сұйықтықтың көлемдік шығыны; F-құммен толтырылған құбырдың көлденең қимасының ауданы. [3, 1]

1. Жерасты ағындары

Жер асты суы - жер қыртысын құрайтын тау жыныстарының аралығындағы су. Ол шөгінді және борпылдақ тау жыныстары бөлшектерінің арасын, ұсақ кеуектерін, магмалық және метаморфтық жыныстардың жарықтары мен жіктерін, гипс, доломит, әктас жыныстарындағы карст қуыстарын толтырып жатады. Жер асты суы қалыптасу жағдайына, тереңдігіне, арын күшінің мөлшеріне қарай қалқыма су, грунт және артезиан суларыболып 3 топқа бөлінеді.

$C:\Users\Рустем\Desktop\300px-Kippe_mit_See.gif$

1. 1. 1-сурет. Жерасты ағындары

Қалқыма су - кішігірім ойпаттарда, құм-шағылдар арасында жауын-шашын немесе тасыған өзен, көл суларының топыраққа сіңуінен уақытша пайда болған, жер бетіне ең жақын жатқан арынсыз жер асты суы. Оның қорына, химиялық құрамы мен температурасына ауа райының өзгерістері үлкен әсер етеді. Сондықтан су қорын құрайтын негізгі көз жойылғанда, бұл су құрғап қалады. Жауын-шашын мол жылдары, өзенқаттытасығанда, .

Жауын-шашын мол жылдары, көктемде қар ерігенде, күзгі көп жауын кезінде бұл судың деңгейі едәуір жоғары көтеріледі, ал құрғақшылық жылдары, қыс пен жаз айларында оның деңгейі төмендеп, тереңдеп кетеді. Грут суы неғұрлым тайызда жатса, оның көтеріліп-төмендеу мөлшері де соғұрлым көп болады. Таяз жердегі грунт суының деңгейі бір жыл ішінде 1, 5 - 2 метр және одан да көп мөлшерде өзгеріп отыратын болса, тереңдегі сулардың деңгейі тек бірнеше см-ге ғана өзгереді. Су деңгейінің өзгерісіне, жыл маусымдарының ауысуына байланысты бұл сулардың минералдылығы, химиялық құрамы мен температурасы да өзгеріп отырады. Мұнай және табиғи газдар жер қойнауында орналасқан. Олардың бір жерде шоғырлануы өзіне сіңіретін тау жыныстары мен байланысты болады. Өзіне сіңіретін тау жыныстарының төбесі мен табаны сұйықтық өткізбейтін, ал өздері кеуекті және өткізгіш болады. Мұнай және газды жинақтап сақтайтын және оны игеру кезінде шығаратын тау жыныстарын коллектор тау жыныстары деп атайды. Табиғи сұйықтықтар (мұнай, газ, жерасты сулары) көбіне шөгінді тау жыныстарының қуыстарында, кеуектерінде және жарықшаларында орналасқан. Олардың қозғалысы табиғи үрдістердің (көмірсутектерінің жер астында көшуі) салдарынан немесе пайдалы қазбаларды алумен, құрылыс салумен және гидротехникалық құрылғыларды пайдаланумен байланысты болатын адамның іс-әрекетінің нәтижесінде жүреді. Бір-бірімен байланысқан кеуектері мен жарықшалары бар қатты (бірақ, деформацияланатын) денелер арқылы сұйықтықтардың, газдардың және олардың қоспаларының қозғалысын сүзілу деп атайды. Тұтас орта механикасының бөлімі болып табылатын сүзілу теориясы гидротехниканың, гидромелиорацияның, гидрогеологияның, тау-кенісінің, мұнай-газды өндірудің, химиялық технологияның, т. б. қажеттіліктеріне байланысты қарқынды дамыған. Ол жерасты гидромеханикасының негізін құрайды, ал ғылымның өзі мұнай, газ және газ конденсатты кен орындарын игерудің теориялық негізі болып табылады, яғни мұнай-газ жерасты гидромеханикасы мұнайдың, газдың және судың кеуекті және (немесе) жарықшақты тау жыныстарындағы сүзілуін зерттейді. Шөгінді тау жыныстарының суды аз өткізетін қабаттарындағы сұйықтық қозғалысының ерекшеліктері бар. Олар мұнай-газ жерасты гидромеханикасын қарапайым гидромеханикадан (сұйықтықтың ашық кеңістікте қозғалуы) ғана емес, сонымен қатар, химиялық технологиядағы және гидромелиорациядағы сүзілу үрдістерінен ерекшелендіреді. [4]

Тәжірибелік бөлім

1. S11 қондырғысы және қолданылған қондырғылар туралы түсінік

S11 Armfield қондырғысы - түрлі жер асты суларының ағысын, қозғалысын зерттеп, тәжірибе жасауға мүмкіндік беретін шағын монтаждық қондырғы болып табылады. Бұл қондырғыда жер асты суларын 3 өлшемді түрде қарастыруға, сондай-ақ жер асты сулары әсерінен болатын қысымдардың өзгерісін, пьезометрлік екпіндер деңгейлерін көрсетуге болады. Қондырғының жалпы сыртқы түрі 2. 1-суретте көрсетілген.

$C:\Users\Акбота\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\s11_01.jpg$

2. 1. 1-сурет. S11 Armfield қондырғысының жалпы түрі

S11 Armfield -ке қысқаша сипаттама беріп кетсек. 2. 1-суреттен көріп тұрганымыздай қондырғы 9 бөліктен тұрады. Зерттеулер мен тәжірибелік жұмыстар барлығы (1) құм толтырылған резервуарда жасалады. Резервуардың сыртқы қаңқасын (2) түрлі жемірілуден сақтау үшін арнайы болаттан жасаған. Қондырғыны бірқалыпты ұстап тұру үшін тіректер (3) пайдаланылады.

Резеруардың екі шетінде бір-біріне тәуелсіз екі су кіріп шығып отыратын бөлігі (4) орналасқан. Суды сырттан осы бөлігі арқылы резервуар бойына таратып немесе резервуардағы суды сыртка шығарып отыруға болады, ал резервуар ішіне су біркелкі түрде таралу үшін, бірнеше тесігі бар шағын құбыр (9) резервуарға көлденең тасталған. Осы бөліктердің ортасында (5) клапан орналастырған. Бұл клапан судың шығынын реттеп отыру үшін керек.

Резервуардың ішіне екі ұңғыма (6) орналастырылған, бұл бір-біріне тәуелсіз ұңғымалар шығып жатқан судың әсерінен болатын өзгерістерді зерттеуге мүмкіндік береді. Ұңғымалар резервуарға тігінен түтік түрінде орналастырылады. Су түтіктегі тесіктер арқылы сыртқа шығып отырады, ал түтіктің сыртынан жұқа матамен қапталады.

S11 қондырғысындағы зерттеуге қажетті ең маңызды бөлігі ол пьезометрлік екпіндерін көрсететін манометрлік түтікшелер (7) . Бұл түтікшелер резервуар ішінде орналасу реті 2. 2-суретте ( Ә- суретте) көрсетілген. Манометрлік түтікшелер өзінің еңдік бойындағы су деңгейін көрсетеді. Қондырғыдағы соңғы бөлік (8) қондырғының бір деңгейде түзу тұрғанын, не қисық орналасқанын көрсетеді. Осы арқылы біз қондырғыны бір деңгейге қойып, тәжірибеде кететін қателіктің( судың біркелкі таралмауы, пьезометрлік көрсеткіштерінің қате мән беруі және т. с. с) алдын аламыз.

2. 1. 2-сурет. A) - S11 Armfield қондырғысының кескіндік түрі. Ә) - Маномертлік түтікшелердің резервуардағы орналасу реті және олардың сәйкесінше арақашықтықтары

2. Тәжірибенің жасалу реті

Тәжірибенің мақсатына сай резервуардағы фильтрацияға жылу көзінің әсерін зерттеу. Бұл үшін бізге жоғарыда айтылып кеткен “S11 Armfield” қондырғысы, сондай-ак жылу көзі керек. S11 Armfield қондырғысының қалай жұмыс істейтінін айтып кеттік, енді жылу көзі бар қондырғымен танысып кетейік. Қондырғының жалпы түрі 2. 2. 1-суретте көрсетілген, осы бойынша қысқаша жұмыс істеу қағидасын түсіндірі кетсек.

2. 2. 1- сурет. Жылу көзі бар қондырғының жалпы түрі

Құрылғыға (6) арқылы процесске керекті суды құбыр бойына айдап отыратын және арты ауаны сыртқа шығарып отыратын бөлігі. Құрылғы бойындағы судың деңгейін (1) цилиндрлік құбыр көрсетіп тұрады. Құбырлардағы судың қысымын (3) қысым датчигі көрсетіп тұрады, ал құбыр ішіндегі суға қозғалыс беру үшін (2) насос пайдаланылады. Біз тәжірибелік жұмыста құбыр ішндегі судың шығынын Q=1. 1 $m^{3}/h$ (2. 2. 2-сурет), ал қысым көрсеткіші Р=1bar етіп алдық.

2. 2. 2-сурет. Құбыр ішіндегі судың шығыны

Сонымен қондырғыға (6) бөлік арқалы кірген суды (2) насос қондырғының келесі бетінде орналасқан жылу пешіне(2. 2. 3-сурет) айдайды. Пешке келіп жатқан суды жылу көзіне (4) -ші құбыр арқылы жіберіп отырады, жылу көзіне барған су (5) -ші құбыр арқылы қайта келіп отырады. Барлық процесс осылай цикл бойынша жүріп отырады. (8 ) бочка ыстық су барып келіп жатқан кезде пайда болатын артық қысымды азайту үшін қолданылады. Құбырдағы ыстық судың температурасын (6) және (7) температуралық датчиктер көрсетеді.

$C:\Users\Акбота\Downloads\WhatsApp Image 2019-04-27 at 00.13.54.jpeg$

2. 2. 3-сурет. Жылу пеші

2. 1 Бірінші режим

Тәжірибелік жұмыста бірінші режим ретінде бөлме температурасын алдық, яғни жылу көзін қыздырмай, бөлме температурасы бойынша резервуарға орналастырдық.

Жоғарыда айтылғандай S11 қондырғысында түрлі режимдерде тәжірибе жасауға болады, біздің жағдайда екі ұңғыма да жабық болады, тек су кірістері ашық болады. Олардың біріншісі су көзіне жалғанады, яғни ол жерден су резервуар бойына таралады, екінші кірісті суды сыртка шығарып отыру үшін пайдаланамыз.

Сонымен бірінші режим бойынша су жіберілмей тұрған кездегі кеуекті ортаның температура көрсеткіштері:

T[C̊]

t[мин]

2. 1-сурет. Су жіберілмей тұрған кездегі температуралық датчиктердің көрсеткіштері.

Суреттен байқағанымыздай температура көрсеткіштері тұрақты 8, 3-8, 8С температуралық жағдайда.

2. 2Екінші режим

Екінші режим ретінде жылу көзіне 30С температура берген жағдайды алдық . Яғни жылу көзін 30С температураға дейін қыздырып, жылу тұрақты таралғанша уақыт күттік. Жылу таралып тұрақты күйге түскен кездегі резервуар бойындағы температура көрсеткіштері:

Изображение выглядит как текст, карта Описание создано с очень высокой степенью достоверности

t[мин]

T[C̊]

2. 2-сурет. Екінші режимнің су жіберілмей тұрған кездегі температуралық датчиктердің көрсеткіштері.

Бірінші режиммен салыстырғанда температура көрсеткіштері біршама артқан. 2-ші датчик жылу көзі орналасқан маңайдағы температуралық датчик болып табылады, сол себептіде температура көрсеткіші басқа датчиктерден салыстырмалы түрде артып тұр. Қалған датчик көрсеткіштеріде біз ойлағандай температуралық көрсеткішпен артқан, яғни 1-ші датчик жылу көзіне дейін салынса, ал 3-ші датчик жылу көзінен кейін салынған. 4-ші датчик болса жылу көзінен біршама алыстатылып салынған.

2. 3 Үшінші режим

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.