Гидродинамика и теплообмен в природных трещинных коллекторах при извлечении геотермальной энергии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ.

1.1. Гидродинамика и теплоперенос в одиночной трещине . /

1.2. Гидродинамика и теплоперенос в системе параллельных трещин

1.3. Гидродинамика и теплообмен в недеформируемых трещинных коллекторах.

1.4. Экспериментальные исследования процессов теплообмена и гидродинамики в проницаемых зонах.

1.5. Выводы из обзора и анализа литературы.

Цель и задачи исследовалий.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА РАСПРЕЩЕДЕНШ ДАВЛЕНИЯ И ПОТЕРЬ НАПОРА ПРИ РАДИАЛЬНОМ ТЕЧЕНИИ ЖИДКОСТИ В ОКРЕСТНОСТИ НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ И ДОБЫЧНЫХ СКВАЖИН. 5-е

2.1. Цель экспериментальных исследований. 5&

2.2. Поляризационно-оптический метод визуализации течения. Экспериментальный стенд. Методика исследований

2.3. Визуализация потока при течении по схеме источник-сток.

- з

2.4. Экспериментальная установка для исследования радиального расходящегося потока.

2.5. Результаты исследования распределения давления в радиально-расходящемся потоке жидкости. <£5*

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ СТРУЙНОГО ПОТОКА ЖИДКОСТИ В ПЛОСКОМ КАНАЛЕ

3.1. Визуализация потока при истечении затопленной струи в зазор между параллельными поверхностями

3.2. Электродиффузионный метод измерения касательного напряжения на стенке и скорости потока

3.3. Экспериментальная установка. Электродиффузионные датчики скорости. Методика измерений . 8/

3.4. Результаты исследования скоростных характеристик затопленной струи в зазоре меж,пу параллельными поверхностями

3.5. Результаты исследования развития турбулентного течения в затопленной струе между параллельными поверхностями

3.5.1. Исследование развитого турбулентного течения в струе

3.5.2. Исследование переходного режима течения . юг

ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНОГО МЕТОДА РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО-ПЕРЕНОСА В ТРЕЩИННЫХ КОЛЛЕКТОРАХ /¿

4.1. Инженерный метод расчета процессов теплопереноса в трещинных коллекторах.

4.2. Цель экспериментальных исследований./

4.3. Экспериментальный стенд и методика проведения исследований.у

4.4. Анализ результатов и их сопоставления с расчетными методами ••»•••••••

ГЛАВА 5. КОМПЛЕКСНЫЕ ИСПЫТАНИЯ НАТУРНОЙ МОДЕЛИ

ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ И РАСЧЕТНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ТРЕЦИННЫХ КОЛЛЕКТОРАХ ОПЫТНЫХ ГЦС. /5/

5.1. Натурная модель циркуляционной системы. х$у

5.2. Результаты испытаний натурной модели циркуляционной системы • ••••.• ••••••••••'• /

5.3. Расчетный анализ процессов теплопереноса в трещинных коллекторах опытных ГЦС и их технико-экономические показатели ••••••••••••. /<£

Энергия и все проблемы, связанше с ее получением, преобразованием и хранением, играют главенствующую роль в процессе мирового развития. С необходимостью получения постоянно возрастающего количества энергии связаны проблемы, требующие настоятельного решения: рациональное использование имеющихся на Земле топливно-энергетических ресурсов и поиск новых источников энергии. На общем фоне казалось бы благоприятной ситуации ресурсы традиционных источников энергии (уголь, нефть, газ, ядерное топливо) во многих странах мира довольно ограничены, либо крайне истощены /65, М/ •

СССР располагает значительными запасами энергетических ресурсов и полностью ими обеспечен. Тем не менее задачам дальнейшего развития топливно-энергетического комплекса страны в решениях ХХУТ съезда КПСС уделено особое внимание. Подчеркнута важность всемерной экономии топлива, необходимость освоения возобновляемых энергоресурсов и расширение масштабов народнохозяйственного использования геотермальной энергии.

В условиях перехода к рациональному сочетанию традиционных и новых источников энергии освоение геотермальной энергии приобретает особое значение, что обусловлено прежде всего осознанием ее огромного ресурсного потенциала и возможностью получения экологически чистой энергии дешевле, чем при использовании топлива ЩМ/.

Работы по изучению и освоению геотермальных ресурсов проводятся при активной поддержке ООН примерно в 60 странах мира. Однако практический опыт освоения энергии недр ограничивается пока использованием лишь самойзливающихся геотермальных теплоносителей - природного пара и слабоминерализованных горячих вод.

Для широкого использования энергии недр необходима эффективная технология, пригодная для освоения основной части геотермальных ресурсов - тепла твердых горячих пород земной коры. В 1920 году академиком В.А.Обручевым в Ленинградском горном институте была высказана идея циркуляционной геотермальной системы извлечения тепла высокотемпературного массива за счет его теплообмена с холодной водой, нагнетаемой с поверхности Земли. За последнее десятилетие идея В.А.Обручева получила развитие в СССР, США, Франции, Японии, Англии и других странах ¡22,73,Ш/.

Под геотермальной системой понимается совокупность инженерных сооружений, технических средств и обусловленных ими физических и технологических процессов добычи, обработки и доставки потребителю кондиционного теплоносителя в природных условиях данного геотермального месторождения ¡39/. В качестве обязательных элементов любая такая система включает естественный или искусственный природный коллектор, добычную и нагнетательную-геотермальные скважины и поверхностный технологический комплекс. Основным условием эффективного извлечения энергии горячих пород является наличие в их массиве развитой теплообменной поверхности. В настоящее время наиболее реально создание геотермальных циркуляционных систем на базе естественных коллекторов, т.е. в проницаемых пористых пластах и зонах трещиноватости. Развитие технологии извлечения тепловой энергии недр путем создания циркуляционных систем с искусственными коллектора!® в слабопроницаемом породном массиве позволит добывать геотермальную энергию практически везде, где будет необходимость в ее использовании. Наиболее перспективным способом образования искусственных коллекторов или интенсификации естественного природного коллектора можно считать гидравлический разрыв породного массива №,5^,М,\55/, широко применяемый в практике нефтяной и газовой промышленности. Первая демонстрационная циркуляционная система с вертикальной трещиной гидроразрыва в практически непроницаемом массиве горячих гранодиаритов на глубине 2,7 км создана американскими специалистами в конце 1977 года /{Щ1£5/.

В Советском Союзе исследования по созданию циркуляционных геотермальных систем начаты с 1963 года в Ленинградском горном институте, Институте технической теплофизики АН УССР, Энергетическом институте им. Кржижановского и др. В соответствии с Программой ГКНТ СССР, Госплана СССР и АН СССР по проблеме 0.01.08 в II пятилетке Мингазцромом СССР введена в эксплуатацию первая в СССР циркуляционная геотермальная система в г.Грозном, Минэнерго СССР проектируется ГеоТЭС на природном паре Мутновского месторождения Камчатки, начато строительство циркуляционных систем извлечения энергии горячих горных пород для Дагестанской, Ставропольской и Закарпатской ГеоТЭС на базе природных коллекторов различных типов.

В основе создания надежных методов расчета основных технологических параметров геотермальных циркуляционных систем (ЩС) лежат исследования закономерностей процессов гидродинамики и теплообмена в условиях неизотермической фильтрации. Теоретические и экспериментальные работы в этом направлении стимулируются также и многими другими перспективными технологическими решения-^ ми в области тепловых методов добычи нефти и газа / 100 /, подземного выщелачивания урана и меди / 76, /, подземной газификации угля /45 /, создания подземных теплоаккумуляторов / 119 /, химической технологии / /4 /, восстановления запасов подземных вод / Ц2. / и др.

Саш по себе сложная и математически содержательная задача распространения тепла в неоднородных средах еще более усложняется пространственной неоднородностью фильтрационных свойств коллектора, их изменением во времени под воздействием термических деформаций, химического взаимодействия теплоносителя, с породами, слагающими коллектор, эффектов кольматации трещин, влиянием таких факторов как свободная конвекция, изменение вязкости и плотности жидкости и др. Разработка инженерных методов расчета невозможна без оценки удельного вклада каждого фактора в общем процессе эксплуатации ГЦС.

Одним из условий экономически эффективной работы ГЦС является обеспечение расхода теплоносителя превышающего, например, нормальный дебит нефтяных скважин примерно на порядок. Для естественных и искусственных трещинных коллекторов это условие предопределяет существование в окрестности скважин высоких скоростей фильтрации по единичным трещинам при различных возможных формах истечения в них жидкости. Если прямолинейное течение в плоских каналах исследовано теоретически и экспериментально достаточно подробно /6Ч,92,Н6/, то методы расчета распределения давления и потерь напора при радиальном сходящемся и расходящемся течении /^ЩМ/, основанные на различных предположениях относительно профиля скорости и его деформации вдоль радиальной координаты, экспериментально обоснованы недостаточно. Результаты экспериментальных исследований, приведенные в работах №8, не дают однозначного ответа о правомерности того или иного подхода при математическом описании процесса. Систематические исследования струйного истечения жидкости в плоский канал в литературе вообще отсутствуют. Некоторые аномальные свойства такого типа течения обнаружены в работах / 19 /.

Одной из целей настоящей работы являлось экспериментальное обоснование метода расчета распределения давления и потерь напора при радиальном течении в плоском канале в расширенном диапазоне локальных чисел Рейнольдса и исследование гидродинамических особенностей струйного течения в плоском канале. Получены экспериментальные данные по распределению давления в радиально-расхо-дящемся потоке и показано, что они удовлетворительно описываются аналитическими зависимостями Моллера / ^/5 /-для турбулентной области и Андреевой / 7 / - для ламинарной при 1фитическом числе Рейнольдса равном 1500. Впервые показано с помощью визуализации течения методом оптически-активной жидкости, что для ради-ально-сходящегося потока критическое число Рейнольдса перехода от ламинарного к турбулентному режиму вследствие стабилизирующего влияния ускорения намного превышает его критическое значение для прямолинейного плоско-параллельного потока. Впервые с помощью электродиффузионного метода диагностики получены экспериментальные данные по профилям скорости и ее распределению по оси затопленной струи, распространяющейся в плоском канале, а также данные по распределению касательного напряжения на стенке. С применением оригинальной методики измерения пульсаций напряжения на стенке, позволяющей производить одновременную запись сигналов в разных точках по длине рабочего участка, впервые исследовано развитие турбулентного течения в струе. Полученная информация может служить основой для разработки математической модели исследованного типа течения.

Область существования высоких скоростей фильтрации ограничена первыми метрами расстояния от эксплуатационных скважин ГЦС и, имея существенное значение с точки зрения удельного вклада в общие потери напора при фильтрации теплоносителя, не оказывает значительного влияния на такой важный параметр, как срок службы ГЦС, определяемый условиями теплообмена при низких скоростях фильтрации. Разработанные модели расчета теплообмена для одномерных задач фильтрации в трещинном коллекторе, основанные на точных решениях задач теплопроводности /Нч89у 91 / имеют решения в виде сложных интегралов и рядов, затрудняющие их анализ и обобщение на случаи двумерной фильтрации, учета теплоцри-тока из окружающего породного массива, свободной конвекции и других факторов.

Зависимости для нахождения температуры фильтрующегося теплоносителя, которые можно было бы эффективно исследовать в инженерных расчетах и при имитационном экономико-математическом моделировании геотермальных циркуляционных систем для обоснования их оптимальных параметров, целесообразно получать на основе применения приближенных методов, позволяющих построить решение задачи в определенном временном диапазоне. К наиболее плодотворным идеям в этом направлении следует отнести метод "эквивалентного уравнения теплопроводности", развиваемый в работах Н.Н.Смирновой

69,96/.

Однако этот метод не позволяет учесть такой фактор как теплоприток из окружающего массива, существенное влияние которого в определенном диапазоне параметров ГЦС отмечается в работах /ЮуЬ^Ш/. Экспериментальных работ, поставленных с целью обоснования тех или иных моделей расчета в трещинных коллекторах чрезвычайно мало. Не цроверялись сравнением с экспериментом и некоторые,так называемые,"точные" постановки, такие например как модель параллельных трещин. Отсутствуют в литературе экспериментальные данные по теплообмену в слое частиц неправильной формы с учетом теплопритока из окружающей среды. Кроме экспериментальные обоснования расчетных методов в лабораторных условиях, необходима их проверка и уточнение на основе получения результатов исследований в условиях реальных геологических структур, что подтверждается работами //¿5,М5/ % выполненными американскими специалистами при испытаниях демонстрационной циркуляционной системы в Фентон-Хилл (США).

Исходя из вышеизложенного, другой целью настоящей работы являлась разработка инженерного метода расчета процессов тепло-переноса в трещинных коллекторах и его экспериментальное обоснование на различных моделях трещиноватой среды, а также комплексные испытания натурной модели циркуляционной системы с искусственным трещинным коллектором в гранитах Выборгского массива Ленинградской области.

Автором разработан метод расчета теплообмена при фильтрации в гетерогенной среде, заключающийся в замене сложной функциональной зависимости для нахождения теплового потока от твердой фазы приближенными формулами, описывающими две стадии теплообмена: I характеризуется отсутствием изменения температуры в центре каждой элементарной частицы; П - стадия регулярного режима. Окончательные формулы получены в виде функций, получивших в литературе название фундаментального решения задач теплопереноса /50 / и табулированных в очень широком диапазоне изменения параметров /53,95/. Справедливость такого подхода подтверждена сопоставлением с точными решениями и прямым сравнением с собственными экспериментальными результатами по теплообмену на различных моделях трещинных коллекторов. Определены границы применимости разработанного метода и выполнена аппроксимация полученных выражений степенными зависимостями для использования их при оптимизации параметров ГЦС. Впервые проведены комплексные испытания натурной модели циркуляционной системы на полигоне, показавшие как применимость расчетной методики, так и существенное влияние на протекающие цроцессы таких факторов, как термические деформации пород, кольматация трещин и др.

Применение выполненных в настоящей работе исследований цроиллюстрировано на примерах инженерно-физических расчетов ГЦС с искусственным и естественным трещинными коллекторами для конкретных объектов.

Работа выполнялась в Ленинградском горном институте и институте теплофизики СО АН СССР в соответствии с тематикой Проблемной лаборатории горной теплофизики по заданиям 0.50.01.03. НЗ "Разработать теорию тепломассопереноса в природных и искусственно созданных геотермальных системах земной коры" (Постановление ГКНТ СССР № 415 от 18.11.76) и 0.01.08.06 "Построить опытно-промыпшенные ГеоТЭС и системы геотермального теплоснабжения на основе подземных циркуляционных систем" (Постановление ГКНТ СССР, Госплана СССР и АН СССР В 516/272/174 от 29.12.81.), а результаты исследований использовались при обосновании оптимальных параметров проектируемых и рекомендованных к проектированию геотермальных циркуляционных систем.

Инженерная методика расчета процессов теплообмена цри фильтрации и результаты экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс и используются в курсе лекций "Извлечение и использование тепла Земли", "Моделирование тепловых цроцессов".

На защиту выносятся:

- экспериментальные результаты по измерению распределения давления при радиальном течении в плоском канале;

- экспериментальные результаты исследования гидродинамики струйного течения в плоском канале;

- инженерный метод расчета процессов теплообмена при фильтрации в трещинных коллекторах и его экспериментальная проверка;

- результаты комплексных исследований натурной модели циркуляционной системы.

Основные результаты работы опубликованы в ßffifyöö, 7к% 75,77/ и докладывались на Всесоюзной конференции ВУЗов с участием НИИ "Комплексные исследования физических свойств горных пород" (Москва, 1977), на Всесоюзной конференции "Народнохозяйственные и методические проблемы гидротермии" (Махачкала, 1978), на второй Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы горной теплофизики" (Ленинград, 1981), на Всесоюзном совещании "Геотермические исследования в Средней Азии и Казахстане" (Ашхабад, 1983), а также на семинарах лаборатории физической гидродинамики ИТФ СО АН СССР (1983) и научно-технических семинарах Проблемной лаборатории горной теплофизики ЛГИ.

Автор благодарен инженеру-механику Проблемной научно-исследовательской лаборатории ЛГИ (ПНИЛ ГТФ) Коробкову A.A. за помощь в разработке и монтаже экспериментального оборудования, старшему научному сотруднику ИТФ СО АН СССР Кашинскому О.Н. и начальнику отдела ПНИЛ ГТФ Гендлеру С.Г. за оказанную помощь и ценные замечания по работе, старшему инженеру ПНИЛ ГТФ Фисенко А.П. за помощь в разработке программ и алгоритмов автоматизированной обработки экспериментальных данных.

Автор очень цризнателен члену-корреспонденту АН СССР профессору Накорякову В.Е. за постоянный интерес и обсуждение результатов работы.

Автор глубоко благодарит своего научного руководителя Заслуженного деятеля науки и техники РСФСР црофессора Дядькина Ю.Д. за постановку задач исследований и постоянное внимание к работе.

ШВА I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕШЮПЕРЕНОСА В ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ

Под геотермальным коллектором понимается совокупность естественных или искусственных фильтрационных каналов, в которых формируется и поступает к добычным геотермальным скважинам поток природного или нагретого в теплообмене с горячими породами геотермального теплоносителя / 39 /. Вероятно, трещинный коллектор в виде цроницаемой зоны породного массива, сложенный отдельностя-ми с неравными размерами с*^ (рис. 1.1.), которые разделяются трещинами с неравными значениями раскрытия 1ь^ Ьу $ , можно считать наиболее общим случаем породных коллекторов (геотермальных, нефтяных и газовых, рабочих зон теплоаккумуляторов и систем скважинной геотехнологии). Условие отвечает пористому типу коллектора, при коллектор представляется системой параллельных трещин гидроразрыва, а при $ имеем коллектор в виде одиночной трещины. При рассмотрении коллектора как совокупности двух разномасштабных пористых сред выделяют так называемые среды с "двойной пористостью" / /Г /. Характерным для таких сред является наличие конечной проницаемости и пористости самих слагающих коллектор отдельностей, приводящее, особенно при нестационарных процессах, к ряду особенностей / /<5 /.

В дальнейшем рассматриваются условия тепломассопереноса в коллек торах чисто трещинного типа.

В естественных коллекторах трещиноватость пород создается развитыми системами трещин, густота которых зависит от состава пород, степени уплотнения, мощности, метаморфизма, структурных условий, состава и свойств вмещающей среды / /. Трещины бывают самого разнообразного размера: от микротрещин раскрытием в несколь

Рис. 1.1. Схема модели трещинного коллектора блочной структуры

Рис. 1.2. Технологические типы циркуляционных геотермальных систем ко тысячных долей миллиметра до макротрещин, поперечный размер которых может исчисляться сантиметрами / /. Технология создания искусственного коллектора или стимуляции естественного предопределяет возможность управления такими параметрами трещиноватости как густота трещин, их раскрытие, протяженность и т.д. / /.

В качестве примера на рис. 1.2. приведены типовые технологические схемы циркуляционных геотермальных систем с естественным и искусственным трещинным коллектором.

Отработанная холодная вода насосом I по нагнетательной скважине 2 подается в подземный коллектор 3, нагревается при фильтрации за счет нестационарного теплообмена с блоками нарушых трещинами пород и кондуктивного теплового потока из окружающего массива, выводится на поверхность через добычную скважину 4 и отдает тепло технологическому теплоносителю в теплообменнике 5. Гидродинамические и тепловые процессы, происходящие в примыкающей к геотермальным скважинам области фильтрации теплоносителя и охлаждения горных пород (зоне теплоотбора), являются определяющими для получения главных технологических параметров: тепл©производительности системы, срока ее эксплуатации в заданном режиме, затрат электроэнергии на прокачку теплоносителя и др.

Наиболее общей математической моделью этих процессов является совокупность классических уравнений течения вязкой жидкости и переноса тепла. При этом система уравнений является нелинейной, Такая постановка достаточно сложна, не может быть решена известными аналитическими методами и является труднодоступной даже для ЭВМ. При определенных условиях представляется возможным рассматривать раздельно тепловую и гидродинамическую задачу. Это особенно правомерно для ближайших окрестностей добычных и нагнетательных скважин, большую (основную) часть времени эксплуатации коллектора работающих в квазиизотермических условиях / 82. /. Характерной особенностью геотермальных циркуляционных систем является то обстоятельство, что для их эффективной работы расход теплоносителя должен на порядок превышать нормальный дебит нефтяных скважин. В условиях трещинных коллекторов именно в прискважинных зонах, где скорости фильтрации теплоносителя, обусловленные этим обстоятельством, достаточно велики (до десятков метров в секунду), могут иметь место существенные потери напора, определяющие во многом себестоимость извлекаемой энергии / 25 /л Принимая в первом приближении, что скорость течения теплоноситяля падает обратно пропорционально расстоянию от скважины, можно ориентировочно оценить размеры области, где проявляются нелинейные эффекты, вызванные высокими скоростями фильтрации. Такие ориентировочные оценки показывают, что размеры этих областей не превышают десятков метров. Это на порядок меньше расстояния между скважинами в рассматриваемых вариантах систем разработки геотермальных месторождений. Поэтому можно утверждать, что другой важнейший технологический параметр - срок эксплуатации коллектора в заданном температурном режиме, определяется в основном условиями теплообмена теплоносителя с горными породами при сравнительно низких скоростях фильтрации. При этом скорость теплоносителя рассчитывается из уравнения Дарси / ВО / в котором вязкость и плотность считаются независимыми от температуры.

На этом фундаментальном законе теории фильтрации основаны известные методы расчета распределения давления и потерь напора при различных схемах расположения нагнетательных и добычных скважин в условиях изотермической фильтрации, изложенные в работах

6В, 70,81/, 101 / и широко используемые в нефтепромысловой и гидрогеологической практике. Следует заметить, что если процесс фильтрации в обычных пористых средах изучается уже более 100 лет, то широкое исследование фильтрации флюидов в трещинных коллекторах началось сравнительно недавно и изучение этих процессов является актуальной задачей. То же можно сказать и в отношении исследований теплообмена при фильтрации, начатых в начале текущего столетия, в основном, в связи с задачами энергетики и химической технологии, работами Шумана //%/ и Анцелиуса / {/5/. Задачам теплообмена в трещиноватых средах посвящено значительно меньше опубликованных работ, чем теплообмену в пористых средах.

Анализ теплофизических аспектов проблемы начнем с рассмотрения их для условий коллектора в виде одиночной трещины.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .

Результаты проведенных теоретических, экспериментальных и натурных исследований дают основание для следующих выводов :

1. На основе известных решений и проведенных экспериментальных исследований предложены зависимости для расчёта распределения давления при радиальном сходящемся и расходящемся течении жидкости в единичной трещине. Показано наличие ламинарного радиально-сходящегоея течения до чисел Яе - 4*10^. Показано также, что при характерных для ГЦС расходах жидкости, потери напора в прискважинной зоне весьма значительны и их необходимо учитывать при оптимизации циркуляционных систем.

2. Экспериментально показана возможность существования струйного течения в узком зазоре между параллельными стенками. Проведено измерение профилей скорости и распределения касательного напряжения на стенке в струе при ламинарном и турбулентном режимах течения.

3. Проведено исследование характера перехода к турбулентному течению в струе, распространяющейся между близкорасположенными поверхностями.Показано, что начало перехода к турбулентному режиму определяется числом Рейнольдса, построенным по минимальному размеру и может осуществляться как путём возникновения турбулентных пробок, так и за счёт развития непрерывных во времени возмущений, характерных для свободного струйного течения.

4. Разработан приближённый инженерный метод расчёта процессов нестационарного теплообмена в трещинных коллекторах, позволивший получить решение задач с учётом конечной теплопроводности структурных элементов и теплопритока из окружающего зону фильтрации массива в сравнительно простом виде. Надёжность метода подтверждена сопоставлением с известными точными решениями.

5. Выполнены экспериментальные исследования динамики температурных полей при неизометрической фильтрации жидкости на моделях проницаемых зон с различными размерами структурных элементов. Сопоставление экспериментальных данных с расчётными подтверждает правомерность разработанного метода.

6. Проведены комплексные испытания натурной модели циркуляционной системы с искусственным трещинным коллектором. Показана возможность эффективного извлечения тепловой энергии горных пород и применимость предложенных методик для расчёта основных гидродинамических и тепловых параметров ГЦС.

Разработанные расчётные зависимости использованы при обосновании проектирования систем геотермального теплоснабжения в условиях г.Грозного, площади Ачи-Су в ДАСОР и разработке обосновывающих материалов генеральной схемы теплоснабжения ЧИАССР.

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. - М.: Физмат-гиз, i960. - 715 с.

2. Авдонин H.A. О различных методах расчета температурного поля пласта при тепловой инжекции. Изв. ВУЗов. Нефть и газ, 1964, № 8, с. 39-46.

3. Аксельруд Г.А. Решение обобщенной задачи о тепло-массо-обмене в слое. ИФЖ, 1966, т. II, J§ I, с. 28-34.

4. Аладьев И.Т., Трусов Е.В., Саперов Е.В. и др. Извлечение геотермальной энергии двухконтурными системами. В кн.: Проблемы горной теплофизики, Л., Изд. ЛГИ, 1979, с. 67-71.

5. Александрова В.А., Бережной В.А., Гендздер С.Г., Павлов И.А. и др. Разработать системы использования естественных геотермальных вод и сухих горных пород (Отчет по НИР) Л., Фонды ЛГИ, т. 2, 1980, 130 с.

6. Алишаев М.Г. Расчет температурного поля пласта при инжекции жидкости для плоского фильтрационного течения. Изв. АН СССР, серия: Механика жидкости и газа, 1979, № I, с. 12-17.

7. Андреева Е.А. К расчету статических характеристик элемента "сопло-заслонка". Автоматика и телемеханика, i960, т. 21, № 7, с. 982-996.

8. Анискин В.И., Рыбарчук В.А. Теплообмен в слое дисперсного материала при радиальной фильтрации. ИФЖ, 1975, т. 28, № I,с. 84-91.

9. Антимиров Н.Х. Панферова A.A. 0 температурном поле при движении жидкости в двухкомпонентной пористой среде, контактирующей с непроницаемыми стенками. ИФЖ, 1972, т. 23, № 5, с. 916917.

10. Аронова H.H. Аналитическое исследование процесса нестационарного теплопереноса при движении жидкости через подземные коллекторы. Автореферат канд. диссертации. Новосибирск, 1979. - 23 с. В надзаг.: Институт теплофизики СО АН СССР.

11. Аронова H.H., Морозов Ю.П. Математические модели процесса теплообмена при движении жидкости в подземных коллекторах.

12. В сб.: Некоторые задачи гидродинамики и теплообмена. Новосибирск, изд. ИТФ СО АН СССР, 1976, с. 128-134.

13. Артемьева Е.Л., Пискачева Т.Ю. Смешанная конвекция в вертикальной трещине гидроразрыва В кн.: Физические цроцессы горного производства. Теплофизические процессы в горной технологии. Л., изд. ЛГИ, 1983, с. 82-89.

14. Аэров М.Э. Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем. Л., Химия, 1979,,175 с.

15. Аэров М.Э. Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным кипящим зернистым слоем. Л., Химия, 1968, 510 с.

16. Баренблат Г.И. Ентов В.М., Рыжик В.М. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа. М., Недра, 1972, 288 с.

17. Баренблат Г.И. Желтов Ю.П., Кочина И.Н. Об основных представлениях теории фильтрации однородных жидкостей в трещиноватых породах. Прикладная математика и механика., т. 24, вып. 5, I960, с. 853-864.

18. Бейкер В.Дж. Течение жидкостей в трещиноватых породах.

19. В кн.: Труды 1У международного нефтяного конгресса. т. Ш, М., Гостоптехиздат, 1956, с. 363-376.

20. Бендат Д. Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов.1. М., Мир, 1974, 464 с.

21. Бережной В.А., Гендлер С.Г., Павлов И.А. Особенности и перспективы использования моделирования при изучении процесса извлечения геотермальной энергии. В кн.: Физические процессы горного производства. - Л., изд. ЛГИ, вып. 9, 1981, с. 100-108.

22. Берман Э. Геотермальная энергия. Перевод с англ. - М., Мир, 1978, 416 с.

23. Богуславский Э.И. Экономико-математическое моделирование систем извлечения и использования тепла Земли. Л., изд. ЛГИ, 1981, 105 с.

24. Борисов Ю.П., Рябинина З.К. Воинов В.В. Особенности проектирования разработки нефтяных месторождений с учетом их неоднородности. М., Недра, 1976, 286 с.

25. Брэдшоу П. Введение в турбулентность и ее измерение. -М., Мир, 1974, 278 с.

26. Бурдуков А.П., Латинский О.Н., Малков В.А., Однорал В.П. Диагностика основных турбулентных характеристик двухфазных потоков. ПМТФ, № 4, 1979, с. 65-73.

27. Бычков Ю.М. Гидродинамика тонких потоков несжимаемой жидкости. Кишинев, Штиинца, 1981, 109 с.

28. Бычков Ю.М. Визуализация тонких потоков несжимаемой жидкости. Кишинев, Штиинца, 1980, 131 с.

29. Бычков Ю.М. Поляризационно-оптический метод исследования проточных частей насосов. Кишинев, Штиинца, 1975, 148 с.

30. Бэр Я., Заславски Д., Ирмей С. Физико-математические основы фильтрации воды. М., Мир, 1971, 451 с.

31. Власов Ю.Н., Соломонов С.Д. Методы ви^ализации потока жидкости. В сб.: Физические методы исследования прозрачных неоднородностей. - М., 1975, с. 69-70.

32. Волков В.И. Исследование гидродинамики и процессов переноса в пористых средах: Дис. на соиск.учен.степ.канд. техн. наук (01.04.14.). Новосибирск: Б.и., 1976, 166 с.

33. В надзаг.: Институт теплофизики СО АН СССР.

34. Гендлер С.Г., Павлов И.А. Об одном методе решения задач теплопереноса в гетерогенной среде. ИТЖ, т. 39, № I, 1980, с.161.

35. Гендлер С.Г., Павлов И.А. 0 физических моделях теплопереноса при движении флюида в трещиноватых и пористых коллекторах. -В сб.: Физические процессы горного производства. Л., изд. ЛГИ, Вып. 7, 1979, с. II2-II7.

36. Гендлер С.Г., Павлов И.А., Романов В.А. Оценка методов расчета процессов теплообмена в полостных трещинах. В сб.: Физические процессы горного производства. - Л., изд. ЛГИ, вып. 5, 1978, с. 71-76.

37. Гиневский A.C. Теория турбулентных струй и следов. М., Машиностроение, 1969, 400 с.

38. Диткин В.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования и операционное исчисление. СМБ, Физматгиз, 1961, 524 с.

39. Дядькин Ю.Д. Проблемы освоения тепловой энергии горячихгорных пород. В сб.: Физические процессы горного производства. -Л., изд. ЛГИ, 1982, № 12, с. 3-17.

40. Дядькин Ю.Д., Парийский Ю.М. Извлечение и использование тепла Земли. Л., изд. ЛГИ, 1977, 114 с.

41. Дядькин Ю.Д., Парийский Ю.М., Романов В.А. Теплообменв глубоких скважинах и зонах фильтрации при извлечении тепла сухих горных пород. Л., ЛГИ, 1974, 40 с.

42. Желтов Ю.П. Механика нефтегазоносного пласта. М., Недра, 1975, 216 с.

43. Золотухин А.Б. Некоторые вопросы аналитического определения коэффициента теплообмена. Изв. ВУЗов. Нефть и газ, 1972, № 8,с. 26-31.

44. Иглеснас Э.В. К новому сочетанию источников энергии. -В сб.: Курьер ЮНЕСКО, авг. 1981, с. 25-36.

45. Иванцев Г.П., Любов Б.Я. Прогрев неподвижного слоя шаров потоком горячего газа. ДАН СССР, 1952, т. 136, № 2, с. 293.

46. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. пер. с англ. - М., Наука, 1964, 487 с.

47. Ким И.Г., Мухин В.А., Смирнова H.H. Теплоотдача от стенки канала с пористым слоем при фильтрации в нем жидкости. ПМТФ,1. Я 6, 1980, с. 53-58.

48. Китаев Б.И. Теплообмен в плотном слое. М., Металлургия, 1970, 430 с.

49. Корольков Б.П. Специальные функции для исследований динамики нестационарного теплообмена. М., Наука, 1976, 166 с.

50. Крюгер П., Отто К. Геотермальная энергия. Пер. с англ. М., Мир, 1975, 180 с.

51. Кубарев Н.П. Температурное поле пласта при наличии в нем системы скважин. В кн.: Термозаводнение нефтяных месторождений. Изд. Каз. ГУ, 1971, с. 51-62.

52. Кутателадзе С.С. Анализ подобия в теплофизике. Новосибирск, Наука, 1982, 280 с.

53. Кутателадзе С.С. Пристенная турбулентность. Новосибирск, Наука, 1973, 226 с.

54. Кутателадзе С.С., Бурдуков А.П., Накоряков В.Е., Кузьмин ВА. Применение электрохимического метода измерения трения в гидродинамике двухфазных сред. В кн.: Тепломассоперенос, т. 2, Энергия, М., 1968.

55. Лебединец Н.П. Решение задач установившейся фильтрации жидкости в пласте по нелинейному закону. Труды ГрозНИИ, вып. 19, М., Неда, 1965, с. 97-III.

56. Леонтьев А.И., Обливкин А.Н., Романенко П.Н. Исследование сопротивления и теплообмена при турбулентном течении воздуха в ассимметричных каналах с продольным градиентом давления. -ПМТФ, 1961, Л 5, с. 16-25.

57. Ломизе Г.М. Движение воды в щелях. Изд. АН Арм.ССР,) 1947, 72 с.

58. Ломизе Г.М. Фильтрация в трещиноватых породах. Госэнерго-издат, 195I, 127 с.

59. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М., Высшая школа, 1967, 599 с.

60. Малофеев Г.Е. Экспериментальные данные о теплообмене между пластом и окружающими породами. Нефтяное хозяйство, 1974, № II, с. 38-42.

61. Мангушев К.И. Проблемы развития геоэнергетики мира. -М., Наука, 1981, 182 с.

62. Маскет М. Течение однородной жидкости в пористой среде. -Пер. с англ. М., Гостоптехиздат, 1949, 628 с.

63. Морозов Ю.П. Исследование нестационарного теплообменав геотермических котлах: Автореферат дисс. учен.степ.канд.техн. наук (01.04.14.). Киев: Б.и., 1979. - 20 с. В надзаг,: ИТТФ АН УССР.

64. Мухин В.А.»СМирнова H.H. Исследование процессов тепломассообмена при фильтрации в пористых средах. Новосибирск: 1978,28 с. (Препринт/ ИТФ СО АН СССР, 26-78 ).

65. Мухин В.А., Смирнова H.H. Экспериментальное исследование нестационарного теплообмена в пористом слое при фильтрации в нем жидкости. ПМТФ, № 4, 1981, с. II0-II5.

66. Наказная Л.Г. Фильтрация жидкости и газа в трещиноватых коллекторах. М., Недра, 1972, 183 с.

67. Накоряков В.Е., Бурдуков А.П., Покусаев Б.Г. и др. Исследование турбулентных течений двухфазных сред. Под ред. Кутателадзе С.С., Новосибирск, 1973, с. 7-37.

68. Нигматулин Р.Н. Методы механики сплошной среды для описания многофазных смесей. ПММ, 1970, № 34, с. 1097.

69. Обручев В.А. Тепловая шахта. 1920 г. В сб.: Путешествия в прошлое и будущее. Изд. АН СССР, М., 1961.

70. Павлов И.А. Экспериментальные исследования теплообмена на модели блока трещиноватой среды. Тезисы докладов Всесовз. конф. ВУЗов с участием НИИ Комплексные исследования физических свойств горных пород. М., изд. МГИ, 1977, с. 40-41.

71. Павлов И.А. Экспериментальные исследования процессов теплообмена при фильтрации теплоносителя в проницаемых зонах. -Тезисы докладов П Всесоюз. научно-технической конф. Проблемы горной теплофизики. Л., ЛГИ, 1981, с. I5I-I52.

72. Павлов И.А., Богуславский Э.И. Эффективность использования тепла Земли при бактериальном выщелачивании металлов. В сб.: Новые исследования в горном деле. Вып. 8., Научные труды. Л., изд. ЛГИ, 1975, с. 78-83.

73. Петухов B.C. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. М., Энергия, 1967. 411 с.

74. Пивкин Е.Л., Стерлин В.А., Трунева O.A., Фарбер Б.А. Методы визуализации пространственных течений жидкости. В сб.: Физические методы исследования прозрачных неоднородностей. М., 1978, с. 9-1I.

75. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод.- М., Наука, 1977, 650 с.

76. Попов В.П. Кутателадзе С.С. и др. Устройство для измерения величины и направления скорости жидкости. Авт.свид. № 266287, кл. , 20/01, 1970.

77. Процессы теплообмена в искусственных циркуляционных системах извлечения тепла Земли. Материалы Советско-американского научного семинара, 1976, Л., изд. ЛГИ, 1978, 112 с.

78. Пудовкин М.А., Волков И.К. Краевые задачи математической теории теплопроводности в приложении к расчетам температурных полей в нефтяных пластах при заводнении. Казань, изд. Казанского ун-та, 1978, 62 с.

79. Пыхачев Г.Б., Исаев Р.Г. Подземная гидравлика. М., Недра, 1973, 359 с.

80. Рахматулин Х.А. Основы газодинамики взаимно проникающих движений сплошных сред. Прикладная математика и механика, 1956, т. 20, вып. 2, с. 38.

81. Рац М.В., Чернышев С.Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. М., Недра, 1970, 159 с.

82. Репик Е.У. Экспериментальное исследование структуры турбулентного пограничного слоя при наличии продольного градиента давления. Труды ЦАГИ, вып. 1218, 1970, с. 19-35.

83. Розенталь А.К., Суходрев В.М. Конвективный теплообмен между раздробленной рудой и теплоносителем цри выщелачивании руды.- ЖТПРПИ, 1976, № 2, с. 38-43.

84. Романов В.А. Нестационарный теплообмен в гетерогенной среде. ИФЖ, 1975, т. 29, Я 3, с. 91-94.

85. Ромм Е.С. Фильтрационные свойства трещиноватых горных пород. М., Недра, 1966, 283 с.

86. Рубинштейн Л.Н. Температурные поля в нефтяных пластах. -М., Недра, 1972, 276 с.

87. Серов Е.П., Корольков Б.П. Динамика процессов в тепло- и массообменных аппаратах. М., Энергия, 1967, 167 с.

88. Смирнова H.H. Решение уравнений переноса тепла при фильтрации методом сведения системы к "эквивалентному" уравнению теплопроводности. В сб.: Физическая гидродинамика и теплообмен. Новосибирск, ИТФ СО АН СССР, 1978, с. 61-68.

89. Смирнова H.H., Мухин В.А. Тепломассоотдача к стенкам канала при фильтрации в нем жидкости. -.В кн.: Физические процессы горного производства, вып. 5, Л., изд. ЛГИ, 1978, с. 83-87.

90. Смирнова H.H., Шувалов Ю.В. Эффективность теплового дренажа при гидроразрыве угольного пласта. В сб.: Физические процессы горного производства. Вып. 4. Л., изд. ЛГИ, 1977, с. 72-75.

91. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. -Справочник. Под ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина. М., Энергоиздат, 1982, с. 66.

92. Тепловые методы добычи нефти. Материалы выездной сессии Научного Совета по проблемам разработки нефтяных месторождений АН СССР. Изд. Наука, М., 1975, 180 с.

93. Фазлыев Р.Т. Площадное заводнение нефтяных месторождений. М., Недра, 1979, 255 с.

94. Цой П.В. Методы расчета отдельных задач тепломассопере-носа. М., Энергия, 1971, 383 с.

95. Чарный И.А. Нагревание призабойной зоны при закачке горячей жидкости в скважину. Нефтяное хозяйство, 1953, № 2,3, с. 18-23, 29-32.

96. Чарный И.А. Подземная гидрогазодинамика. М., Гостоп-техиздат, 1963, 396 с.

97. Чекалюк Э.Б. Термодинамика нефтяного пласта. М., Недра, 1965, 286 с.

98. Шейнман А.Б., Малофеев Г.Е., Сергеев А.И. Воздействие на пласт теплом при добыче нефти. М., Недра, 1969, 248 с.

99. Шиллер Л. Движение жидкости в трубах. М.-Л., 1936, 230 с.

100. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М., Наука, 1974, 711 с.

101. Шумский Н.П. Результаты экспериментальных и теоретических исследований управляющих устройств типа "сопло-заслонка". -Системы устройства и элементы пневмо- и гидроавтоматики. Изд. АН СССР, 1959, с. 26-31.

102. Шурчков A.B. Аронова Н.И. Задача о нестационарном теплообмене при плоско-радиальном движении жидкости через подземную зону дробления. В сб.: Вопросы технической теплофизики. Киев, изд. Наукова .Пумка, 1973, с. 35-41.

103. Щербань А.й., Бабинец А.Е., Цырульников A.C., Дядысин Ю.Д. Тепло Земли и его извлечение. Киев, Наукова Думка, 1974, 262 с.

104. Щербань А.Н., Цырульников A.C. Рыженко И.А., Мерзляков Э.И.

105. Энергетический потенциал: проблемы и перспективы. -В сб.: Импакт, № 3, 1982, с. 3-74.

106. Doughty GHeilshorn G.t Tsong C.

107. A aimensienless purameter approach to the thermal behavior of an aguiter energy storage system. Water Res. Res.} uoe.18, 3 June, 1982.

108. Garnish J.D. Progress in Geotermat Energy. . Endeavourv. 2 ,N21 Pergamon Press, 1979.

109. Gringarten G.C., Sayty 3.P,. Theoretical Study of Heat extraction from Aquifer u/ith Uniform Regional Flow. 3. of Geophysical research . v. 80 , N35,1975,p 4956 4962.

110. Gringarten A., Witherspoon P.> Ohnishi U. Theory oj Heat Extraction from Fractured Hot Dry Rock. In, J. Geophis. Res.,N<3, 1975.

111. GrinQarten A.C., Withe2Spoon F.A,}Ohnishi U. Theory of Heat gxtzaction from fractured hot dry Rock. University of California, Berketay, Preprint, №74.

112. Hanratty T.J. Stady of tuzßulence dose to o solid woßt. Phys. Fluids. v.10,NQ,1. Pt .2jg67 , p. 126 -133.

113. Hot Dry Rock Geothermal §ner§y Develop -ment Pzoftam . Authezs : Brown M. G., Nunz G.J., Gremer G.M., Smith M.D. Unformal Report UC- 66o , Los Alamos Scientific Laboratory, New Mexico. USA, Sept. 1979.

114. Hot Dry Rock Geothermal Energy Development Program . Annual Report 1978.1.s Alamos Scientific Laboratory, LA- 7807 MDR , April /97.9.

115. O. yogi S., Kuni 1 D., Endo K. T?ans. ASME 2 Heat Tzansfez, 1964 , vol. 7, p. 701.ist. yogi S., Wqkqo N. Amz. Jnst. Chem.Eno.J, 1959, uot. 5 ,N1, p. 73. v ;

116. Livesey Ü.L. Jneztia Effects in Viscous Flows.- Jnteznational Jouznol of Mechanical Science, irol.l, 1960, p. 84-88 .

117. Louis C. A study of gzaundwote? flow in Jointed zock and its influence on the stability of zock masses.

118. Jmpezial College Rock mechanics Reseazch Repozt No 10, Sept. /969.

119. Mc Eli got D.M., Coon C. W., Pezkins H. D.

120. Retaminazization in Tußes. Jnteznational Jouznaf of Heat Mass. Tzansfez v 13 !970 , p. 431-433. ' '

121. McFazland R.D. Geotheimal Resezvoiz Models -Czack Plane Model. Los Alamos

122. Scientific Laöozatozy t Dnf. Repozt} USA, 1975i3Q.McGinn 3.H. Observations on the zadial jlobi of watez between fixed parallel plates. J. Applizd Sciense Research, ifoe.5} 1955 , p. 255-264 .

123. Alezzkizhw Z., FCov/ visualization. New Jozk, Acad. P?ess , 1074 .

124. Suite Between Pazattet Dicks. Aezonanti-caf QuaztezPy , not. /4, 1963 , p. 163-186 .

125. Nun2 G. J. Federal Hoi Dry Geoihezmol Enezgy Development P?o$?am. An Ovezwiew. 77? zzd Nat. Congress ASME. Session on Hot Dry Rock Utilization. San.Fzancisco, Califs Dune 24~2g, 19? 9 .147.Paie? V.C. and Heod M.R.

126. Revezsion on Tu?6utent io Lamina? FEow. Jou?nat of FPuid méchantes, vot. 54,1968, p. 371 392.

127. Raat -J.D. . Radia? source fPow Seiween pazaCtet disks . J. Fiuid ÎVechanics , voe. 85 pt.3, 1978, p.40f- 416.us.Reisô L.P. and Hanzatty T.J.

128. An expezimentat siudy oj unsieady naiuze of the uiscous suStaye2. ADÙh.E. Jou?noe) ît. 9,M 2, 1963, p.154 160 .

129. Saio H. The siaèiEity and izanslilon of two dimeniionae Jet. J.Fiuid. iïlech. u.7, ptj, 1960, p. 58-80 .

130. Saua$e S.B. . Lamina? RadiaC Fiow Beiween PazatM PPates. ASME Jouzna? of Apptied méchant es , \s.31,1964, p. 5 94-596.

131. Sehuman T.E.W. 0. oj FzanMin Jnsiitute 1929, voe 208, Sepi. , p.405.

132. Wilson 3.D.R. A noie on taminaz zadial {tow between pazatEet? pPates. Apptied Science Resea?cht voe.25 ,1972, p.34Q - 354.

133. Wooto?d H. W. . A Theo?eticat Analysis oj the uiscous F tow in a NozzowPy Spaced Radia e Diffusez A S ME Jwnat of Apptied mechanics, not. 24, 1957, p. 9-15

134. Wygnanski J. J., and Champagne F.H.

135. On izansition in a pipe. Pt 1. The ozigin of puffs and s tup and the ftow in a tuvSutent stuQ. J. Feu id mech.} \/59^2, 1Q?3, p. 281-335,