2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.18454/pmi.2016.4.551 pmi-5147 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5147 Горное дело Mining Flow instability in producing well at flash-steam fields Неустойчивость течения в добычной скважине на месторождении парогидротерм Shulyupin A. N. Шулюпин А. Н. Shulyupin A. N. ans714@mail.ru Институт горного дела ДВО РАН (Хабаровск, Россия) Mining Institute of the Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences (Khabarovsk, Russia) 22 08 2016 2016 220 551 555 21 10 2015 16 12 2015 22 08 2016 © 2016 А. Н. Шулюпин © 2016 A. N. Shulyupin 2016 А. Н. Шулюпин A. N. Shulyupin Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5147

Представлены теоретические основы для прогноза неустойчивости режима работы добычных скважин на месторождениях парогидротерм. Рассматриваемая тема приобретает актуальность в связи с новыми усло-виями развития геотермальной энергетики, которые требует бережного использования фонда скважин. Рассмотрен механизм неустойчивости: повышение расхода увеличивает обеспечивающую движение силу, что вызывает еще большее повышение расхода. Увеличение силы происходит за счет снижения гравитационной составляющей, противодействующей движению, в результате снижения плотности пароводяной смеси. Показано, что в связи со спецификой развития такой неустойчивости в геотермальной скважине реакция забойного давления на изменение расхода не может эффективно влиять на устойчивость, а реакция устьевого давления может быть стабилизирующим фактором. Отмечены принципиальные недостатки ранее принятых представлений об устойчивости течения в пароводяных скважинах. Условием устойчивого течения рекомендуется считать положительное значение производной внутреннего забойного давления, определяемого как сумма устьевого и внутреннего перепада давления, по расходу.

Theoretical foundations are presented for forecasting operation instability of producing wells at flash-steam fields. The considered topic gains actuality because of the new conditions for developing geothermal power industry which call for solicitous use of the wells fund. Instability mechanism is considered: increased discharge results in the growth of the force generating the flow, which in turn results in still higher discharge. The force grows due to weakening of gravitational component which counteracts the flow in the result of depletion in the density of flash-steam mixture. It is demonstrated that due to the specifics of development of such instability in a geothermal well the reaction of well foot pressure to change in the discharge cannot influence the stability in any effective way, while the reaction of wellhead pressure may work as a stabilizing factor. Principal weaknesses are pointed out of former ideas on flow instability in flash-steam wells. The condition of stable flow should be the positive value of the derivative on discharge of the internal well foot pressure defined as the sum of wellhead and internal pressure drop.

 Ключевые слова пароводяное течение устойчивость геотермальная скважина пласт Keywords flash-steam flow stability geothermal well seam Автор благодарит В.А.Дрознина и И.И.Чернева за обсуждение вопросов устойчивости течения в пароводяных геотермальных скважинах. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта No16-05-00398 а The author is grateful to V.А.Droznin and I.I.Chernev for discussing the issues of flow stability in flash-steam geothermal wells. The study was conducted with financial support of the Russian Fund for Fundamental Research within the scope of Scientific Project No.16-05-00398 а Дрознин В.А. Гидродинамика пароводяных скважин // Вулканизм и глубины Земли. М.: Наука, 1971. С.262-265. Дрознин В.А. О природе гейзерного режима // Гидротермальный процесс в областях тектоно-магматической активности. М.: Наука, 1971. С.96-103. Дрознин В.А. Физическая модель вулканического процесса. М.: Наука, 1980. 92 с. Ентов В.М. О нестационарных процессах при фонтанировании скважин // Известия АН СССР. Сер. Механика и машиностроение. 1964. № 2. С.31-40. Колесников Д.В. Проблемы эксплуатации ГеоЭС Камчатки / Д.В.Колесников, А.А.Любин, А.Н.Шулюпин // Электрические станции. 2015. № 4. С.16-19. DOI: 10.1007/s10749-015-0601-7. Озеров А.Ю. Механизм базальтовых взрывов (Экспериментальное моделирование) // Вулканология и сейсмология. 2010. № 5. С. 3-19. DOI: 10.1134/S0742046310050015. Шулюпин А.Н. Пароводяное течение в геотермальной скважине / А.Н.Шулюпин, А.А.Чермошенцева // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т.22. № 4. С.493-499. DOI: 10.1134/S0869864315040083. Шулюпин А.Н. Специфика гидравлического расчета транспортировки пароводяного теплоносителя на геотермальных месторождениях // Вулканология и сейсмология. 2013. № 3. С.15-24. DOI: 10.1134/S0742046313030068. Шулюпин А.Н. Устойчивость режима работы добычной скважины на месторождении парогидротерм // Записки Горного института. 2015. Т.215. С.57-64. An overview of a high energy stimulation technique for geothermal applications / M.C.Grubelich, D.King, S.Knudsen, D.Blankenship, S.Bane, P.Venkatesh // Proceedings, World Geothermal Congress, 2015. Melbourne, Australia. N 31070. 6 p. Bertani R. Geothermal power generation in the world 2010-2014 update report // Geothermics. 2016. Vol.60. P.31-43. DOI: 10.1016/j.geothermics.2015.11.003. Experimental thermal stimulation of the Rotokawa Andesite / P.Siratovich, J.Cole, M.Heap, M.Villeneuve, T.Reuschle, K.Swanson, B.Kennedy, D.Gravley, Y.Lavallee // Proceedings, World Geothermal Congress, 2015. Melbourne, Australia. N 22044. 6 p. Ledinegg M. Instability in Flow during Natural and Forced Circulation // Die-Warme. 1938. Vol.61. N°48. P.891-898. Lund J.W. Direct utilization of geothermal energy 2015 worldwide review / J.W.Lund, T.L.Boyd // Geothermics. 2016. Vol.60. P.66-93. DOI: 10.1016/j.geothermics.2015.11.004. March A. Modelling a geothermal steam fields to evaluate well capacities and assist operational decisions // Proceedings, World Geothermal Congress, 2015. Melbourne, Australia. N 25008. 9 p. On M.D.G. Evaluation of hydraulic stimulation-induced permeability enhancement / M.D.G.On, R.P.Andrino // Proceedings, World Geothermal Congress, 2015. Melbourne, Australia. N 22094. 8 p. Pashkevich R.I. Film condensation in a large diameter tube with upward steam flow / R.I.Pashkevich, P.V.Murativ // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015. Vol.81. P.804-810. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.11.001 Ruspini L.C. Two-phase flow instabilities: A review / L.C.Ruspini, C.P.Marcel, A.Clausse // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. Vol.71. P.521-548. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.12.047. Shulyupin A.N. Some methods for reducing of steam deficit at geothermal power plants exploitation: Experience of Kamchatka (Russia) / A.N.Shulyupin, I.I.Chernev // Geothermal Energy. 2015. Vol.3. N 23, p.1-11. DOI: 10.1186/s40517-015-0042-4. Well Stimulation Techniques Applied at the Salak Geothermal Field / R.G.Pasikki, F.Libert, K.Yoshioka, R.Leonard // Proceedings of the World Geothermal Congress, 2010. Bali, Indonesia. N 2274. 11 p.