Влияние расположения местных сопротивлений на устойчивость транспортировки пароводяной смеси при освоении геотермальных ресурсов

С помощью новой математической модели для гидравлического расчета трубопроводов, транспортирующих пароводяной геотермальный теплоноситель, которая учитывает влияние гравитационных сил на параметры течения, проведено исследование влияния расположения местных сопротивлений на устойчивость потока. Расчет был проведен по программе SWIP-S для трубопровода с характеристиками, близкими к типовым значениям на Мутновском геотермальном месторождении, где расположены крупнейшие в России геотермальные электростанции. Трубопровод разбивался на 4 участка, рассматривалось 4 варианта с размещением всех местных сопротивлений на первом (от начала), втором, третьем и четвертом участках. Рассчитывался перепад давления и индекс устойчивости потока, определяемый как частная производная перепада давления на отдельном участке трубопровода по массовому расходу. Выявлено незначительное влияние расположения местных сопротивлений по трассе трубопровода на его суммарный индекс устойчивости, а также на суммарный перепад давления. Исходя из расчетов параметров трубопровода по участкам, учитывая существенные различия локального индекса устойчивости, даны практические рекомендации по расположению местных сопротивлений: в случае высокого риска возникновения неустойчивости у устья скважины, в том числе при низких расходах геотермального флюида, рекомендовано располагать их в начале трассы, т.е. вблизи скважины. Аналогичные рекомендации даны при необходимости уменьшения суммарного перепада давления, учитывая, что данный параметр будет резко возрастать на участке, где сосредоточены местные сопротивления.

1. Michalski A., Klitzsch N. First field application of temperature sensor modules for groundwater flow detection near borehole heat exchanger / A. Michalski, N. Klitzsch // Geothermal Energy. – 2019. – V. 7. – № 37. DOI: 10.1186/s40517-019-0152-5.

2. Iry S., Rafee R. Transient numerical simulation of the coaxial borehole heat exchanger with the different diameters ratio / S. Iry, R Rafee // Geothermics. – 2019. – V. 77. – P. 158–165. DOI: 10.1016/j.geothermics.2018.09.009.

3. Christopher S.B., Nigel J.C., Stuart S.E., Dan G. Numerical modelling of deep coaxial borehole heat ex-changers in the Cheshire Basin, UK / S.B. Christopher [et al.] // Computers & Geosciences. – 2021. – V. 152. – № 104752. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2021.104752.

4. Chen Y., Huang L., EGS Collab Team. Optimal design of 3D borehole seismic arrays for microearthquake monitoring in anisotropic media during stimulations in the EGS collab project / Y. Chen, L. Huang, EGS Collab Team // Geothermics, – 2019. – V. 79, P. 61–66. DOI: 10.1016/j.geothermics.2019.01.009.

5. Zhang J., Xie J., Liu X. Numerical evaluation of heat extraction for EGS with tree-shaped wells / J. Zhang, J. Xie, X. Liu // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2019. – V. 134. – P. 296–310. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.12.171.

6. Xianbiao B., Kunqing J., Yujiang H. Performance analysis of shallow depth hydrothermal enhanced geothermal system for electricity generation / B. Xianbiao, J. Kunqing, H. Yujiang // Geothermics. – 2020. V. 86. – № 101847. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2020.101847.

7. Bertani, R. Geothermal power generation in the world 2010–2014 update report / R. Bertani // Geother-mics. – 2016. Vol. 60. – P. 31–43.

8. Smith, J.H., Collection and transmission of geothermal fluids / J.H. Smith // Geothermal energy: review of research and development / Edited by H. Christopher, H. Armstead. – Paris: UNESCO, 1973. – P. 97–105.

9. Rizaldy, Zarrouk S.J. Pressure drop in large diameter geothermal two-phase pipelines / Rizaldy, S.J. Zarrouk // Proceedings 38th New Zealand Geothermal Workshop, New Zealand, 2016. – P. 1–5.

10. Garcia-Gutierrez A. Thermal Efficiency of the Los Humeros Geothermal Field Fluid Transportation Network / A. Garcia-Gutierrez [et al.] // Proceedings World Geothermal Congress 2015. – № 25007.

11. Cheik H.S., Ali H.A. Prefeasibility design of single flash in Asal geothermal power plant 2x25 MW, Djibouti. / H.S. Cheik, H.A. Ali // Proceedings World Geo-thermal Congress 2015. – № 25030.

12. Шулюпин А.Н., Чермошенцева А.А., Варла-мова Н.Н. Влияние геометрии трассы трубопровода на устойчивость пароводяного течения при эксплуатации ГеоЭС / А.Н. Шулюпин, А.А. Чермошенцева, Н.Н. Варламова // Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки. – 2020. – Т. 32. – № 3. – С. 143–153.

13. Шулюпин А.Н., Чермошенцева А.А., Варламова Н.Н. Новые вызовы при освоении месторождений парогидротерм с транспортировкой пароводяной смеси / А.Н. Шулюпин, А.А. Чермошенцева, Н.Н. Варламова // ГИАБ. – 2019. № 2. С. 43–49. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-02-0-43-49.

14. Dang Z., Yang Z., Yang X., Ishii M. Experimental study on void fraction, pressure drop and flow regime analysis in a large ID piping system / Z. Dang // International Journal of Multiphase Flow. – 2019. – V. 111. –P. 31–41. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2018.10.006.

15. Свид. 2020660438 Российская Федерация. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. SWIP-S / А.Н. Шулюпин, А.А. Чермошенцева, И.И. Чернев, Н.Н. Варламова; правообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук обособленное подразделение Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук. – № 2020619195; заявл. 18.08.2020; зарегистр. 03.09.2020; опубл. 03.09.2020,1 с.

16. Шулюпин А.Н., Варламова Н.Н. Определение истинного объемного паросодержания при гидравлическом расчете трубопроводов пароводяной гео-термальной смеси / А.Н. Шулюпин, Н.Н. Варламова // Теплоэнергетика. – 2021. – № 5. – С. 72–77. DOI: 10.1134/S0040363621050106.

17. Шулюпин А.Н. Устойчивость режима работы пароводяной скважины / А.Н. Шулюпин. – Хаба-ровск: ООО «Амурпринт», 2018. – 136 с.