автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Тепломассоперенос в фильтрационном, струйном и закрученном потоках

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ

На правах рукописи

РГБ ОД

ПОТАПОВ Вадим Владимирович у 3 ?ПР'1

УДК 536.244: 261

ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС В ФИЛЬТРАЦИОННОМ, СТРУЙНОМ И ЗАКРУЧЕННОМ ПОТОКАХ (НА ПРИМЕРЕ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ СРЕДЫ).

Специальность 05.17.08- "Процессы и аппараты химической технологии"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Научно-исследовательском Геотехнологическом Центре (НИГТЦ) Дальневосточного Отделения Российской Академии Наук

Научные руководители: кандидат геол.-мин. наук Трухин Ю.П.,

доктор физико-математических наук Сергин ВЛ.

Научный консультант: доктор технических наук Латкин А.С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Блиничев ВЛ,

доктор технических наук, профессор Баранов Д.А.

Ведущая организация: АО НИУИФ

Защита состоится «¿С» с-к/ч {лл 2000 г. в 1® час. в ауд._^|$5рна заседании специализированного совета К063.44.04 в Московском Государственном Университете Инженерной Экологии по адресу: 107066, г. Москва, ул. Старая Басманная, 21/4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан " МЛртЛ. 2000 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

}Ш,о

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Актуальность работы заключается в необходимости поиска альтернативных источников энергии и минерального сырья из-за ограниченности запасов традиционных источников. Геотермальные ресурсы имеют несколько составляющих: их можно рассматривать одновременно как источник электрической и тепловой энергии и как источник минеральных соединений.

Комплексное использование геотермальных ресурсов увеличит рентабельность уже действующих теплоэнергетических линий и привлечет к эксплуатации новые геотермальные месторождения. Извлечение химических соединений необходимо также для очистки пара перед подачей на турбину для уменьшения заноса проточной части, для борьбы с коррозией и образованием твердых отложений на поверхности теплотехнического оборудования. Примеры использования только "энергетической" составляющей преобладают в современной практике над примерами комплексного использования геотермальных ресурсов. Недостаточное развитие технологии, промышленных испытаний аппаратов и теоретического исследования процессов извлечения химических соединений сдерживает развитие самой геотермальной энергетики.

Перспективным для решения этой задачи представляется применение ци-клонно-вихревых устройств, способных отделять концентрированный конденсат от парогазового потока. Моделирование тепломассопереноса в циклонном аппарате и геотермальной скважине позволит выбирать параметры рациональной эксплуатации.

Исследование и эксплуатация геотермальных систем- сложная, многоплановая научно-техническая проблема. Ее решение требует применения комплекса методов: геологических, геохимических, геофизических, теплофизических и т.д. С помощью математического моделирования тепломассопереноса в геотермальной системе можно установить диапазон значений давления флюида, проницаемости пород и выбрать на этой основе рациональную схему эксплуатации в условиях, когда применение других методов исследования затратно или невозможно.

Кроме того, термодинамические параметры и химический состав геотермального флюида имеют особенности на каждом месторождении, в разных скважинах одного месторождения и в одной и той же скважине в разные моменты времени. В настоящее время отсутствуют развитые универсальные ме-

тоды прогноза давления, температуры и химического состава геотермального флюида при всех возможных условиях эксплуатации геотермальной системы.

Исследования выполнялись в рамках темы по плану научно-исследовательской работы НИГТЦ ДВО РАН, соответствующему постановлениям Президиума ДВО РАН:

"Геотермальные энергосберегающие геотехнологии: разработка теоретических основ и геотехнологии использования ультракислых рудоносных геотермальных растворов высокотемпературных (Т>400°С) магматогенных геотермальных систем в геоэнергетике и гидрометаллургии" (5.1.17, 5.1.6, 2.1.4, № гос. регистрации 01.99.00 10609).

Цель работы. Разработка методики расчета термодинамических параметров и химического состава геотермального теплоносителя на пути от флюидо-проводящей зоны до теплотехнического оборудования для выработки рациональных приемов комплексного использования.

Идея работы состоит в том, что для совершенствования технологии комплексной эксплуатации геотермальных ресурсов нужна модель, адекватно отражающая физико-химические процессы Как в природной системе, так и в скважине и теплотехническом оборудовании.

Методы исследований. Цель, поставленная в работе, достигнута с использованием следующих методов исследований: сбор по каналам связи Internet и анализ информации по современным проблемам в области изучения и комплексного использования геотермальных ресурсов; аналитические расчеты в задаче фильтрации и при исследовании структуры закрученного потока; численное моделирование на персональном компьютере струйного движения газа в канале добывающей скважины и движения одиночной капли в закрученном потоке циклонного аппарата; физико-химическое моделирование равновесного состава геотермального флюида; обработка результатов испытаний геотермальных скважин Мутновского месторождения.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Методика расчета давления, аксиальной и радиальной компонент скорости закрученного потока циклонно-вихревых устройств, основанная на аппроксимации профиля тангенциальной скорости распределением экспоненциального типа и использовании модели полой закрученной турбулентной струи.

2. Основные полученные аналитические зависимости: 1. Связь между давлением, расходом газового флюида, проницаемостью материала флюидопрово-дящей зоны и глубиной залегания кровли магматической камеры в геотермальной системе вулкана Мутновский; 2. Формулы распределения аксиальной и ра-

диальной компонент скорости и давления закрученного потока; 3. Аналитический вид формул для предельного минимального размера сЗт]„ и порогового размера дробления с1с капель в циклонно-вихревых устройствах.

3. Установленные особенности движения и массообмена капли в закрученном потоке, которые позволяют выбирать рациональные параметры циклонно-вихревых устройств при извлечении химических соединений (Н25 04) НС1, Ш7): а), изменение концентрации веществ в капле конденсата в большей степени зависит от времени движения в аппарате, чем от скорости обтекания газовым потоком; б), диапазон размеров капель, в которых следует ожидать значительные относительные концентрации поглощенных при движении в камере веществ, находится в пределах = (1-3)ч1т|П.

4. Метод прогноза химического состава, использованный для оценки величины газосодержания, концентраций основных газов и затрат на обработку при добыче и транспорте геотермального флюида в производственной деятельности ОАО "Камчатскэнерго" (ОЭС ДВ Востокэнерго, РАО ЕЭС России).

Достоверность научных положений, вытекающих из них выводов и рекомендаций обеспечивается:

- исходными посылами работы, основой которых являются физические законы фильтрации, термодинамики, тепломассообмена, гидродинамики и механики;

- сопоставимостью с данными комплексных исследований флюидопрово-дящей зоны под кратером Куджу-Ивоява (о.Куюши, Япония);

- сопоставимостью результатов экспериментальных зондовых измерений скорости и давления в закрученном газовом потоке циклонно-вихревых устройств с предлагаемыми теоретическими аппроксимациями этих характеристик;

- соответствием результатов численного моделирования параметров движения дисперсной фазы (координат и скоростей) экспериментальным данным по движению крупных угольных частиц, полученным методом фотостробоскопии;

-сопоставимостью результатов моделирования химического состава двухфазного пароводяного теплоносителя с результатами испытания геотермальных скважин 4Э, 016, 26 Мутновского месторождения.

Научная новизна:

- построена физическая модель тепломассопереноса в высокотемпературной магматогенной геотермальной системе с учетом конвекции и пузырения в расплаве, фильтрации газа И теплообмена; получена связь между параметрами

б

флюидопроводящей зоны (ФПЗ) и газового флюида; оценены проницаемость материала ФПЗ и давление газа на входе во флюидопроводник;

- на основе оценки потенциальной производительности скважины получила разработку проблема извлечения геотермальной энергии; -

- развит метод прогноза химического состава геотермального теплоносителя в двухфазной области;

- исследованы и сопоставлены модели структуры закрученного потока в циклонно-вихревых устройствах ,в широком диапазоне режимно-конструктивных параметров и выявлены их преимущества; установлен правильный аналитический вид функций распределения давления, аксиальной и радиальной компонент скорости в закрученном потоке;

- выполнена алгоритмическая и программная реализация модели движения и массообмена дисперсной жидкой фазы в циклоне, учитывающей следующие особенности: а) неоднородная структура потока; б) деформация и дробление капель; в) изменение размера капель в пересыщенной среде;

- получены аналитические формулы для предельного минимального размера ¿т[П и порогового размера дробления с^ капель в закрученном потоке циклонного конденсатора.

Практическая ценность:

- результаты расчетов по массопереносу в высокотемпературной магмато-

генной геотермальной системе под кратером Активная Воронка (АВ) в. Мут-

>

новский позволяют оценивать давление и проницаемость в подобных системах, имеющих флюидопроводящую зону и камеру с дегазирующим расплавом;

- результаты моделирования тепломассопереноса в геотермальной скважине и в ФПЗ применимы при решении проблемы извлечения тепловой энергии и минеральных соединений из высокотемпературных геотермальных систем;

- метод прогноза величины газосодержания, концентраций газов и химического состава водной фазы гидротермального теплоносителя применим в производственных условиях ГеоТЭС;

- результаты исследования структуры закрученного потока могут быть использованы при проектировании циклонно-вихревых аппаратов;

- на основе аналитических аппроксимаций предельного минимального размера <1т:п и порогового размера дробления с^ даны рекомендации по выбору рациональных параметров циклонного конденсатора, включенного в схему комплексной эксплуатации геотермального флюида.

Реализация работы. Результаты моделирования химического состава многокомпонентного геотермального флюида использованы организацией

ОАО "Камчатскэнерго"( ОЭС ДВ Востокэнерго, РАО ЕЭС России) для прогноза газосодержания при разделении двухфазного теплоносителя в сепараторе и определения эффективных мер по обработке сепарата (подкисление, подщела-чивание) для снижения риска появления твердых отложений в скважинах обратной закачки Верхне-Мутновской ГеоЭС.

Лнчный вклад соискателя заключается в следующем:

- построена качественная модель тепломассопереноса в геотермальной системе под кратером АВ; рассчитаны параметры процессов свободной конвекции и пузырения в расплаве;

- получена связь между давлением флюида в ФПЗ, глубиной залегания очага, проницаемостью материала ФПЗ и удельным массовым расходом флюида, на основе чего выявлен диапазон вероятных значений давления и проницаемости;

- проведена схематизация фильтрации флюида в призабойном пространстве скважины, дренирующей флюидопроводящую зону магматогенной системы, определены значения коэффициента фильтрационного сопротивления и оценена производительность скважины; реализована на ПЭВМ модель нестационарного потока флюида в геотермальной скважине и выявлены факторы, влияющие на температуру добываемого флюида;

- обработаны результаты гидрогазохимического опробывания геотермальных скважин 016, 26,4Э Мутновского месторождения;

- на основе профиля тангенциальной скорости и модели полой турбулентной струи аналитическим расчетом установлен вид распределения давления, аксиальной и радиальной компонент скорости в закрученном потоке; проведено сопоставление теоретических профилей тангенциальной скорости и давления на точность соответствия экспериментальным данным;

- построена и реализована на ПЭВМ модель движения и тепломассообмена одиночной жидкой капли в закрученном потоке циклона; установлены особенности поведения капли в неоднородном закрученном потоке и вид формул, аппроксимирующих предельный минимальный размер и пороговый размер дробления; даны рекомендации по выбору рациональных режимно-конструктивных параметров циклонного конденсатора.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научной конференции Института Вулканической Геологии и Геохимии ДВО РАН в марте 1999 г., на научно-практической конференции "Геология и полезные ископаемые" в апреле 1999г. (г. Петропавловск-Камчатский), на расширенном заседании отдела геотермии и геохимии Института Вулканологии ДВО РАН

(25.11.99), на Ученом Совете Научно-исследовательского Геотехнологического Центра (НИГТЦ) ДВО РАН (22.12.97, 21.12.99), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Камчатского Государственного Технического Университета в 1996,. 1997, 1998, 1999 гг. (Кафедра Физики и Кафедра Экологии и Природопользования).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано шесть статей и 2 тезисов докладов.

Обьем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы около 200 страниц, с 27 рисунками и библиографией из 140 наименований.

Основное содержание работы.

Во введении формулируются актуальность работы, цель, идея, методы исследований, положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Современное состояние проблемы изучения и комплексного использования геотермальных ресурсов.

Обсуждена необходимость поиска альтернативных источников энергии и минерального сырья. На основе работ Клименко И.А., Трухина Ю.П., Шувалова Р.А., Гудмандссона С., Эйнарссона Е., Хироватари К., Изуми Дж., Такеуши К., Хуртадо Р., Меркадо С., Харпера Р.Т., Джонстона Дж.Х., Маймони А. рассмотрены примеры комплексного использования геотермальных ресурсов с извлечением В, I, Вг, соли ЫаС1, углекислого газа С02, аморфного кремнезема БЮг, соединений металлов (Си, Ъп, Ы, ЛЬ), получением серной кислоты НгБО« из геотермального сероводорода.

Проанализирована тенденция на использование глубинного флюида, имеющего высокие паросодержание и энтальпию, температуру более 300 °С и глубину размещения более 3000 м. Показаны современные достижения в технологии бурения в глубинных резервуарах, проведении каротажно-измерительных работ, тестировании материалов на коррозийную стойкость, снижении стоимости произведенной энергии до полной конкурентноспособности.

С запасами глубинных ресурсов связан особый класс магматических и вулкано-магматических структур. Обсуждены критерии присутствия в системе магматических тел, классификация ресурсов магматической системы и прогноз их поэтапного использования. Выделена геотермальная система под кратером Куджу-Ивоява ( вулкан Куджу, Япония), которая по своим параметрам лучше

других соответствует флюидопроводящей зоне под кратером AB ( в. Мутнов-ский).

Рассмотрены принятые подходы к моделированию тепломассопереноса в геотермальных системах. По работам Дядысина Ю.Д. выделены факторы, влияющие на этот процесс, указаны принятые приемы схематизации геологических условий и упрощения вида дифференциальных уравнений для решения задач тепломассопереноса. В качестве конкретного примера приведена система уравнений фильтрации однофазного теплоносителя-, которая использовалась Кирюхиным A.B. и Сугробовым В.М. (Институт Вулканологии ДВО РАН) при построении моделей теплопереноса в гидротермальных системах Камчатки.

Ставится вопрос о модели теплопереноса в геотермальной системе под кратером AB, содержащей близповерхностный магматический очаг. Проанализированы сведения о современных геофизических методах визуализации магматических масс по работам Горшкова Г.С., Балесты С.Т. и др., представления о переносе тепла и вещества в расплавах по работам Лебедева Е.Б., Хитарова Н.И., Кадика A.A., Эпельбаум М.Б., Персикова Э.С., динамике пузырения магм по работам Спаркса Р., Верхугена Г., Шимазу Дж., Голубева B.C., Шарапова В.Н..

Развитие и совершенствование основ расчета теплопереноса в скважинах связано с именами Тихонова А.И., Сухарева Г.М., Череменского Г.А., Черного И.А., Щербаня А.Н., Черняка В.П., Берча, Реми, Булларда, Кутателадзе С.С., Аверьева В.В., Дрознина В.А. и др.. В результате выработана традиционная схема расчета с использованием следующих допущений: 1. возможность схематизации течения в большинстве случаев одномерным потоком; 2. осесиммет-ричность полей скорости и температуры.

С учетом этих допущений формулируется система уравнений переноса тепла и импульса несжимаемой жидкостью в скважине, дополненная уравнениями сплошности, переноса тепла в горных породах, начальными и граничными условиями. Приведены результаты существующих аналитических и численных решений уравнений переноса.

На примере проекта бурения и строительства высокотемпературной (510° С на забое) скважины WD-1, осуществленного на геотермальном поле Каккон-да (Япония) в рамках плана разработки глубинных ресурсов (Икеуши К., Ко-матсу Р., Сакагава Ю., Сасаки М.), показаны современные методы изучения теплопереноса в геотермальных скважинах.

Выполнен анализ результатов исследований аэродинамики в циклонно-вихревых аппаратах и движения твердой дисперсной фазы в закрученных пото-

ках по работам Вулиса Л.А., Устименко Б.П., Михайлова П.М., Штыма А.Н., Деветериковой М.И., , Ляховского Д.Н., Васиной И.П., Югая О.И. и др.. Выделены область применения циклонов, особенности структуры потока в камерах, соотношения между компонентами скорости. Отмечена автомодельность потока по числам Рейнольдса. Рассмотрено применение метода полой закрученной струи для расчета скорости и давления. Указаны недостатки существующих аппроксимаций тангенциальной скорости в циклонно-вихревых устройствах.

Цель, задачи и методы исследований.

На основе анализа литературы по современным проблемам комплексного использования геотермальных ресурсов, исследованиям тепломассопереноса в геотермальных системах, геотермальных скважинах и циклонно-вихревых устройствах были сформулированы следующие задачи:

1. Построить физическую модель тепломассопереноса в высокотемпературной магматогенной геотермальной системе под кратером АВ. Рассчитать характеристики процессов пузырения и конвекции в раплаве по значению вязкости магм с составом, соответствующим породам вулкана Мутновский.

2. На основе анализа уравнений тепломассопереноса найти аналитическую связь между параметрами флюидопроводящей зоны под кратером АВ, давлением и температурой газового флюида. Определить диапазон вероятных значений давления флюида на входе во флюидопроводник и проницаемости ФПЗ. Выполнить моделирование равновесного химического состава магматического флюида при фильтрации в геотермальном резервуаре.

3. Схематизировать процесс фильтрации в призабойном пространстве добывающей скважины, дренирующей ФПЗ под кратером АВ. Построить и реализовать модель потока флюида в геотермальной скважине. Оценить потенциальную производительность геотермальной скважины, найти распределение давления и температуры в потоке, выполнить прогноз химического состава добываемого флюида.

4. По аппроксимации тангенциальной скорости в закрученном потоке циклонно-вихревых устройств аналитическим расчетом установить вид функции давления, аксиальной и радиальной компонент скорости и показать адекватность модели путем сопоставления с экспериментальными данными различных исследователей в широком диапазоне режимно-конструктивных параметров.

5. Построить и реализовать численным методом математическую модель поведения дисперсной жидкой фазы в закрученном потоке циклона для выявления особенностей, связанных с неоднородной структурой потока, деформа-

цией и тепломассообменом капли конденсата. Подтвердить адекватность модели движения капли сопоставлением с экспериментальными данными по измерению координат частиц в закрученном потоке.

6. Найти аппроксимационные формулы для предельного минимального размера и порогового размера дробления капель; предложить рекомендации по выбору рациональных режимно-коструктивных параметров конденсатора.

Глава 2. Исследование тепломассопереноса в магматогенной геотермальной системе вулкана Мутновский.

В соответствии с составом пород 4-ого конуса вулкана Мутновский в расчетах использовались значения динамической вязкости магматического расплава цт=102-103 Па-с. Методом Кармана для пограничного слоя потока, обтекающего плоскую пластину, оценены скорость движения расплава в магматической камере, толщина пограничного слоя, массовый расход в режиме свободной конвекции. Определены критические размеры резервуара, ограничивающие возникновение режима свободной конвекции.

Вычислены размеры одиночного газового пузыря и скорость его всплытия. В основной области значений скорости ядрообразования п=(105-102) яд/м3-с, площади поперечного сечения объема пузырения (20-75)-103 м2, массового расхода газа (100-400) кг/с рассчитанный размер пузырей гшах находится в пределах (1-5) мм, а высота их подъема Нь=(1-20) м.

Для вычислений по принятой модели фильтрации использованы следующие параметры геотермальной системы под кратером АВ: площадь кратера АВ (20-75)-103 м2, дебит порядка 200 кг/с, средняя температура 500°С и давление газа на выходе из ФПЗ- 0.1 МПа. Анализ химического состава вещества фума-рол выявил высокое газосодержание- 2-3 мольных процента, повышенную долю газов БОг, НС1, Ш7, и широкий спектр микрокомпонент (порядка 0.1-10, ррт): V, Сг, Си, Ъп, Сй, Щ XV, РЬ, Аи, и и др.

Совокупность указанных данных позволяет предположить, что наиболее вероятным тепловым источником системы является близповерхностный магматический очаг. С целью использования высокотемпературного геотермального теплоносителя под руководством Трухина Ю.П. в НИГТЦ ДВО РАН разработан геотехнологический проект бурения на склоне в. Мутновский экспериментальной скважины с таким расчетом, чтобы забойная часть дренировала участок внутри ФПЗ вблизи кровли магматической камеры.

Процесс фильтрации был схематизирован следующим образом: водяной пар в стационарном режиме нагнетается во флюидопроводящую зону (ФПЗ)

цилиндрической формы с постоянным сечением Sab под давлением Pi и температуре Т|=1000° С и далее фильтруется в одном направлении вдоль оси цилиндра до поверхности на дне кратера, где давление падает до Р2~0.1 МПа. Материал ФПЗ характеризуется проницаемостью к.

Для анализа процесса фильтрации применялась система уравнений пере-чоса в трещиновато-пористых средах:

'*.<-kl»y{gradP + pg) (1)

div(pw0) = 0 • (2)

ср (дТ / dt) + рсрйф (VT + fiVP - g / Ср ) - mpcP7]s (дР / dt) = ciiv(lVT) (3)

P=pRrT (4)

где P, p, T - давление, плотность и температура флюида, Rr- удельная газовая постоянная водяного пара, йф- вектор объемной скорости фильтрации, ц- вязкость водяного пара, Сп- теплоемкость пористой среды, заполненной флюидом, Ср- изобарная теплоемкость водяного пара, m- пористость среды, г)3- коэффициент адиабатического расширения, е- коэффициент дросселирования Джоуля-Томсона для водяного пара, Х- теплопроводность материала ФПЗ, t- временная переменная, g- ускорение свободного падения.

Проведен анализ соотношений между слагаемыми, входящими в уравнение (1)-(3). Показан малый вклад силы тяжести, эффектов дросселирования и адиабатического охлаждения, нестационарности, продольного кондуктивного потока.

Была рассмотрена задача теплообмена цилиндрической флюидопроводя-щей зоны с сухими горными породами в квазистационарном приближении. Коэффициент квазистационарной теплоотдачи n(t) имел тот же вид, что и при расчете теплообмена в геотермальных скважинах:

к(1)=1Лп[1+(та1/гАв)05] (5)

где а- коэффициент температуропроводности пород, слагающих вулканическую постройку, Гдв- радиус сечения ФПЗ, t - время, прошедшее с начала работы газодинамической системы.

Значения площади сечения ФПЗ варьировались в пределах Sab= (20-300)-103 м2, массовый расход флюида Qab менялся в пределах (100-400) кг/с, глубина залегания очага Н= 500-5000 м. Температура в начале пути фильтрации полагалась равной T(o,t)=1000°C. Вычислялась температура флюида на поверхности T(H,t) в зависимости от времени работы газодинамической системы t от 5 до 150 лет. Результаты расчетов показывают, что вероятное объяснение паде-

ния температуры флюида от 1000°С до 500°С заключается в том, что зона фильтрации дробится в верхней части на несколько мелких участков.

На основе системы уравнений (1)-(4) получена связь между удельным массовым потоком газа (Зав/Эля, глубиной залегания кровли очага Н, проницаемостью материала ФПЗ - к и перепадом давления:

Р,2-Р2а=г/Л7г-(ОА^8лв)-Н/к (6)

где Р1- давление газа на входе в ФПЗ, Р2 - давление на поверхности, /¿ЯгГ- усредненное по длине фильтрации произведение вязкости и температуры газа.

Величина проницаемости к менялась в пределах от 0.01 Дарси до 5 Дар-си, глубина залегания очага от 500 м до 3000 м, массовый расход Одв от 100 до 400 кг/с, площадь сечения зоны фильтрации от 20000 м2 до 75000 м2. Были найдены давления Рь необходимые, чтобы обеспечить заданный массовый расход. При к=1 Дарси, (2ав=200 кг/с и Бав-75000 м2 величина Р( оказалась такой: Н=500м-Р!=7.1 МПа, 1000м-10.04 МПа, 2000м-14.2 МПа, 3000м-17.4 МПа. Найденные значения давления Р| сравнивались с литостатическим, и, таким образом, был выделен вероятный диапазон проницаемости к = (0.1-1) Дарси и давления в очаге Р1 =(5.0-50.0) МПа.

Для параметров геотермальной системы под кратером Куджу-Ивоява по формуле (6) получена величина давления на входе во флюидопроводник, согласующаяся с данными комплексных исследований.

Методом физико-химического моделирования определен равновесный состав геотермального флюида при фильтрации в ФПЗ.

Глава 3. Исследование тепломассообмена в геотермальной скважине.

На основе найденных значений проницаемости ФПЗ и давления флюида произведена схематизация процесса фильтрации в призабойном пространстве добывающей скважины и определен ее дебит. Показано, что фильтрацию в призабойном пространстве можно считать изотермической и стационарной.

Падение давления в призабойном пространстве и дебит притока к забою скважины О связаны коэффициентом фильтрационного сопротивления Сг,:

(РФ2-Рз2)/Сг<3 (7)

где Рф - давление газового флюида внутри невозмущенной ФПЗ, Р3 - давление газа на забое. Для определения диапазона значений величины С[ процесс фильтрации был схематизирован тремя различными способами.

В первом варианте ФПЗ представлялась в виде цилиндра с постоянным поперечным сечением, ось забойного колЬдца совмещалась с осью ФПЗ. Во

втором варианте ФПЗ считалась плоскопараллельным пластом с квадратным сечением, забой располагался симметрично относительно торцов. В третьем варианте использовалась малость отношения С2/(2ав и предположение, что размеры депрессионной воронки значительно меньше размеров ФПЗ. Для решения сопряженной задачи скважина-ФПЗ было выбрано одно значение Сг из середины найденного диапазона, т.к. изменение значения внутри диапазона относительно мало сказывалось на величине дебита:

1.35 ' кд -(РФ2-Р32)= С>„(РэЛз.Ру), (8)

где кд - проницаемость материала ФПЗ, выраженная в Дарси, Тз - температура газа на забое скважины, Ру- давление на устье. При заданных РФ, Ру определялось значение Р3, удовлетворяющее обоим частям уравнения (8), где <3«, - дебит экспериментальной скважины, зависящий от разности давлений (Рз-Ру), температуры флюида Тз и конструкционных параметров, (Рф, Р3 в левой части (8) выражены в МПа).

По проекту скважина должна иметь наклонно-направленную траекторию с тремя участками труб определенного диаметра О», и длины Ь„: 1-ый- 0Ш=0.15 м, Ьш=846 м, 2-ой- Д,=0.21 м, и=850 м и 3-ий- Б„=0.29 м, Ь„=700 м. Для решения сопряженной задачи (8) дебит скважины достаточно было оценить в адиабатическом приближении с использованием системы одномерных уравнений переноса:

Щ<ИЛсЬ) + {\1 р)(с1Р1(к) + 8со51 = -Ш2 /2В„ (9)

СрТ+и2/2=сопз1 (10)

(11)

и уравнения состояния (4), где и, Р, Т - скорость, давление, температура потока, функции от линейной координаты г, отсчитываемой по оси скважины от забоя к устью, 1- угол между касательной к потоку и вертикалью, g- ускорение свободного падения, Б»- площадь внутреннего сечения труб скважины, ?.„- коэффициент гидравлического сопротивления.

Сопряженная задача (8) решалась при варьировании проницаемости к от 0.1 до 1.0 Дарси и давления Рф в невозмущенной ФПЗ от 4.0 до 20.0 МПа. При к=1.0 Дарси и Рф=10.0 МПа результаты были таковы: падение давления ДР=РФ-Р3=0.86 МПа, <3„ = 22.3 кг/с. Удельная мощность по производству электрической энергии на перегретом водяном паре с температурой 500-600° С и давлением 1.0 МПа составляет порядка (0.65-0.85) МВт/кг.

Математическая модель газового потока с учетом теплообмена с окружающими породами вулканической постройки основывалась на системе урав-

нений (9), (10), (11), (4). Уравнение (10) заменялось на уравнение: ср(с1Т/ск) + и (сШ / сЬ) = -2лЩ0АТ/ (?„ (12)

где Х- теплопроводность пород на данной глубине, к(0 - коэффициент нестационарного теплообмена (5), ДТ - разность между температурой потока Т и температурой пород Т„ на данной глубине, ЛТ(2)=Т(г)-Тп(г). Система уравнений переноса дополнялась выбором начальных и граничных условий, соответствующих режиму работы с постоянными температурой, давлением на забое и постоянным дебитом.

Коэффициент гидравлического сопротивления определялся по формуле Альтшуля:

^„=0.11(ДЯ5„+68/Ке)0'25, (13)

где Д- шероховатость внутренней поверхности труб, 11е- число Рейнольдса потока, Яе=р1ЛЭ„/ц, ц-динамическая вязкость водяного пара. Потери давления на границах участков при внезапном расширении канала находились по формуле Борда-Карно. Зависимость вязкости водяного пара от температуры аппроксимировалась формулой Саттерленда.

Система уравнений (4), (9), (11), (12) рассматривалась как система обыкновенных дифференциальных уравнений, в которой время I было параметром. По методу Эйлера вычислялись приращения давления и плотности ДР и Др при заданном шаге разбиений по координате - Аг, далее находились новые значения температуры Т и скорости и, вычисления велись от значения г=0 на забое до на устье. Число разбиений длины профиля скважины N. определяющее шаг Аг, было выбрано равным 3000, что обеспечило достаточную точность вычислений и скорость работы программы. Произведены оценки вклада продольного кондуктивного и конвективного теплопереноса и вклада силы тяжести.

Численным методом определены параметры газового потока (Р, Т, р, и(0) в точке с любой координатой в произвольный момент времени. Результаты моделирования показывают, что профиль давления Р(гд) слабо меняется со временем.

Изучалось влияние на скорость выхода на адиабатический режим течения трех факторов: дебита скважины, длины канала скважины и диаметра труб на участках. Выяснено, что указанные факторы могут значительно влиять на температуру добываемого флюида в первые годы эксплуатации скважины. Величина теплофизических характеристик пород из различных слоев вулканической

постройки, мощности слоев и градиента температуры в породах на динамику изменения устьевых температур влияет не существенно.

На основе найденного распределения давления и температуры в геотермальной скважине выполнено численное моделирование термодинамически равновесного химического состава добываемого флюида. При Рз=10.0 МПа, Тз=600° С, Qw= 24.1 кг/с газосодержание парогазовой смеси составляет 2.3 мольного процента, а состав газов такой (мольные проценты): СОг 36.7, S02- 31.4, H2S- 14.2, HCl- 12.5, HF-3.6, H2- 1.3.

Для подтверждения достоверности предложенного метода прогноза химического состава произведено сравнение данных испытания геотермальных скважин 4Э, 016, 26 Мутновского месторождения с результатами моделирования состава газовой и водной фаз гидротермального теплоносителя. Применение подобного метода позволяет в производственных условиях ГеоТЭС сократить количество заборов проб на химический анализ при гидрогазохимическом опробывании скважин и выбрать подходящий вариант обработки сепарата перед обратной закачкой.

4. Исследование тепломассопереноса в циклоино-вихревых устройствах.

При известном распределении тангенциальной скорости V, на основе модели полой закрученной турбулентной струи и системы уравнений Вулиса-Устименко были получены теоретические зависимости давления Р, радиальной Vr и аксиальной V2 компонент скорости закрученного потока в циклонно-вихревых устройствах. В качестве распределений Уф рассмотрены следующие варианты: распределение Вулиса-Устименко, Штыма-Михайлова, Деветерико-вой М.И. и экспоненциальное распределение, предложенное Латкиным A.C.:

M7) = foe,-')w, (14)

m- формпараметр, Vr (rj) - безразмерная функция тангенциальной скорости, Vr -Уф/Vmax, Vmax- максимальная тангенциальная скорость в данном сечении аппарата, г|- безразмерная радиальная координата в циклонной камере, г)=г/г[шх, г-расстояние до оси, гтах-координата, на которой достигается максимум Vv=Vmax.

В случае распределения (14) аналитическим расчетом получены результаты:

(V) = _2а2)m(z/^)((1 + т — mtf)3 -Ътф + т-тф-тг]), (15)

Уг{т])= 2a2{rjex'nY •((! + m-mT}f-mt]) (16)

AP{rj)= 2-(el2mfm •(г2„|,(2т)-Г(2и.1)(2т)) (17)

где V2 yVr- безразмерные функции компонент скорости, Vz =Vz/VraaXi y^V/Vma*, tiP- безразмерная функция давления, Д75=2(Р-0.1 МПа)/рУ^х, Гу(р)- неполная

гамма-функция, z- безразмерная аксиальная координата, z=z/rmax, а2- параметр турбулентности.

Распределение Штыма-Михайлова не дает границы ядра потока при значениях ш меньше 1. Произведено сравнение на точность соответствия экспериментальным данным распределения Штыма-Михайлова и распределения (14). Выяснено, что распределение (14) имеет преимущество при аппроксимации результатов измерения скорости и давления в аппаратах со взаимодействующими закрученными потоками ВЗП в широком диапазоне режимно-конструктивных параметров (диаметра, внутреннего пережима, соотношения расходов воздуха в подводящих каналах, критерия Россби).

В качестве контрольных использовались результаты независимых измерений, полученные Вулисом В.А., Устименко Б.П., Балфанбаевым Э., Деветери-ковой М.И., Ляховским Д.Н., Штымом А.Н., Латкиным A.C.. Поле скоростей и давления в закрученном потоке для моделирования движения дисперсной жидкой фазы определялось далее по найденным из (14) зависимостям (15)-(17).

Поведение дисперсной жидкой фазы в циклоне рассматривалось на основе решения задачи движения и массообмена одиночной капли. Применялась система уравнений движения (с переходом в цилиндрические координаты), которая традиционно используется для задач такого типа: du г ЩУ-й) _

"Г = Срг L-1—--g (1В)

at 2

где S,V -соответственно вектор скорости капли и потока, w- вектор относительной скорости капли, /»/ = /К-м /,' рг,рк- плотности пара и жидкости в капле, miA- масса, диаметр капли, С- коэффициент сопротивления капли в потоке, зависящий от числа Рейнольдса Re с учетом деформации капли, Re=pr-w dK/(j., g - вектор ускорения свободного падения.

Рост или испарение капли задавались известной из статистической физики формуле Максвелла, дополненной с учетом значительных относительных скоростей w множителем, содержащим числа Шервуда Sh. Массовый удельный поток j через поверхность капли при абсорбции вычислялся через разность концентраций соединения в паре с2 и жидкости ct:

j=K(mpC2-c,), (19)

где к- общий коэффициент массопередачи, шр- отношение равновесных концентраций на границе раздела фаз.

В составленной программе DROP использовался численный метод Рунге-Кутта первого порядка точности, с помощью которого решались уравнения движения и массообмена. При работе программы вводятся начальные скорости, координаты капли, концентрация и коэффициенты диффузии, степень пересыщения среды, параметры газового потока и циклонного аппарата. Выполнена оценка вклада сил, не включенных в систему (18): реактивной силы, сил, возникающих из-за градиента давления и температуры в потоке, вращения капли, инерции вытесненного объема газов, эффектов нестационарности.

С помощью программы DROP исследовались движение капли, изменение ее размеров и химического состава. Всего было выполнено более 400 запусков программы с различными начальными условиями и параметрами. Диаметр циклона D„ менялся в пределах (0.2-1.5) м, уровень скоростей потока- Vmax= (40100) м/с, температура переохлаждения потока- ДТ=(1-5) °С, начальные размеры капли- ¿,=(1-1000) мкм.

С использованием графических процедур программы DROP было выявлено влияние неоднородной структуры потока на движение капель. Установлена зависимость времени пребывания капли в аппарате от размера, вычислены радиусы стационарных орбит вращения. Построены графики проекций скорости движения капель и спиральных траекторий движения.

Деформация капель становится значительной в аппаратах с большими размерами D„>1.0 м. Результаты исследования деформации и дробления капель в циклонных аппаратах выражаются формулой, аппроксимирующей пороговый размер дробления dc со средней точностью 8.5 %:

dc=dco-(D„/Do)-(V(/Vщах)1'5 (20)

где Du- диаметр циклона, Vm«- максимальная скорость потока в данном аппарате, dco=225 мкм, Do=1.0 м, Vo=70 м/с.'

Были оценены пределы, в которых меняются размеры капли при теплообмене. При исследовании пределов изменения размеров d„ вводились значения температуры переохлаждения потока в диапазоне ДТ=(1-5) °С, размеры аппарата менялись от D„=0.2 м до Da=1.5 м, начальные размеры капель- от 0.1 мкм до 300 мкм. Мелкие капли с d„<l мкм быстро вырастают за время движения в камере до предельной величины, крупные капли относительно слабо меняют свои размеры и параметры движения.

Расчеты по вычислению концентрации абсорбированых химических соединений в жидкой капле были выполнены с учетом лимитирующего влияния сопротивления массопередаче в жидкой фазе. Нестационарный коэффициент массообмена в случае развития внутрикапельной циркуляции зависит от уровня скорости в потоке и капле, отношения вязкостей дисперсной и сплошной фаз, размера капли и длительности массообмена. Для определения коэффициента массообмена использовались известные численные и аналитические решения из химической гидродинамики. В каплях с размером (1-3)'с1т1п следует ожидать относительно высокие концентрации абсорбированных веществ.

При вычислении предельного минимального размера (1т|„ входные параметры менялись в таком диапазоне: Утах=(40-100) м/с, Вц=(0.2-1.5) м, плотность дисперсной фазы рк={1-5)103 кг/м3, температура потока от 100°С до 600°С и вязкость водяного пара Цг(Т)=(1.2-3.3)'10'5 Пас. Найденные значения ёщш можно аппроксимировать с точностью 7-8% зависимостью:

ат|п^(ВцЮ0)|/2(УтахЛ/0)-1/2(р|(/р„)-|/2(ц,/^)'/4 (21)

где 4=22 мкм, Б0= 1.0 м, Уо=70 м/с, р=1103 кг/м3, Цо=1.19'10"3Па с. При скорости потока Утях=70м/с, температуре потока 100 °С, плотности р,= 103 кг/м3 предельный минимальный размер ¿„¡„ менялся с увеличением Д, так: Бц = 0.2 м-¿шш^-О мкм, Бц= 0.5 м- 15.0 мкм, Оц = 0.7 м-17.5 мкм, Бц = 1.0 м- 22.0 мкм, Бц = 1.2 м- 23.5 мкм, Оц = 1.5 м- 27.0 мкм.

С учетом формул для размеров с^ и с)т1„ даны следущие рекомендации по выбору рациональных режимно-конструктивных параметров циклонного аппарата:

1. Если фиксирован спектр размеров капель, который характеризуется средним размером 5, то:

а). 5 может быть в найденном диапазоне предельных минимальных размеров 7 мкм < с!тщ 2 34 мкм, и тогда по уравнению (21) находится оптимальный диаметр Оп с <Зт!п=5;

б). с1 находится в диапазоне найденных пороговых размеров дробления 40 мкм < сЗс <, 680 мкм, и тогда по уравнению (20) находится Б,,0 с с!с= с!; оптимальными будут диаметры циклонов с Оц>Вц°, так как произведение с^^ф^Бц2 увеличивается с ростом Б„

2. В аппаратах с большими диаметрами концентрация абсорбированных химических соединений с,™ выше при общем падении уровня относительной скорости V/ и росте времени сепарации капель Ту/. Кроме того, при большем диаметре при равных скоростях выше расход через сечение аппарата. При фиксирован-

ном диаметре Бц выгодно увеличивать скорость потока У,^: концентрация Сап/у/) в каплях уменьшается, так как уменьшается Ту/, но абсолютный выход растет с увеличением произведения с^Утю.

Заключение.

В диссертационной работе разработаны подходы к решению важной научно-технической проблемы исследования и комплексной эксплуатации геотермальных систем. Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Анализ современных проблем показал перспективность использования глубинных ресурсов магматических систем. Установлено, что технологические показатели могут быть повышены за счет комплексности использования и выбора рациональных параметров геотермальных скважин и циклонно-вихревых аппаратов на основе моделирования тепломассопереноса.

2. Рассчитаны параметры процессов свободной конвекции и пузырения в магматическом расплаве андезито-базальтового состава и построена физическая модель тепломассопереноса в геотермальной системе, имеющей магматическую камеру и флюидопроводник повышенной проницаемости.

3. Установлена связь между удельным массовым расходом, температурой, давлением флюида на входе в ФПЗ и параметрами флюидопроводника. С помощью этой связи найден диапазон значений проницаемости материала ФПЗ-(0.1-1.0) Дарси и давления флюида- (5.0-50.0) МПа, что было использовано для оценки скорости извлечения высокотемпературного теплоносителя.

4. Сделана оценка скорости извлечения энергии и минеральных соединений из высокотемпературной геотермальной системы. Выполнен прогноз химического состава добываемого флюида методом, опробованным на результатах испытаний скважин 4Э, 16, 026 Мутновского гидротермального месторождения.

5. Аналитическим расчетом на основе системы уравнений Вулиса-Устименко установлен вид функций распределения давления, аксиальной и радиальной компонент скорости в закрученном потоке циклона. Произведено сопоставление теоретических кривых тангенциальной скорости и давления по модели Штыма-Михайлова и экспоненциальной модели с. экспериментальными данными. Показано преимущество экспоненциальной модели в широком диапазоне режимно-конструктивных параметров циклонно-вихревых устройств.

6. Построена и реализована на ПЭВМ математическая модель движения и массообмена дисперсной жидкой фазы в.закрученном потоке циклона. Вычис-

лены скорость движения, время сепарации, концентрация абсорбированных веществ в зависимости от размера капель. Выявлены физические особенности поведения капель, связанные с неоднородной структурой закрученного потока, деформацией, дроблением, изменением размеров в пересыщенной среде.

7. Получены формулы, аппроксимирующие предельный минимальный размер dm;,,, пороговый размер дробления de капель и пределы изменения относительной концентрации абсорбированных веществ в капле C0TH(dk). На основе этих характеристик предложена схема выбора рациональных режимно-конструктивных параметров циклонного конденсатора.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Потапов В.В. Оценка характеристик высокотемпературных геотермальных теплоносителей в ходе их добычи и транспортировки. // Тепломассообмен гетерогенных сред, Труды ПКВМУ, Петропавловск-Камчатский, 1996, вып. 1, с. 6170.

2. Потапов В.В. Физико-химические свойства силикатных расплавов и получения сырья из магматогенной системы. // Физико-химические процессы в гетерогенных средах, Труды ПКВМУ, Петропавловск-Камчатский, 1997, вып. 2, 1997, с.27-45.

3. Потапов В.В. Модель технологической скважины и перспективы добычи магматического флюида. // Динамика гетерогенных сред в геотехнологическом производстве, Труды КГАРФ, вып. 3, Петропавловск-Камчатский, 1998, с.45-59.

4. Потапов В.В. Типы массопереноса в геотермальных системах и перераспределение вещества при метасоматозе. // Там же, с. 59-69.

5. Кашпура В.Н., Потапов В.В., Латкин A.C. К проблеме эксплуатации ресурсов геотермальных систем. // Материалы региональной научно-практической конференции "Геология и полезные ископаемые Камчатской области и Корякского автономного округа" 31марта-1 апреля, посвященной 50-летию геологической службы Камчатки. Петропавловск-Камчатский, изд-во КАМШАТ.1999, с.125-126.

6. Потапов В.В., Кашпура В.Н., Алексеев В.И. Исследование процесса выделения аморфного кремнезема из водного раствора геотермального флюида. // Тезисы доклада на международной научной конференции "Жидкофазные системы и нелинейные процессы в химии и химической технологии". Иваново, 13-15 сентября, 1999, изд-во Института химии растворов, с. 77-78.

7. Кашпура В.Н., Потапов В.В. Поиск мер контроля за выделением твердых

отложений кремнезема из геотермального теплоносителя. // Инженерно-физические исследования на Камчатке, Труды КГ АРФ, вып. 9, Петропавловск-Камчатский, 1999, с. 23-35.

8. Латкин A.C., Потапов В.В. Расчет структуры потока в вихревых камерах. // Там же, с. 35-45.

9. Кутепов A.M., Латкин A.C., Потапов В.В. Движение и массообмен капли жидкости в закрученном потоке геотермальной среды. // Теоретические основы химической технологии, 2000, т. 34, № 2, с. 152-159. .

ВВЕДЕНИЕ 4-

Глава I. Современное состояние проблемы изучения и комплексного использования геотермальных ресурсов.

1.1. Технологические методы извлечения минеральных соединений из 11-19 геотермальных теплоносителей.

1.2 Анализ проблемы исследования и эксплуатации глубинных геотермальных ресурсов. 20

1.3. Существующие способы количественного описания тепломассопе-реноса в геотермальных системах. 25

1.4. Результаты исследований тепломассопереноса в геотермальных скважинах и циклонных аппаратах. 31

Цель, задачи и методы исследования. 39

Глава II. Исследование тепломассопереноса в геотермальной системе вулкана Мутновский.

2.1. Расчет параметров свободного потока. 41

2.2. Дегазация и пузырение в геотермальной системе. 48

2.3. Построение модели фильтрации газового флюида в геотермальной системе. 55

2.4. Определение фильтрационных характеристик флюидопроводящей зоны. 61

Выводы. 70

Глава III. Исследование тепломассообмена в геотермальной скважине. 3.1. Исследование особенностей фильтрации в призабойном пространстве скважины.

72 72

3.2. Оценка потенциальной производительности геотермальной скважины. 80

3.3. Математическая модель нестационарного потока флюида в геотермальной скважине. 85

3.4. Прогноз химического состава геотермального флюида в скважине и теплотехническом оборудовании. 95

Выводы. 101

Глава IV. Исследование тепломассопереноса в циклонно-вихревых устройствах.

4.1. Исследование структуры закрученного потока. 103

4.2. Разработка математической модели поведения дисперсной жидкой фазы в циклонно-вихревых устройствах. 128

4.3. Выявление физических особенностей движения одиночной жидкой капли в закрученном потоке. 139

4.4. Выявление особенностей тепломассообмена капли в закрученном потоке. 157

4.5. Рекомендации по выбору рациональных параметров циклонного конденсатора. 176

Выводы. 181

Актуальность работы. Актуальность работы заключается в необходимости поиска альтернативных источников энергии и минерального сырья из-за ограниченности запасов традиционных источников. Геотермальные ресурсы имеют несколько составляющих: их можно рассматривать одновременно как источник электрической и тепловой энергии и как источник минеральных соединений.

Комплексное использование геотермальных ресурсов увеличит рентабельность уже действующих теплоэнергетических линий и привлечет к эксплуатации новые геотермальные месторождения. Извлечение химических соединений необходимо также для очистки пара перед подачей на турбину для уменьшения заноса проточной части, для борьбы с коррозией и образованием твердых отложений на поверхности теплотехнического оборудования. Примеры использования только "энергетической" составляющей преобладают в современной практике над примерами комплексного использования геотермальных ресурсов. Недостаточное развитие технологии, промышленных испытаний аппаратов и теоретического исследования процессов извлечения химических соединений сдерживает развитие самой геотермальной энергетики.

Перспективным для решения этой задачи представляется применение ци-клонно-вихревых устройств, способных отделять концентрированный конденсат от парогазового потока. Моделирование тепломассопереноса в циклонном аппарате и геотермальной скважине позволит выбирать параметры рациональной эксплуатации.

Исследование и эксплуатация геотермальных систем- сложная, многоплановая научно-техническая проблема. Ее решение требует применения комплекса методов: геологических, геохимических, геофизических, теплофизических и т.д. С помощью математического моделирования тепломассопереноса в геотермальной системе можно установить диапазон значений давления флюида, проницаемости пород и выбрать на этой основе рациональную схему эксплуатации в условиях, когда применение других методов исследования затратно или невозможно.

Кроме того, термодинамические параметры и химический состав геотермального флюида имеют особенности на каждом месторождении, в разных скважинах одного месторождения и в одной и той же скважине в разные моменты времени. В настоящее время отсутствуют развитые универсальные методы прогноза давления, температуры и химического состава геотермального флюида при всех возможных условиях эксплуатации геотермальной системы.

Исследования выполнялись в рамках темы по плану научно-исследовательской работы НИГТЦ ДВО РАН, соответствующему постановлениям Президиума ДВО РАН:

Геотермальные энергосберегающие геотехнологии: разработка теоретических основ и геотехнологии использования ультракислых рудоносных геотермальных растворов высокотемпературных (Т>400°С) магматогенных геотермальных систем в геоэнергетике и гидрометаллургии" (5.1.17, 5.1.6, 2.1.4, № гос. регистрации 01.99.00 10609).

Цель работы. Разработка методики расчета термодинамических параметров и химического состава геотермального теплоносителя на пути от флюидопрово-дящей зоны до теплотехнического оборудования для выработки рациональных приемов комплексного использования.

Идея работы состоит в том, что для совершенствования технологии комплексной эксплуатации геотермальных ресурсов нужна модель, адекватно отражающая физико-химические процессы как в природной системе, так и в скважине и теплотехническом оборудовании.

Методы исследований. Цель, поставленная в работе, достигнута с использованием следующих методов исследований: сбор по каналам связи Internet и анализ информации по современным проблемам в области изучения и комплексного использования геотермальных ресурсов; аналитические расчеты в задаче фильтрации и при исследовании структуры закрученного потока; численное моделирование на персональном компьютере струйного движения газа в канале добывающей скважины и движения одиночной капли в закрученном потоке циклонного аппарата; физико-химическое моделирование равновесного состава геотермального флюида; обработка результатов испытаний геотермальных скважин Мутновского месторождения.

Основные научные положения, выносимые на защиту;

1. Методика расчета давления, аксиальной и радиальной компонент скорости закрученного потока циклонно-вихревых устройств, основанная на аппроксимации профиля тангенциальной скорости распределением экспоненциального типа и использовании модели полой закрученной турбулентной струи.

2. Основные полученные аналитические зависимости: 1. Связь между давлением, расходом газового флюида, проницаемостью материала флюидопроводящей зоны и глубиной залегания кровли магматической камеры в геотермальной системе вулкана Мутновский; 2. Формулы распределения аксиальной и радиальной компонент скорости и давления закрученного потока; 3. Аналитический вид формул для предельного минимального размера 4ип и порогового размера дробления 4 капель в циклонно-вихревых устройствах.

3. Установленные особенности движения и массообмена капли в закрученном потоке, которые позволяют выбирать рациональные параметры циклонно-вихревых устройств при извлечении химических соединений (Н2804, НС1, НБ): а), изменение концентрации веществ в капле конденсата в большей степени зависит от времени движения в аппарате, чем от скорости обтекания газовым потоком; б), диапазон размеров капель, в которых следует ожидать значительные относительные концентрации поглощенных при движении в камере веществ, находится в пределах 4 = (1-3)-с1га1п.

4. Метод прогноза химического состава, использованный для оценки величины газосодержания, концентраций основных газов и затрат на обработку при добыче и транспорте геотермального флюида в производственной деятельности ОАО "Камчатскэнерго" (ОЭС ДВ Востокэнерго, РАО ЕЭС России).

Достоверность научных положений, вытекающих из них выводов и рекомендаций обеспечивается:

- исходными посылами работы, основой которых являются физические законы фильтрации, термодинамики, тепломассообмена, гидродинамики и механики;

- сопоставимостью с данными комплексных исследований флюидопроводя-щей зоны под кратером Куджу-Ивоява (о.Куюши, Япония);

- сопоставимостью результатов экспериментальных зондовых измерений скорости и давления в закрученном газовом потоке циклонно-вихревых устройств с предлагаемыми теоретическими аппроксимациями этих характеристик;

- соответствием результатов численного моделирования параметров движения дисперсной фазы (координат и скоростей) экспериментальным данным по движению крупных угольных частиц, полученным методом фотостробоскопии;

-сопоставимостью результатов моделирования химического состава двухфазного пароводяного теплоносителя с результатами испытания геотермальных скважин 4Э, 016, 26 Мутновского месторождения.

Научная новизна:

- построена физическая модель тепломассопереноса в высокотемпературной магматогенной геотермальной системе с учетом конвекции и пузырения в расплаве, фильтрации газа и теплообмена; получена связь между параметрами флюидо-проводящей зоны (ФПЗ) и газового флюида; оценены проницаемость материала ФПЗ и давление газа на входе во флюидопроводник;

- на основе оценки потенциальной производительности скважины получила разработку проблема извлечения геотермальной энергии;

- развит метод прогноза химического состава геотермального теплоносителя в двухфазной области;

- исследованы и сопоставлены модели структуры закрученного потока в циклонно-вихревых устройствах в широком диапазоне режимно-конструктивных параметров и выявлены их преимущества; установлен правильный аналитический вид функций распределения давления, аксиальной и радиальной компонент скорости в закрученном потоке;

- выполнена алгоритмическая и программная реализация модели движения и массообмена дисперсной жидкой фазы в циклоне, учитывающей следующие особенности: а) неоднородная структура потока; б) деформация и дробление капель; в) изменение размера капель в пересыщенной среде;

- получены аналитические формулы для предельного минимального размера с1,шп и порогового размера дробления ёс капель в закрученном потоке циклонного конденсатора.

Практическая ценность:

- результаты расчетов по массопереносу в высокотемпературной магматоген-ной геотермальной системе под кратером Активная Воронка (АВ) в. Мутновский позволяют оценивать давление и проницаемость в подобных системах, имеющих флюидопроводящую зону и камеру с дегазирующим расплавом;

- результаты моделирования тепломассопереноса в геотермальной скважине и в ФПЗ применимы при решении проблемы извлечения тепловой энергии и минеральных соединений из высокотемпературных геотермальных систем;

- метод прогноза величины газосодержания, концентраций газов и химического состава водной фазы гидротермального теплоносителя применим в производственных условиях ГеоТЭС;

- результаты исследования структуры закрученного потока могут быть использованы при проектировании циклонно-вихревых аппаратов;

- на основе аналитических аппроксимаций предельного минимального размера ёт;п и порогового размера дробления ёс даны рекомендации по выбору рациональных параметров циклонного конденсатора, включенного в схему комплексной эксплуатации геотермального флюида.

Реализация работы. Результаты моделирования химического состава многокомпонентного геотермального флюида использованы организацией ОАО "Камчатскэнерго"( ОЭС ДВ Востокэнерго, РАО ЕЭС России) для прогноза газосодержания при разделении двухфазного теплоносителя в сепараторе и определения эффективных мер по обработке сепарата (подкисление, подщелачивание) для снижения риска появления твердых отложений в скважинах обратной закачки Верхне-Мутновской ГеоЭС.

Личный вклад соискателя заключается в следующем:

- построена качественная модель тепломассопереноса в геотермальной системе под кратером АВ; рассчитаны параметры процессов свободной конвекции и пузырения в расплаве;

- получена связь между давлением флюида в ФПЗ, глубиной залегания очага, проницаемостью материала ФПЗ и удельным массовым расходом флюида, на основе чего выявлен диапазон вероятных значений давления и проницаемости;

- проведена схематизация фильтрации флюида в призабойном пространстве скважины, дренирующей флюидопроводящую зону магматогенной системы, определены значения коэффициента фильтрационного сопротивления и оценена производительность скважины; реализована на ПЭВМ модель нестационарного потока флюида в геотермальной скважине и выявлены факторы, влияющие на температуру добываемого флюида;

- обработаны результаты гидрогазохимического опробывания геотермальных скважин 016, 26, 4Э Мутновского месторождения;

- на основе профиля тангенциальной скорости и модели полой турбулентной струи аналитическим расчетом установлен вид распределения давления, аксиальной и радиальной компонент скорости в закрученном потоке; проведено сопоставление теоретических профилей тангенциальной скорости и давления на точность соответствия экспериментальным данным;

- построена и реализована на ПЭВМ модель движения и тепломассообмена одиночной жидкой капли в закрученном потоке циклона; установлены особенности поведения капли в неоднородном закрученном потоке и вид формул, аппроксимирующих предельный минимальный размер и пороговый размер дробления;

10 даны рекомендации по выбору рациональных режимно-конструктивных параметров циклонного конденсатора.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научной конференции Института Вулканической Геологии и Геохимии ДВО РАН в марте 1999 г., на научно-практической конференции "Геология и полезные ископаемые" в апреле 1999г. (г. Петропавловск-Камчатский), на расширенном заседании отдела геотермии и геохимии Института Вулканологии ДВО РАН (25.11.99), на Ученом Совете Научно-исследовательского Геотехнологического Центра (НИГТЦ) ДВО РАН (22.12.97, 21.12.99), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Камчатского Государственного Технического Университета в 1996, 1997, 1998, 1999 гг. (Кафедра Физики и Кафедра Экологии и Природопользования).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано шесть статей и 2 тезисов докладов.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы около 200 страниц, с 27 рисунками и библиографией из 140 наименований.

Выводы.

Численным моделированием установлены распределения скорости и давления, адекватно описывающие структуру закрученного потока, а также развит подход к математическому моделированию поведения дисперсной фазы в технологическом аппарате. Результаты моделирования применимы для выбора рациональных параметров циклонных конденсаторов при комплексном использовании геотермального флюида.

1. На основе системы уравнений Вулиса-Устименко получены в аналитическом виде функция давления ДР(г|) в циклонной камере, а также распределения аксиальной У2(г|) и радиальной скорости Уг(г|). Распределения аксиальной и радиальной скорости качественно воспроизводят особенности неоднородной структуры закрученного потока в цилиндрической камере с пережимом: обратный осевой ток, отток газа от оси на периферию, формирование зон циркуляции.

2. При сопоставлении модельных кривых с результатами измерения тангенциальной скорости и давления, полученными различными исследователями в широком диапазоне режимно-конструктивных параметров циклонно-вихревых устройств, установлено, что экспоненциальное распределение имеет преимущество в ; сравнении с распределением Штыма-Михайлова.

3. Применение методов Рунге-Кутта высоких порядков для построения численной схемы нуждается в коррекции с учетом градиентов поля скоростей потока в циклоне. Основными силами, определяющими движение капли в закрученном потоке, являются сила инерции, сила сопротивления и сила тяжести.

4. Сопоставление результатов вычислений по программе DROP с результатами моделирования движения крупных угольных частиц, частиц шихты и экспериментальными замерами координат частиц в циклоне других исследователей показывает адекватность принятой математической модели движения дисперсной фа: зы в закрученном потоке.

5. При плотности жидкости, равной плотности воды, время пребывания капли в камере последовательно уменьшается при увеличении размера dk, не обнаруживая максимума как у твердых плотных частиц. Уровень тангенциальной скорости иф капель последовательно уменьшается с увеличением размера, радиальная ur и относительная w скорости при этом растут.

6. Выбор вида распределения аксиальной скорости в закрученном потоке (знакопеременный или среднерасходный постоянный) существенно влияет на время пребывания и высоту сепарации капель всех размеров, начавших движение в приосевой зоне, и капель с размерами меньше предельного минимального dmin в • зоне потенциального вращения. Радиусы стационарных орбит вращения существенно зависят от вида радиальной скорости потока. 7. Учет влияния деформации на коэффициент сопротивления капли C(Re) приводит к некоторому снижению относительной скорости W и увеличению времени сепарации xw. Из-за высокого уровня скорости W в закрученном потоке превышение критического числа ReKp происходит лишь в аппаратах с большими размерами (Du >1.0 м) при малой скорости потока Vmax«40 м/с. Пороговые размеры

183 дробления dc при учете влияния деформации капли на коэффициент сопротивления меняются мало.

8. Моделирование теплообмена капли с пересыщенной средой в камере циклона показывает, что зародыши с размером dk<l мкм быстро вырастают до пре дельной величины, а крупные капли относительно слабо меняют свои размеры и параметры движения. Максимальные размеры, до которых вырастают мелкие капли, как правило, меньше предельного минимального dmin, так что предпочтителен ввод жидкой фазы с потоком в циклон.

9. Массообмен дисперсной жидкой фазы с закрученным потоком лимитируется сопротивлением массопередаче в капле и развитием внутрикапельной циркуляции. Относительная концентрация в капле Сотн в большей степени зависит от длительности массообмена, чем от скорости обтекания W и имеет более высокие значения в аппаратах с большим диаметром D„. Высокие значения относительной концентрации следует ожидать в каплях с размером (1-3) dmin.

10. Выбор рациональных режимно-конструктивных параметров основывается на результатах вычислений по программе DROP и аппроксимационным формулам предельного минимального размера dmin, критического порогового размера дробления dc и значений относительной концентрации Сотн в капле.

Заключение.

В диссертационной работе разработаны подходы к решению важной научно-технической проблемы исследования и комплексного использования ресурсов геотермальных систем. Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Анализ современных проблем показал перспективность использования глубинных ресурсов магматических систем. Установлено, что технологические показатели могут быть повышены за счет комплексности использования и выбора

5 рациональных параметров геотермальных скважин и циклонно-вихревых аппаратов на основе моделирования тепломассопереноса.

2. Рассчитаны параметры процессов свободной конвекции и пузырения в магматическом расплаве андезито-базальтового состава и построена физическая модель тепломассопереноса в геотермальной системе, имеющей магматическую камеру и флюидопроводник повышенной проницаемости.

3. Установлена связь между удельным массовым расходом, температурой, давлением флюида на входе в ФПЗ и параметрами флюидопроводника. С помощью этой связи найден диапазон значений проницаемости материала ФПЗ (0.1-1.0 <Дарси) и давления флюида (5.0-50.0 МПа), что было использовано для оценки скорости извлечения высокотемпературного теплоносителя.

4. Сделана оценка скорости извлечения энергии и минеральных соединений из высокотемпературной геотермальной системы. Выполнен прогноз химического состава добываемого флюида методом, опробованным на результатах испытаний скважин 4Э, 016, 26 Мутновского гидротермального месторождения.

5. Аналитическим расчетом на основе системы уравнений Вулиса-Устименко установлен вид функций распределения давления, аксиальной и радиальной компонент скорости в закрученном потоке циклона. Произведено сопоставление теоретических кривых тангенциальной скорости и давления по модели Штыма-.Михайлова и экспоненциальной модели с экспериментальными данными. Показа

185 но преимущество экспоненциальной модели в широком диапазоне режимно-конструктивных параметров циклонно-вихревых устройств.

6. Построена и реализована на ПЭВМ математическая модель движения и массообмена дисперсной жидкой фазы в закрученном потоке циклона. Вычислены скорости движения, время сепарации, концентрация абсорбированных веществ в зависимости от размера капель. Выявлены физические особенности поведения капель, связанные с неоднородной структурой закрученного потока, деформацией, дроблением, изменением размеров в пересыщенной среде.

7. Получены формулы, аппроксимирующие предельный минимальный размер dmin, пороговый размер дробления dc и пределы изменения относительной концентрации в капле C0TH(dk). На основе этих характеристик предложена схема выбора рациональных режимно-конструктивных параметров циклонного конденсатора.

1. Дядькин Ю.Д., Парийский Ю.М. Извлечение и использование тепла Земли. Л.: изд-во ЛГИ, 1977, 114 с.

2. Bowen R. Geothermal resources. Applied science publishers, England, Ripple Road, Barking, Essex, 243 p.

3. Реферативный журнал "Рудные месторождения". 1998, № 2, с. 23-26.

4. McKibben М.А., Elders W.A. Fe Zn - Си - Pb - mineralization in the Salton Sea geothermal system, Imperial Vally, California. Econ. geology and Bull. Soc. Econ. Geologists, 1985, v. 80, No 3, p. 539-558.

5. White D.E., Anderson E.T., Grubs D.K. Geothermal brine well-Mile deep drill hole may tap ore-bearing magmatic water and rocks undergoing metamorfism. Science, 1963, v. 139, No 3558, p. 919-922.

6. Латкин A.C. Применение вихревых процессов для извлечения ценных компонентов из высокотемпературных геотермальных теплоносителей. Вулканология и сейсмология, 1994, № 4, с. 178-190.

7. Harper R.T., Thain I.A., Johnston J.H. An integrated approach to realise greater value from high temperature geothermal resources: a New Zealand example. Proceedings of the World Geothermal Congress, 1995, Florence, Italy, pp.2853-2858.

8. Maimoni A. Minerals recovery from Solton Sea geothermal brines: a literature review and proposed cementation process. Geothermics, 1982, vol.11, No.4, pp.239' 258.

9. Kenichi Toma. Why deep-seated geothermal energy now? Extended abstracts , of workshop on deep-seated and magma ambient geothermal systems 1994, March 8-10,1994, at Tsukuba, Japan, pp. 1-2.

10. Ide T. Scope of Developmant of techniques for drilling and production of deep-seated geothermal energy. Там же, с. 7-12.

11. Giovanni Gianelli. Nature of deep seated geothermal resources in Italy. Там же, p. 27-36.

12. Wilfred A. Elders. The probable heat sources of the high-temperature ; geothermal systems of Alta and Baja California. Там же, p. 111-120.

13. Sachito Ehara. Thermal structure beneath Kuju volcano and heat extraction from Kuju-Iwoyawa solfatara field. Там же, p. 227-235.

14. Hirofumi Muraoka. A scenario of research and development of magma-ambient geothermal systems. Там же, p. 227-235.

15. Дядькин Ю.Д., Гендлер С.Г., Смирнова Н.Н. Геотермальная теплофизика. Санкт-Петербург: Наука, 1993, 256 с.

16. Кирюхин А.В., Сугробов В.М. Модели теплопереноса в гидротермальных системах Камчатки. М.: Наука, 1987, 152 с.

17. Балеста С.Т. Земная кора и магматические очаги областей современного вулканизма. М.: Наука, 1981, 134 с.

18. Голубев B.C., Шарапов В.Н. Динамика эндогенного рудообразования. М.: Наука, 1974, 280 с.

19. Грейтон А.К. Предположения о вулканическом тепле. М.: Изд-во иностр. лит., 1949, 166 с.

20. Verhoogen G. Mechanics of ash formation. Am. J. Sci., vol. 249, No 10, 1951, p. 729-739.

21. Shumasu J.J. Physical theory of generation, upward transfer, differentiation and explosion of magmas. J. Earth. Sci. Nagoya Univ., vol. 9, No 2, 1961, p. 185-223.

22. Дядькин Ю.Д., Гендлер С.Г., Смирнова H.H. Геотермальная теплофизика. Санкт-Петербург: Наука, 1993, 256 с.

23. Романов В.А., Путиков О.Ф. Особенности теплообмена в водоподъемных скважинах систем извлечения тепла Земли. Физические процессы горного производства. Л.: ЛГИ, 1975, Вып. 2, с. 115-119.

24. Пудовкин М.А., Саламатин А.И., Чугунов В.А. Температурные процессы в действующих скважинах. Казань: изд-во КГУ, 1977, 168 с.

25. Шулюпин А.Н. Создание методических основ определения параметров добычных скважин при разработке геотермальных месторождений. Дисс. раб. на соискание ученой степени канд.тех.наук. Хабаровск, 1992, 156 g.

26. Латкин A.C. Вихревые процессы для модификации дисперсных сред. Владивосток: Дальнаука, 1998, 191 с.

27. Feitel Е. Ziklonentstaubung, die ideale Wirbeisenke und ihre Naherung. Fasch. Jng.- Wer., 1939, Bd. 10, st. 212.

28. Вулис Л.А., Устименко Б.П. К вопросу об аэродинамической схеме потока в циклонной камере. Вестник АН КазССР, № 4, 1954, с. 89-97.

29. Штым А.Н. Аэродинамика циклонно-вихревых камер. Владивосток: изд-во ДВГУ, 1985, 199 с.

30. Деветерикова М.И., Михайлов П.М. К вопросу о влиянии торцевых перетечек на аэродинамику вихревой камеры. Труды ЛПИ, № 97, 1968, с. 37-52.

31. Кунаев A.M., Кожахметов С.М., Онаев И.А., Тонконогий A.B. Циклонная плавка. Алма-Ата: Наука, КазССР, 1974, 387 с.

32. Федотов С.А. Геофизические данные о глубинной магматической деятельности под Камчаткой и оценка сил, вызывающих подъем магм к вулканам. Изв. АН СССР, Серия геологическая, № 4, 1976, с. 5-16.

33. Федотов С.А. О механизме глубинной магматической деятельности под вулканами островных дуг и сходных с ними структур. Изв. АН СССР, Серия геологическая, № 5, 1976, с. 25-37.

34. Кадик A.A., Лебедев Е.Б, Хитаров Н.И. Вода в магматических расплавах. М.: Наука, 1971,267 с.

35. Лебедев Е.Б., Хитаров Н.И. Физические свойства магматических расплавов. М.: Наука, 1979, 200 с.

36. Эпельбаум М.Б. Силикатные расплавы с летучими компонентами. М.: Наука, 1980, 243 с.

37. Хитаров Н.И., Кадик A.A., Лебедев Е.Б. Основные закономерности дифференциации гранитных расплавов с отделением воды. Геохимия, 1967, № 11, с. 1274-1284.

38. Хитаров Н.И., Лебедев Е.Б., Кадик A.A. Растворимость воды в расплаве гранитного состава при давлениях до 700 атм. Геохимия, 1963, № 10, с. 957-959.

39. Хитаров Н.И., Лебедев Е.Б., Дорфман A.M. Физические свойства системы кремнезем вода при высоких параметрах. Геохимия, 1976, № 2, с. 217-222.

40. Кадик A.A., Хитаров Н.И., Лебедев Е.Б. Растворимость воды в расплавах системы диопсид форстерит - анортит при 1400°С и высоких давлениях. Геохимия, 1968, № 5, с. 625-626.

41. Hoffmann A.W., Magaritz М. Diffusion of Ca, Sr, Ba and Co in basalt melt; Implication for the geochemistry of the mantle. J. Geophys. Res., 1977, 82, No 33, p. 28-46.

42. Персиков Э.С. Вязкость магматических расплавов. М: Наука. 1984, 160с.

43. Вакин Е.А., Кирсанов И.Т., Пронин А.А. Активная Воронка Мутновского вулкана. Бюллетень вулканологических станций, № 40, 1966, с. 25-35.

44. Поляк Б.Г. Геотермические особенности областей современного вулканизма (на примере Камчатки). М.: Наука, 1966, 246 с.

45. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. Гостехиздат, 1954, 412 с.

46. Михеев М.А. Основы теплопередачи. Госэнергоиздат, 1956, 386 с.

47. Лыков А.В. Тепломассообмен. Справочник. М., Энергия, 1971, 560 с.

48. Лыков А.В. Теоретические основы строительной теплофизики. Изд-во АН БССР, Минск, 1961,519 с.

49. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. М.: Наука, 1972, 312 с.

50. Barrows G., Preece Н. The process gas evolution from low vapor-pressure liquids upon reduction of pressure. Frans. Inst. Chem. Eng., vol. 32, No 2, 1954, pp. 8489.

51. Matsuo S. The behavior of volatites in magma. J. Earth. Sci. Nagoya Univ., vol. 9, No 1, 1961, pp. 101-113.

52. Levine, H.S. Formation of vapor nuclei in high temperature melts. J.Phys.Chem., 1972, 76, pp. 2609-2614.

53. Scriven L.E. On the dynamics of phase growth. Chem. Eng. Sci., 1959, 10, pp.1.13.

54. Gale R.S. The nucleation and growth of bubbles in supersaturated solutions of gases in viscous liquids. Ph. D. Thesis, 1996, University of London, London, 144 p.

55. R.S.J. Sparks The dynamics of bubble formation and growth in magmas: a review and analysis. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 3, 1978, pp.1-37.

56. Лабунцов Д.Ф., Ягов B.B. Механика простых газожидкостных структур. М.: МЭИ, 1978,92 с.

57. Grace J.R. Shapes and velocities of bubles in infinite liquids. Trans. Inst. Chem. Eng., 1973, 51, pp.116-120.

58. Вакин E.A., Кирсанов И.Т., Кирсанова Т.П. Термальные поля и горячие источники Мутновского вулканического района. В сб.: Гидротермальные системы и термальные поля Камчатки. Владивосток: изд-во ДВНЦ АН СССР, 1976, с. 85114.

59. Yu.A. Taran, V.P. Pilipenko, A.M. Rozkov and E.A. Vakin. A geochemical model for fiimaroles of the Mutnovsky volcano, Kamchatka, USSR. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 1992, 49, pp. 269-283.

60. Трухин Ю.П., Степанов И.И., Шувалов P.A. Ртуть в современном гидротермальном процессе. М.: Наука, 1986, 199 с.

61. Селянгин О.Б. Новое о вулкане Мутновский: строение, развитие, прогноз. Вулканология и сейсмология, 1993, № 1, с. 17-35.

62. Басниев К.С., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидромеханика. М.: Недра, 1993,416 с.

63. Трухин Ю.П., Петрова В.В. Некоторые закономерности современного гидротермального процесса. М.: Наука, 1976, 178 с.

64. Чекалюк Э.Б. Основы пьезометрии залежей нефти и газа. Киев: изд-во технической литературы УССР, 1961, 287 с.

65. Чекалюк Э.Б. Термодинамика нефтяного пласта. М.: Недра, 1965, 237с.

66. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987, 840 с.

67. Сугробов В.М., Аверьев B.B. Обводненность пород Паужетского месторождения и условия циркуляции высокотемпературных вод. В кн.: Паужетские горячие воды на Камчатке. М.: Наука, 1965, с. 49-64.

68. Kiryukhin Alexey V. Modeling studies: the Dachny geothermal reservoir, Kamchatka, Russia. Geothermics, 1996, vol. 25, No 1, pp. 63-90.

69. Басниев K.C., Кочина И.Н., Максимов B.M. Подземная гидромеханика. М.: Недра, 1993, 416 с.

70. Лейбензон Л.С. Движение природных газов в пористой среде. Л.: Гостоп-техиздат, 1947, 244 с.

71. Чарный И.А. Подземная гидрогазодинамика. М.: Гостоптехиздат, 1963, 396 с.

72. Маскет М. Течение однородных жидкостей в пористых средах. М.: Гостоптехиздат, 1949, 627 с.

73. Ермилова О.М., Алиев З.С., Ремизов В.В., Чугунов Л.С. Эксплуатация газовых скважин. М.: Наука, 1995, 359 с.

74. Алиев З.С., Шеремет В.В. Обоснование модели задачи фильтрации при нелинейном законе сопротивления к горизонтальной скважине, вскрывшей поло-сообразную залежь. Там же, 1992. Вып. 6, с. 9-16.

75. Алиев З.С., Шеремет В.В. Влияние степени вскрытия полосообразного пласта на производительность горизонтальной газовой скважины. Там же, 1993, Вып. 4/5, с. 22-27.

76. Вулис Л.А. Газовая динамика (стационарные одномерные течения). М.: МАИ, 1949, 251 с.

77. Вулис Л.А. Термодинамика газовых потоков. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1950, 312 с.

78. Арнольд JI.B., Михайловский Г.А., Селиверстов В.М. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1979, 446 с.

79. Тепло и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник. М.: Энергоиздат, 1982, 510 с.

80. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975, 559 с.

81. Беннет К.О., Майерс Дж.Е. Гидродинамика, теплообмен и массообмен. М.: Недра, 1966, 727 с.

82. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1970, 216 с.

83. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика. М.: Машиностроение, 1972, 672 с.

84. Справочник физических констант горных пород. М.: Мир, 1969, 543 с.

85. Череменский Г.А. Геотермия. Л.: Недра, 272 с.

86. Вулис Л.А., Устименко Б.П. Об аэродинамике циклонной топочной камеры. Теплоэнергетика, 1954, № 9, с. 176-186.

87. Штым А.Н., Михайлов П.М. К аэродинамике вихревой камеры горения. Ученые записки аспирантов и соискателей ЛПИ. Л.: Энергомашиностроение, 1964, с. 14-19.

88. Деветерикова М.И. Исследование влияния шероховатости внутренних поверхностей и торцевых перетечек на аэродинамику циклонно-вихревых камер. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Л., 1971, 205 с.

89. Латкин A.C. Научные и технологические основы повышения эффективности переработки дисперсного минерального сырья на базе вихревых аппаратов. Диссерт. на соискание уч. степ. докт. техн. наук. Хабаровск, 1994, 387 с.

90. Латкин A.C. Вихревые аппараты для реализации процессов химической технологии. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1986, 132 с.

91. Латкин A.C. Вихревые аппараты для технологических процессов. Владивосток: ДВО АН СССР, 1989, ч. 1 и 2, 256 с.

92. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М.: Наука, 1981, 720 с.

93. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1968, 720 с.

94. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. М.: Наука, 1966, 228 с.

95. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука, 1962, 1100 с.

96. Самарский A.A., Гулин A.B. Численные методы: учебное пособие для ВУЗов. М.: Наука, 1989, 432 с.

97. Иванов В.В. Методы вычислений на ЭВМ: справочное пособие. Киев: Наукова думка, 1986, 584 с.

98. Катцан Г. Язык Фортран.: Мир, 1982, 208 с.

99. Белецки Я. Язык Фортран 77. М.: Высшая школа, 1991, 207 с.

100. Брич З.С., Капилевич Д.В., Клецкова H.A. Фортран 77 на ПЭВМ ЕС. М.: Финансы и статистика, 1991, 288 с.

101. Лакрицкий В.Е. Фортран, графические возможности. Практическое руководство. Ярославль: Фонд гражд. инициатив, содействие, 1990,1, II часть, 406 с.

102. Кунаев A.M., Кожахметов С.М., Онаев И.А., Тонконогий A.B. Циклонная плавка. Алма-Ата: Наука, 1974, 387 с.

103. Кутателадзе С.С., Ляховский Д.Н., Пермяков В.А. Моделирование теплоэнергетического оборудования. М.: Энергия, 1966, 351 с.

104. Штым А.Н., Латкин A.C. О нулевом уровне статического давления в закрученном потоке газа. Материалы ХХ-ой научно-технической конференции, выпуск 6, Владивосток, 1972, с. 111-121.

105. Штым А.Н. Исследование аэродинамики циклонно-вихревых камер на основе существующих экспериментальных данных. Л.: 1965, 216 с.

106. Басина И.П., Тонконогий A.B. О горении и сепарации частиц топлива в циклонной топке. Известия АН КазССР, вып. 1(12), 1957, с. 166-167.)

107. Сидельковский JI.H., Щевелев В.Н. Особенности и математическое моделирование циклонного плавильного процесса. Материалы НТС "Циклонные энерготехнологические процессы и установки". М.: 1967, с. 14-26.

108. Дорендорф К.К. К решению уравнений движения частицы в циклонной камере. Там же, с. 250-253.

109. Басина И.П., Югай О.И. Движение горящих угольных частиц в закрученном потоке. Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Алма-Ата: Наука, 1967, вып. 4., с. 49-59.

110. Курмангалиев М.Р., Зубова H.A. О движении горящей частицы натурального твердого топлива в циклонной камере при хордальном вводе. Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Алма-Ата: Наука, 1971, вып. 7, с. 220-226.

111. Stasick J. Gzas swobonego pozelotu czastik stalych w reakcyjnej komorzej. Zeszyty Naukowe. Politechnika Gdanskaj, No 243, c. 103-116.

112. Дейч M.E., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. М.: Энергия, 1981,471 с.

113. Раушенбах Б.В., Белый С.А., Беспалов И.В. Физические основы рабочего процесса в камере сгорания воздушно-реактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1964, 522 с.

114. Поволоцкий Л.В., Чиркин Н.Б., Остапчук Ю.А. К расчету движения капли в спутном газовом потоке. Энергетическое машиностроение, 1984, № 4, с. 3440.

115. Лышевский A.C. Движение жидких капель в газовом потоке. Изв. Энергетика, 1963, № 7, с. 75-81.

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

117. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М.: Наука, 1987, 600 с.

118. Цветков Ю.В., Панфилов С.А. Низкотемпературная плазма в процессах восстановления. М.: Наука, 1980, 359 с.

119. Баренблат Г.И. О движении взвешенных частиц в турбулентном потоке. Прикладная математика и механика, 1953, т. 17, вып. 3, с. 61-89.

120. Басина И.П., Югай О.И. К расчету движения горящих частиц в закрученном потоке. Изв. АН КазССР. Сер. техн. и хим. наук, 1963, вып. 1, с. 97-106.

121. Волков Е.В. Некоторые вопросы аэродинамики двухфазного потока. Тр. Совещ. по прикл. газовой динамике. Алма-Ата, 1959, с. 142-151.

122. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. 1т. М.: Наука, 1987, 464с.

123. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973, 758 с.

124. Муштаев В.И., Ульянов В.М., Тимохин С.Т. Сушка в условиях пневмотранспорта. М.: Химия, 1984, 232 с.

125. Ромадин В.П. Пылеприготовление. М.: Госэнергоиздат, 1953, 519 с.

126. Лобаев Б.Н. Расчет воздухопроводов вентиляционных, компрессорных и пневмотранспортных установок. Киев: Госстройиздат УССР, 1959, 197 с.

127. Литвинов А.Т. Об относительном движении частицы (или капли жидкости) в скоростном газовом потоке. Теплоэнергетика, № 5, 1964, с. 42-44.

128. Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации паров. М.: Химия, 1966, 294 с.

129. Амелин А.Г. Технология серной кислоты. М.: Химия, 369 с.

130. Курмангалиев М.Р., Андропова H.A. О влиянии турбулентных пульсаций скорости на горение угольных частиц в циклонных топках. Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Алма-Ата: Наука, вып. 10, 1975, с. 7-12.

131. Кутепов A.M., Полянин А.Д., Запрянов З.В., Вязьмин A.B., Казенин Д.А. Химическая гидродинамика. М.: Бюро Квантум, 1996, 336 с.

132. Броунштейн Б.И., Щеголев В.В. Гидродинамика, массо- и теплообмен в колонных аппаратах. Л.: Химия, 1988, 336 с.197

133. Броунштейн Б.И., Ривкинд В.Я. Внутренняя задача массо- и теплообмена с замкнутыми линиями тока при больших числах Пекле. Доклады АН СССР. № 6, 1981, с. 1323-1326.

134. Doerschlag С. and Miczek G. How to choose a cyclone dust collector. Chemical Engineering, 1977, v. 84, No 4, pp. 64-72.

135. A.C. №1692192 от 15.07.91 "Способ концентрйрования ценных компонентов из геотермальных теплоносителей и устройство для его осуществления". Авторы: Трухин Ю.П., Латкин А.С.