Понимание механизма конвективной тепло­пердачи в процессе паропомощной гравитационной деградации

Паропомощная гравитационная деградация (SAGD) является предпочтительным методом добычи битума из песчаников Атабаски на западе Канады. В SAGD пар, закачиваемый из горизонтальной нагнетательной скважины наружу, теряет скрытую теплоту при контакте с холодным битумом на краю паровой камеры, что приводит к снижению вязкости битума на несколько порядков и позволяет ему течь под действием силы тяжести к горизонтальной добывающей скважине непосредственно ниже нагнетательной. Общепринято считать, что теплопроводность является доминирующим механизмом теплообмена на краю камеры; конвекция не учитывается в классических математических моделях SAGD, таких как модель Батлера. Исследователи, включая Butler и Stephens (1981), Reis (1992), Akin (2005), Liang (2005), Nukhaev et al. (2006) и Azad и Chalaturnyk (2010), рассматривали теплопроводность от пара к холодному пласта как единственный компонент теплообмена. Другие авторы — Farouq-Ali (1997), Edmunds (1999a, b), Ito и Suzuki (1996, 1999), Ito et al. (1998), Sharma и Gates (2011), Irani и Ghannadi (2013) — ставили под сомнение предположение о доминировании теплопроводности на краю паровой камеры SAGD. Sharma и Gates (2011) и Irani и Ghannadi (2013) изучали конвективный поток от конденсата на краю камеры; Irani и Ghannadi (2013) вывели формулировку, решающую баланс энергии и обусловленный давлением поток конденсата, направленный нормально к интерфейсу паровой камеры в холодный битумный пласт, и пришли к выводу о справедливости предположения о доминировании теплопроводного теплообмена. Тем не менее в предыдущих анализах не учитывался конвективный теплообмен, возникающий при стоке битума и конденсата. Хотя немногие исследования рассматривали конвективный поток от конденсата на краю паровой камеры, имеется недостаточное понимание стока битума и конденсата, направленного параллельно краю камеры, и его влияния на поперечный теплообмен в песках за пределами камеры. В этом исследовании анализируются относительные роли конвективного теплового потока как параллельно, так и нормално к краю паровой камеры. Результаты указывают, что конвективный тепловой поток, связанный с течением параллельно краю камеры, незначителен по сравнению с потоком, направленным нормально к краю.