Новый анализ конвективного теплообмена на границе камеры SAGD

Теплообмен является ключевым механизмом в процессе SAGD (паропомощь при гравитационном дренировании) для добычи битума. Лучшее понимание процесса теплообмена критично для успешного проектирования объектов SAGD. Вслед за работами Батлера (1981, 1985 и 1997 гг.) широко применялось предположение о чисто теплопроводном переносе. Однако ряд исследований указывает на важность конвективного теплообмена на границе камеры SAGD. На основе анализа физических механизмов теплообмена в процессе SAGD в этом исследовании разработана улучшенная аналитическая модель для расчёта скорости конденсата и теплообмена с учётом как теплопроводности, так и конвекции. Во-первых, анализируется теплообмен на границе паровой камеры для понимания роли потока конденсата и движения интерфейса паровой камеры. Предложены три возможных случая для анализа взаимосвязи между энергией, остающейся позади фронта из‑за движения интерфейса паровой камеры, и энергией, переносимой в холодный коллектор потоком конденсата в процессе SAGD. На основе анализа баланса тепла и имеющейся зависимости температура–насыщение предложена модифицированная нормальная к интерфейсу скорость конденсата для камеры SAGD. Предполагается, что скорость конденсата пропорциональна скорости движения интерфейса паровой камеры, отношению мобильностей флюида коллектора и интерфейса паровой камеры и отношению объёмных теплоёмкостей коллектора и паровых конденсатов. Эта новая скорость используется для изучения роли конвекции в теплообмене процесса SAGD. Кроме того, уравнения теплообмена решаются с использованием граничного условия постоянного теплового потока (Робин) для проверки широко используемого граничного условия постоянной температуры (Дирихле) на границе паровой камеры. Новая модель валидирована посредством расчёта и сравнения нормальной к интерфейсу скорости конденсата, кажущейся тепловой диффузивности и тепловых потоков впереди паровой камеры с полевыми данными (Dover UTF Phase B, месторождение Athabasca). Показано, что конвекция может вносить больший вклад в теплообмен, чем теплопроводность, на границе паровой камеры, но её влияние быстро уменьшается на небольшом расстоянии, нормальном к интерфейсу. Учитывая большой конвективный тепловой поток на краю камеры SAGD, температуру можно считать постоянной с незначительной погрешностью. Разработанная теория обеспечивает быструю оценку кажущейся тепловой диффузивности, распределения температуры и тепловых потоков с учётом теплопроводности и конвекции для проектирования проектов SAGD. Более того, она предлагает простую формулу, связывающую нормальные к интерфейсу скорости конденсата и скорость движения интерфейса камеры, применимую к любым термическим процессам с расширяющейся паровой камерой.