شبیه سازی میدان جریان در اطراف چاه فورانی

فوران چاه های پر فشار گاز و نفت پدیده ای است که سبب اتلاف بسیار زیاد منابع سوخت و آلودگی طبیعت و محیط زیست می شود. مدل سازی و شبیه سازی چاه فورانی همراه احتراق در صنایع حفاری از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا شناخت میدان سرعت، فشار و دما در اطراف چاه به اخذ تصمیمات مناسب با کمترین خطر ممکن در هنگام مهار چاه کمک شایانی می کند. در این مقاله رفتار هیدرودینامیکی و حرارتی میدان جریان اطراف یک چاه گازی فورانی در حالت معمولی و در حالتی که برای مهار آن از لوله های دور کننده آتش استفاده شده بررسی می شود. جریان خروجی از چاه همانند جریان جت آزاد در حالت آشفته است که به محیط تخلیه می شود. برای شبیه سازی جریان آشفته جت از تقریب متوسط گیری زمانی ناویر- استوکس (rans) و برای شبیه سازی پدیده احتراق از مدل غیر پیش آمیخته (non-premixed) استفاده شده است. نتایج شبیه سازی جریان در اطراف چاه فورانی نشان می دهد که در دبی جرمی ثابت، مکش جریان هوا به داخل لوله هدایت کننده در جریان احتراقی حدودا 5/2 برابر مقدار آن در جریان غیر احتراقی می باشد. همچنین نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش قطر لوله هدایت کننده، مکش جریان هوا تقریبا 2 برابر می شود. بررسی ضریب پسا وارد بر لوله نشان می دهد که شعله ور شدن گاز متان و افزایش دبی جرمی آن سبب افزایش ضریب پسا شده اما افزایش قطر لوله هدایت کننده موجب کاهش ضریب پسا می شود. در نظر گرفتن تشعشع بین گاز متان و هوای محیط نشان می دهد که شعله تاثیری چندانی بر روی دمای محیط اطراف چاه ندارد. تاثیر جریان هوای محیط بصورت متقاطع بر جریان خروجی از چاه مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که بهترین مقیاس برای بی بعد نمودن مسیر حرکت جت استفاده از مقیاس rd می باشد. همچنین مشاهده شد که با افزایش سرعت هوا، خط سیر جت در ارتفاعی پایین تر خم و سریعتر به حالت افقی تبدیل می شود.