Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 [ 100 ] 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139

в действителыюсти число реакций значительно больше, если нефть содержит несколько составлякхцих, способных окисляться при низкой температуре, причем каждое вещество характеризуется своей кинетикой окисления [6.14] - [6.18]. Запись скоростей реакции аналогична соот-ношошям (S.6), (S.8) и (S.9). Обычно допускают, что порядки реакций равны единице, и возможное влияние удельной поверхности коллектора учитывается в предэкспоненциальном множителе. Ддя ограничения воздействия отложений кокса иногда вводятся дополнительные корректи-рукяцие члены [6.15], [6.18].

Кокс, а также легколетучие жидкие или газообразные фракции образуются иэ составляющих нефти. Коща нефть имеет много составляншщх, то считают, что кокс образуется из тяжедых фракций. Если нефть испаряется, то газообразные углеводороды иногда относят к нереакцишно-способным.

Если кокс рассматривать в качестве индивидуального компонента, следует учитывать свойства следующих четырех фаз:

газообразной фазы, содержащей кислород, инертные составляющие нефти и, в некоторых случаях, окисляющиеся вещества;

двух жидких фаз: воды и нефти;

твердой фазы (кокса), не участвующей в перемещении.

Обычно две жидкие фазы не смешиваются, за исключедием случая, описанного в работе [6.16], где рассматривается возможность образования эвяульсий. Фазовые переходы описываются уравнениями равновесия; растворедие газов в жидкостях обычно не рассматривается. Модели, включающие детальное описание процессов, могут быт одномерными [6.14]° [6.17], двумерными [6.1S] и трехмерными [6.16] и [6.18]. В примерах использования этих моделей пространство разбивается на относительно небольшие ячейки (обычно не более чем на 100). При этом получается хорошее представление явлений, наблюдаемых в лабораторных экспериментах по вытеснению в одномерных условиях, так как размер ячеек может быть меньше размеров зон реакций. Однако их использование применительно к суховяу или влажновяу горедию при размерах ячеек (~ 10 м), значительно превышающих размер зоны горения, может дать сильно искаженную катину действительности. В частности, допущение экспоненциальной зависимости скорости течения реакций от температуры приводит к искажедию температурных профилей.

В других численных моделях (например, в модели Готтфрида [6.19]) считают, что осуществляется только одна химическая реакция согласно кинетическому закону, описываемовяу соотношением (S.6), предложенным для окисления фракций нефти при низкой температуре [6.20], [6.21]. Подобный способ хорошо описывает режим сверхвлажного горения даже для численных моделей реального пласта, так как такая методика горения характеризуется наличием очедь протяженной зоны реакции с постоянным температурным режимом (см. раздел 533). В одной из таких моделей [620] учитываются растворение углекислого газа в нефти и его воздействие на ее вязкость и плотность.

В моделях третьего типа полагают, что горение, обеспечиваемое

врс

отори

Ъсло

Чвеяо ком-

неф. тн

реек-

Число Учет

ytter ы

:ас-

Учет днс-

ytter ркт-оре-

еф.

лляр-

в неф-

Учет

окру-

породы

Отаоск-

проница-

Вязкость вефп.»

ВяЗКОСТк

Плотность нефтн

[6.16] кмтс

16.22]

хвонг [6.23]

1 2 1 2 1 1 л л

im 2

5 3 s 3 3 л л

4нли

ц* д л» д* д» д»

нет нет

д»

д»

д» д» д» д»

от тях ти

д»

д»

д»

д»

д»

во>

д»

во>

нет нет нет нет

нет д» д» д»

можно нет

(г, 20 Ма (Г, 20

Ма (Г, 10 Ма

Ма (Г, ио

Ма (г, ио

мл (г, 10

оа,оккс11ыУтлероюн1эо1е,вода1ы1пц; (л - 3) -шслоуглевопородвых компонеип», э>i в Kotppdl допускается змеяенне свойств и состава комповеиюв. плотность - функщи насьацемюсд S, температуры г. жла

lig CD м,(г,30 м,(р. г. 50

м, (7)

mj и; "о

м, (ft т. 40

работы [6.22].

Ра (р. г, 20

Рн (р. г. 20

Ра (Г. ю

(ft г. IU)

Ра (ft г, ио Ра (р. г. ю

единственной реакцией, протекает мгновенно (скорость реакции бесконечно велика) в тех ячейках, где кислород вступает в контакт с топливом [6.22] и [6.23]. Реакция протекает в ячейках, образующих пограничный слой между зоной за фронтом горошя, где концентрация кислорода еще составляет конечную величину, но не осталось нефти, и зоной перед фронтом, содержащей нефть, но не содержащей кислород. В [6.22] дано довольно полное описание нисходящих процессов. Рассмотрены пять компонедтов, два га которых могут присутствовать как в жидкой, так и в газообразной фазах, что позволяет учитывать или дистилляцию нефти, или растворение газа в ней. В [6.23] фронт горения рассматривается как поверхность раздела, проходящая по тем ячейкам, где протекает экзотермическая реакция. Этот тип моделей не позволяет учитывать возможность неполной утилизации кислорода и рассматривать проблему спонтанного затухания или розжига. Более того, в зтих моделях требуется проводить такое согласование параметров течения, при котором количество нефти, остающееся в ячейках, заполненных кислородом, соответствует количеству имекицегося в наличии топлива для каждого рассматриваемого случая. Подобные модели позволяют работать с ячейками довольно больпшх размеров.

Уравнения задачи решаются в конечных разностях. Методы решения индивидуальны. Однако обычно из уравнедий формируют систему основных переменных, решаемую в неявном виде. Различие в приемах применения численных методов, использовашП1Х Готтфридом [6.19], с одной стороны, и авторами более современной лабораторной модели [6.24] - с другой, является, видимо, основной причиной улучшения свойств последней модели, хотя рассматриваемая в ней феноменология процессов очень близка к феномедологии процессов в первой модели.

Характеристики основных опубликованных численных моделей горения приведши в табл. 6.1.

6.1.6. Физические модели

Преимущества и недостатки физических моделей, а также требования подобия, которые необходимо выполнять для правильного соблюдения масштабов явлений, были рассмотрены в гл. 4 для нагнетания в пласт теплоносителей. Физическое моделирование внутрипластового горения должно основываться в принципе на тех же критериях, что и физическое моделирование нагнетания теплоносителей, так как при внутриппастовом горении протекают аналогичные процессы, к которым лишь добавляются химические реакции жидких углеводородов, газообразных и твердых веществ, присутствующих в пласте.

Следовательно, необходимо соблюдать подобие линейных размеров, пористости, свойств жидких и твердых тел, а также следувххшх размерных комплексов: LV = const, П" = const, kL = const, Др1~ = const и р L~ = const,iAe L - характерная длина; v -- скорость жидкой фазы; Ap/L - градиент давления; р. - капиллярное давление (см. раздел 4.2.4).