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

Граничные условия при внутрипластовом горении более просты, чем при нагнетании гашоносителей: в полевых условиях задается лишь расход воздуха через нагнетательные скважины и давление в зксплуата-ционных скважинах. Давлоше нагнетания при зтом фиксировано. Наличие химических реакций, вообще говоря, требует сохраношя начальных давления и температуры внутри пласта, а также давления в зксплуата-ционных скважинах. Это же относится и к комплексу т£~, где m -массовый расход нагнетания.

В гл. 4 рассматривался вопрос капиллярных сил и отмечалось, что величины градиента давления обычно не сохраняются. Это влияет на моделирование процесса дистилляции нефти и воздействует на скорости течения реакции. С другой стороны, невозможно представить себе согласование величин относительных проницаемостей, изменяя состав жидкостей, так как необходимо обеспечить неизменность течения химических реакций.

Кроме того, процессами, определяющими реакции горения, являются диффузия-дисперсия в газообразной фазе и кинетика реакций [6.26], [6.27]. Можно считать, что подобие процесса диффузии обеспечивается сохраношем постоянным комплекса tL~ [6.26], что нельзя сказать о процессе дисперсии, так как дисперсия прямо пропорциональна гранулометрии среды и плотности потока, величины которых в физической модели значительно выше [6.27]. Оциако на достоверность результатов зто оказывает обычно второстепенное влияние.

Подобие химической кинетики также не может быть выдержано, так как время течения процессов в физической модели снижается пропорционально квадрату геометрического масштаба. Следовательно, необходимо обеспечить условия, чтобы основные реакции лимитировались расходом окислителя; а не кинетикой. Исходя из этого можно понять сложность моделирования сверхвлажного горения, характеризуемого значительной протяженностью эоны реакции. Даже при сухом или влажном горении слишком большой расход нагнетания воздуха может привести к неполной утилизации кислорода (см. раздел S.3). Чтобы обойти этот усложняющий фактор, можно повысить начальную температуру для ускорения течошя реакций, удалив при этом из сырой нефти легкие фракции для сохраношя ее вязкости [626]. Другие факторы также затрудняют обесцечоше подобия химических реакций. Скорость протекания некоторых из них может зависеть от величины удельной поверхности (т. е. гранулометрии) пористой среды (см. раздел S.2.2), а интокятность и место осаждения кокса в общем процессе - от несоб-людошя профилей температуры и газового состава в эоне пиролиэа нефти (см. раздел 5.23).

Трудно строго выдержать подобие тепловых потерь эа счет теплопроводности в среде, моделирующей окружающие породы. Однако возможно обеспечить приближенное подобие при некотором совпадении тепловых свойств пласта и окружающих пород и при достаточной мощности последних в условиях модели.

Сделав эти оговорки, отметим, что физические модели позволяют изучить иекоторью явления, воздействукицие на внутрипластовое горение, например, выжигание пласта, а также оценить влияние расслоения находящихся в пласте жидкой и газообразной фаз на ход горения [626]. Расслоение приводит к измжению соотнощений объемов вода/воздух в различных точках вертикальной плоскости поперечного сечения пласта при комбинации горения и нагнетания воды. Физические модели использовались также дпя изучения течения процесса в особых случаях, например, в слое битуминозного песка с подстилакшщм водоносным слоем или с горизонтальным разломом [627] (см. раздел 6.S).

6.2. МЕТОДОЛОГИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВНУТРИПЛАСТОВОГО ГОРЕНИЯ в ПРОМЫСЛОВЫХ УСЛОВИЯХ

Подготовка к работам по внутрипластововяу горению в промысловых условиях обычно основывается на лабораторных исследованиях. Их результаты должны быть применены к реальным условиям разрабатываемого месторождения. Задав места расположения скважин, можно переходить к определжию условий нагнетания воздуха, а иногда и воды через каждую нагнетательную скважину. Наконец, необходимо провести предварительную оценку показателей вымывания и нефтедобычи.

6.2.1. Необходимое количество топяивв и воздуха

Лабораторные эксперименты на линейных моделях (см. раздел S.3) не дают возможность полностью моделировать явления, происходящие в пласте, а лишь позволяют оценить параметры горения. В частности, в зтих зкспериментах определяют количество топлива и воздуха для поддержания процесса при определенных условиях (давлении, температуре, свойствах жидкостей и окружающей породы, пористости Ф, значениях насыщенностей), по возможности близких к промысловым. Расход воздуха в зкспериментах обычно превышает расход воздуха в реальной ситуации, однако порядок этих величин совпадает.

С другой стороны, в разделе S.2 дано описание простых экспериментов по приближенновяу определению количества получаемого кокса.

Напомним, что количество топлива mJv в единице обьема пласта определяется следующим соотношением (см. уравнение (S.20), гл. S):

= + Р. (1-Ф) »с = р. (1-Ф) »сн.

(6.32)

где Wq и - соответственно массы углерода и топлива на единицу массы породы плотности р; х - атомное отношение водород-углерод топлива.

Данное соотношение верно дпя режимов сухого и влаясного горошя, для которых характерно сгорание продуктов пиролиза нефти при высокой температуре.

Приводя данные о количестве кокса, получшные в лабораторных экспериментах, к условиям месторождения следует принять, что параметр Wqj идентичш в обоих этих случаях, откуда следует допущение о том, что на величину Wqj не оказывают влияние возможные различия свойств пористой среды (часто лабораторные эксперименты проводятся со средами, пористость, проницаемость и степень насыщения которых отличны от природных) и распределение фаз.

Введем следующие индексы при величинах: ejq) - получопше при лабораторных зксперимштах; г - используемые применительно к реаль-

ным условиям. Тоща

(6.33)

Это соотнощение используют, если условия месторождения не слишком сильно отличаются от условий зксперимента.

При отсутствии результатов лабораторных зкспериментов можно воспользоваться данными о корреляции параметра Wq при сухом горении и некоторых свойствах нефти (см. рис. S.ll). Эти сведения, однако, могут дать лишь порядок величины, так как количество коксообраэного остатка зависит от характеристик взаимодействия нефти и коллектора (см. раздел S.2.3).

Плотность потока окислителя на фронте горения связана с количест-, вом топлива соотношениями (6.8) и (6.10). Однако при нагнетании окислителя необходимо учитывать, что часть его всегда скапливается в области, пройденной 4фонтом горения.

Пусть Sgi - газонасыщенность в данной области (Sg =1 при сухом горении, Sgi = 1 - Sgi - при влажном горении). Если р - плотность окислителя при давлении pi и средней температуре Ti (по абсолютной шкале) в зтой области, то объем окислителя (в стандартных условиях), аккумулируемого в единицу времени на единицу площади поверхности фронта горения, равен

где Pg - плотность окислителя при стандартных условиях.

Если рассматривать окислитель как идеальный газ, то получаем

где Ф - пористость среды; м, - скорость фронта горения; ро и Го -стандартные давление и абсолютная температура (1,013 бар и 288 К).

Тогда доля окислителя, аккумулируемого эа 4фонтом горения, составляет