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

5.3.1. Экспериментальные установки

Пористая среда заключается в стальные или кварцевые трубки. Для устранения расслоения под дствием силы тяжести трубки часто располагают горизонтально и вращают вокруг горюонтапьной оси. В зависимости от того, какой изучается процесс - прямоточное или противоточ-ное горение, зажигание проводят злектрическим нагревателем или при помощи активно окисляемых смесей со стороны нагнетания окислителя или с противоположной стороны.

Для облегчения интерпретации результатов зкспериментальные условия должны быть простыми и воспроизводимыми. Именно поэтому следует реализовать одномерный процесс, что становится возможным, если нет (или почти нет) теплообмена со средой, окружающей трубку, и если продольная теплопроводность вдоль стенки не вносит значительных возмущений в поле температур. Эти условия можно выполнить, снижая тепловые потери в поперечной плоскости установкой соответствующих экранов [S.16] или, что делается чаще, за счет компенсации потерь наружными нагревательными элементами [S.17], а также используя тон-

15 П

11 10 а 0 7

Рж. 5.14. Экспервмепалыпя успновка для нсследовшня процесса внутаи-пласювого горсши (по матфналам Фравцуэсмого жаепаул нефш):

7- водшой насос; 2 - воздух; 3 - звуковая развязка; 4 - баллон с азотом; J - дифференцимьный регулятор давления: 6 - место подпо-а; 7 - нагреватель-нме элементы: * - теппонэолятор; 9 - труба, в которой происходит горение; 10 - линия отбора 1фоб; И - внелшнй кожух; 12 - тч>мопарм; 13 - система обеспечения вращения: 14 - сепаратор: 15 - регулятор давления; 16 - конденса-7П~ """"W>»*4»! - опсачкн; 19 - анализатор содержания Oj. СО,

СОа; 20 - хроматограф; 21 - блок измч>ения температурм

костенные металлические (или же изготовленные из материала с низкой теплсэтроводностью) трубки.

Эксперименталы1ая установка, созданная во Французском институте нефти (рис. S.14), состоит из внешней горизонталыю расположенной трубы, вьщерживающей давление 125 бар, и внутренней тонкостенной трубы (толщина стенок - 2 мм) диаметром 20 см и длиной 2,1 м. Вокруг Т1ы, в которой происходит горшие, смонтированы 17 нагревателей длиной 11,5 см каждый, тепловыделение которых регул1фуется таким образом, чтобы разность температур, измеряемьк термопарой, установленной на стшке под нагревательным элементом, и соответствующей осевой терьюпарой, не превышала десятки градусов. Это необходимо для устранения поступления тепла из внешней среды в пористый коллектор и для того, чтоб не поддерживать искусственно горение. Зазор между внешней и внутренней трубами заполняется азотом под дав-лшием, равным давлению нагнетания воздуха во внутреннюю трубу; в этом зазоре находится хороший теплоизолятор, позволяющий даже при максимальном рабочем давлении практически устранить явление естественной конвекции. Рабочая камера вращается попеременно в противопо-ложньк паправлшиях (со скоростью 1 мин~) для устранения гравитации под действием силы тяжести. При этом есть возможность одновременно или последовательно нагнетать во внутрошюю трубку воздух и воду для исследования различных комбинаций процессов горения с заводнением, непрерывно проводить анализ газообразных продуктов реакции горения. Предусмотрены также отбор 1фоб газов ю исследуемой зоны для точного анализа на хроматографе и определение количества и основных свойств (плотность, вяэкость, кислотность и т.д.) получаемых воды и нефти.

5.3.2. Сухое прямоточное горение

Влияние расхода воздуха и давления. Результаты (рис. 5.15) юучения влияния плотности воздушного потока (отношение расхода воздуха к поверхности горения) и давления на скорость и температуру фронта прямоточного горения получены при использовании песка месторождения Береа и смазочного масла плотностью 0,883 г/м [5.8]. Видно, что при постоянстве давления скорость фронта возрастает почти линейно с увеличогаем плотности потока ( [5.8], [5.20]), в то время как температура фронта мало зависит от данного параметра. Более того, она почти ие зависит и от давления [5.8]. С некоторыми оговорками, которые будут рассмотрены позже, для данной (Я1стемы коллектор-нефть можно записать следующее выражение:

плотность воздушного потока К.

---=а = const, (5.17)

скорость распространения фронта горения и/,

т.е. это отношение не зависит от давления и расхода воздуха.

tS 30 3S 0 5 10 15 20

Ш, Иг [ZIj

30 35

Рис. 5.15. Влняане условий цроведення Э1сспц>вмевп на сухое црямоточное горенне [5.8]:

1 - яагнепнне воэдуха 1фн атмосферном давлеянн; 2 - нагнетание газа с расходом б нм /(м-ч) с содержанно* 7,4 % Оз 1фн атмосферном давлении; 3 -нагнетание газа с расходом б им /(м -ч) с содержанием 54,5 % Oj при атмосферном давлении; 4 - нагнетание воэдуха 1фн абсолютном давланин 35,5 бар; 5 - нагнетание воэдуха 1фН абсолютном давлении 70 бар

Отношение VJUf, = а равно кошпеству воздуха, нагнетание которого позволяет обработать единичный объем пористой среды; а обычно назы-вахп необходимым количеством воздуха. Слабая зависимость а от условий зксперимента позволяет зкстраполировать результаты лаборато1Жых исследований на работы, проводимые в промысловых условиях, если давления и плотности потока нагнетания в лабораторных и промысловых условиях достаточно близки по значениям (см. разд 6.2.1).

С другой стороны, если реакция горения может быть описана в общих чертах уравнением (S.1), существует соотношение непосредственно между количествами сгоревшего топлива и потреблшного кислорода. Легко можно показать, что для сжигания 1 кг СН при абсолютной температуре 7} и стандартном давлении необходимо следующее количество кисл(фода:

2(i + P)"4j

22,414

12+ Х 273

мОз .

(5.18)

При прямоточном горении масса топлива, содержащегося в объеме V пористой среды, полностью сгорает. Если окислителем является воздух (содержание Ог ««« 21 %), весь кислород которого тотребляется в ходе реакции, и если считать, что 7} = 288 К, получаем

112,6

2 + Р

1г + х{г (i-f р)

нмз/мз.

(5.19)