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

5.3.5. Теоретическая интерпретация экспериментальных результатов

Численные модели перемещения фронта горения в одномерных системах позволяют дополнить лабораторные эксперименты на физических моделях.

Рассматриваемые здесь модели имеют следующие общие особенности:

матрицу считают не подверженной изменениям; используют понятие эффективной теплопроводности; влиянием капиллярных эффектов и действием силы тяжести пренебрегают.

Прямоточное горение. В модели прямоточного горения Готфрида [5.33] в общих чертах учтена динамика течения трехфазной смеси и изменошя фазового состояния воды, однако испарение нефти во внимание не принимается. Сделано допущение о независимости п)аметров тепло- и массопереноса от температуры. Модель строится на ропшии шести уравнший в частных производных - уравнений созфанения для каящой из трех фаз, для кислорода и пара, а также уравнения знергетического баланса.

Используемое кинетическое уравнение предполагает, что нефть сгорает непосредственно в атмосфере кислорода, минуя промежуточный этап пиролиза, что не соответствует реальному процессу. С другой стороны, автор допускает, что температура на входе в модель поддерживается постоянной и равной температуре розжига в течение всего зксперимента. Это допущение (которое, естественно, не реализуется в природных условиях) приводит к непрерывному росту максимальной температуры при перемещении фронта горения.

Результаты расчета позволяют объяснить наличие парового плато впереди фронта горения. За ним появляется вал воды между двумявала-ми нефти. При помощи этой модели можно рассчитать влияние кинетических параметров и тепловых потерь, а также определить динамику нефтедобычи и воздухонефтяной фактор. Данная модель позволяет в общих чертах описать процессы, наблкзданхциеся в экспериментах. Однако существование двух областей, занятых нефтью, не подтвердилось при лабораторных работах по выгешению [5.20], [5.22].

Противоточное горение. Построение модели противоточного горения вызывает меньше трудностей, чем прямоточного. Действительно, поскольку реакция окисления протекает при значительном избытке нефти, можно допустить, что скорость реакции меньше, чем зто соответствует количеству присутствующей нефти [5.1], [5.7], [5.34]. Иными словами, можно моделировать распространение фронта горения, не рассматривая гидродинамические характеристики течения и ограничиваясь решением уравнений сохранения энергии и массы кислорода.

Ряд авторов априори принимают гипотезу о постоянном режиме продвижения фронта горения [5.7], [5.34]. Однако режим перемещения франта с постоянной скоростью можно получить расчетным путем,

если рассматривать систему уравношй в частных 1фоизводных [5.1], [SJ] (см. рис. 5.29). Ограниченное число пфаметров, используемых в такой модели, делает ее хорошим инструментом кинетического анализа реакций окисления и горения в пористой среде [5.1], [5 J]. Корреляция расчетных и зкспериментальных результатов (таких, например, как показанные на рис. 5.29) позволяет уточнить значения кинетических пфаметров, рассматриваияцихся в разделе 5.2.2 (см. табл. 5.1).

Б.4. ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ ВНУТРИПЛАСТОВОГО ГОРЕНИЯ

Как показано выше, при BiTpnnnacTOBOM горший щюисходит много сложных явлений. Презвде чем обращаться к данному методу добычи нефти, необходимо удостовериться, возможно ли его использование на кжкретном месторожджии. Кжечно, нет речи о составлении списка критериев, позволяющего заранее обосновать техническую и зкономи-ческую целесообразность его применения в конкретных условиях - подобный подход выглядит слишком упрощенным. Все же, однако, существуют некоторые условия, позволяющие оценить возможность применения на данном месторождении внутрипластового горения. Окончательное решение об использовании данной технологии зависит и от технических характеристик, и от зкономических факторов; влияние совокупности всех этих условий невозможно оценить количественно.

5.4.1. Общие ограничивающие факторы

Если требуется, чтобы фронт горения охватил продуктивный пласт, необходимо, как и при нагнетании теилжосителей, чтобы давление нагнетания не превышало горное давление; этот фактор определяет минимальную глу&шу разработки залежи, зависящую от приемистости пласта (т.е. от проницаемости и от свойств нефти). Считается, что BiTpnnnacTO-вое горение ншриемлемо для пластов, залегающих на глубине менее 30м.

Особые ограничивающие факторы следует принимать во внимание при 1фотивоточном горший: с одной спны, эффект, получашый при использовании данного метода, снижается при увеличении давления (см. раздел 5.3.4), а с другой - направление распространения процесса может измениться на обратное, если скорость реакций окисления нефти в условиях пласта достаточна для ее самовоспламенения в областях, припегакнцих к нагнетательной скважине [5.9], [5.10]. Вследствие STWo технология противоточного горения неприемлема в глубоко зале-гакнцих пластах. Более того, эффективность метода зависит от расхода воздуха (см. раздел 53.4), что усложняет управление процессом; сипи-малшый расход воздуха достаточно велик, и для его достижшия обычно необходимо прибегать к уменьшению расстояния между скважинами, юме того, при значительном удалении скважин друг от друга тепловые

потери обусловливают конденсацию значительной части нефти, которую затем трудно извлечь иа поверхность. Вследствие зтих причин метод противоточного горения не получил пшрокого распространшия, и единственно возможной областью его применения является разработка неглубоко залегающих битуминозных песков.

Что же касается метода прямоточного горения, на который и будет обращено внимание в дальнейшем, то для его применения необходимо, чтобы количество имеющегося топлива бьшо достаточно для поддержания автжомного горения. Простой знергетический баланс, составленный для сухого прямоточного горения, показывает, что минимальное количество образунхцегося кокса должно составить от 10 до 15 кг/м. Вследствие повышения теплового клд. при влажном горении минималыю необходимое количество образунхцегося кокса существенно пвдает. Границы реализации сверхвлажного горения рассмотрош в разделе 5.3J.

5.4.2. Критерии использования прянюточного горения

Глубина залегания и толщина пласта. Вследствие отсутствия тепловых потерь в нагнетательных скважинах верхняя граница глубины залегания определена менее строго, чем при нагнетании в пласт теплжо-ситедей. Однако применение мощного воздушного компрессора высокого давления порождает ряд технических проблем (см. раздед 63) и требует значительных затрат. Поэтому цедесообразно BiTpnnnacTOBoe горение использовать в пластах, залегающих на глубинах, не превышакнцих 1000-1500 м. Если пластовое давление достаточно низко, не исключена возможность использования этого метода и на более глубоких месторождениях, как было сделано при разработке пласта на глубине 3500 м.

Толщина пласта должна быть не менее 2-3 м, чтобы тепловые потери в окружающие породы не оказывали серьезного влияния на распространение фржта. Вместе с тем в пластах значительной толщины приходится сталкиваться с гравитацией, приводящей к пршмущественной фильтрации воздуха по кровельной части пласта.

Характеристики нефти и коллектора. Для того, чтобы горение проходило при технически и экономически благоприятных условиях, необходимо соблюдение следующих требований к хактеристикам нефти и коллектора:

количество осажденного кокса должно быть ни слишком маленьким (опасность затухания), ни слишком болыпим (повьппеиие необходимого количества воздуха);

фильтрация в пласте жидкостей и газов должна обеспечиваться без раннего прорьша теплоносителя в добывахяцие скважины и снихсения проницаемости коллектора (см. раздед 3.4.3).

Помимо требований к реакционной способности нефти необходимо, чтобы она обладала хорошей подвижностью, а также чтобы пласт был однороден и имел достаточную проницаемость.

В ряде работ предложены граничные величины некоторых свойств