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

Ршс 6.1. Темперахурвые про-

1 - нетеплопроводн» пористая срада; 2 - теплопроводная пористая среда

равно количеству тепла, накопленного к момопу t в хфедьщущем эксперименте, т.е. в обоих случаях профили температу!»! идоничны, но смещены во времши. Отсизда следует, что как в данном, так и в любом другом случае затухания нет. Если же оно произошло в одном случае, то случится и в другом вследствие дефицита тепла, выделяемого в единице объема.

В реальных условиях теплопроводность, как правило, пренебрежимо мала и ее влияние тем более ощутимо, чем ниже расход воздуха. Для исследования данного воздействия полезно при прочих неизменных параметрах варьировать величину теплопроводности. Это позволит провести сравншие температурных профилей при наличии и в отсутствие теплопроводности и определить тенденцию к затуханию процесса горения.

С этой целью обычно рассматривают две пористые срещл одинаковой геометрии, одна из которых - хороший проводник тепла, другая - плохой. В каждой из них проводят эксперимогг по горошю при одинаковых начальных и граничных условиях, допуская, что каким-либо способом поддерживается постоянство количества тепла, выделяемого в реакции в единицу вршши и на единицу площади поверхности фронта. Тохда получают температуртые профили, которые в один и тот же момент времени имеют форму, показанную на рис. 6.1.

Чем выше теплопроводность, тем сильнее возрастает поток тепла от фронта горошя в области, лежащие за ним и перед ним, что пртводит к понижению максимальной температуры фронта. Такое пскшжвние может стать причиной затухания горашя.

Если измерительная камера неадиабатична, на продольную теплопроводность накладывается теплопроводность в поперечных направлениях. Температура понижается вблизи внешних стенок, хде может произойти затухание.

Таким образом, затухание процесса вызвано или недостаточностью теплового эффекта реакции q относительно единичного объема пористой среды, или малостью тепловыделения q относительно величины теплообмена вследствие теплопроводности. В последнем слуте для увеличения q, следует повысить расход воздуха.

Однако в реальном месторождении совокупность всех явлений настолько сложна, что не оставляет надежды на общее описание процесса и конкретизации понятия температура затухания.

Тип химических реакций и скорости их протекания зависят от локальных условий. В частности, выделение тепла может быть связано с окислением при низксж температуре в зонах, хде фронт горошя, собст-

венно говоря, затухает (влия1ше присутствующих скважин, сипы тяжести, неоднородностей ппаста и изменения его толщины). Для учета зтого явления в уравнение сохранения знергии следует ввести член, описывающий процесс выделения тепла, равный произведению скорости локальной реакции на тепловой зффект.

Поэтому единственным путем правильного представления горения на моделях является учет кинетических законов различных реакций, (шределенных на лабораторных стендах. Но в зтом случае модели становятся очень громоздкими и требуют знания множества физических величин, которые часто невозможно определить. В зтой связи полезно рассмотреть несколько моделей, основанных на упрощенном описании явлений, в которых используются макроскопические приближения и некоторые зкспериментальные результаты.

6.1.3. Аналитические модели

Общий тепловой баланс. В балансе такого типа рассматривают поток поступающего тепла (включая члены, (мшсьшающие его источники), поток тепла, диссипируемого через поверхность, ограничивающую выбранный контрольный объем, а также изменение теплоемкости внутри данного объема.

При рассмотрении внутрипластового горения невозможно учесть все случаи теплопереноса, обусловленного теплопроводностью в крупномасштабном уравнении сохранения знергии. Так как они зависят от времени, необходимо проводить интегрирование всех уравнений, полученных в крупномасштабном приближении, включая уравнение движения, а также распределение источника тепла из-за сгорания кокса.

Однако благодаря результатам зкспериментов в адиабатической камере стало возможным введение ряда упрощающих допущений, позволяющих не рассматривать уравнение количества движения. Можно считать, что пористая д>еда имеет постоянную плотность и процесс вытеснения одномерен и не подвержен воздействию сипы тяжести. Далее, общая форма всего контрольного обьема будет представлять собой цилиндр, ограниченный двумя плоскими соответственно подобранными поверхностями. Гидродинамический и термический режимы в начальной зоне контрольного объема будут стационарными согласно определению установившегося режима, которое будет дано несколько позже.

Плоские поверхности контрольного объема выбираются таким образом, чтобы перенос тепла за счет теплопроводности вдоль зтих поверхностей обращался в нуль.

Так как результаты зкспериментальных исследований служат основой при составлении уравнений, в дальнейшем будем считать, что система адиабатична в поперечной плоскости - зто позволит составить уравнения для единицы площади сечения, перпендикулярного к направлению распространения горения. Далее положим, что потеря напора при течении пренебрежимо мала, т.е. давление будет считаться неизменным. Допустим также, что пористая среда гомогенна.

1 "l

Ряс. 6.2. Схема температурных профилей в области nqiCA виком температуры: а - сухое горение; б - влажное горение

Сухое горенне. На графике распределения температуры по оси абсцисс горизонтапы{ые касательные можно провести лишь в точках, соответствующих максимальной температуре и исходной температуре пласта. В результате для контрольного объема (рис. 6.2, а), в котором нет теплопереноса за счет теплопроводности через плоскости 1 я 2, уравнение теплового баланса может быть записано наиболее просто.

Накопленный опыт показывает, что профиль температуры на конечном отрезке кривой максимальной температуры состоит из двух частей, граница раздела которых в каждом зксперименте отмечена изломом на кривой распределения температуры. Очень скоро область, соответствующая начальной части, начинает перемещаться поступательно со скоростью Uf,. Ш конечном участке кривой скорость продвижения точки, относящейся к средней температуре, также стабилизируется, но несколько позже, и становится равной скорости продвижения точки на начальном участке кривой. Поэтому реальный профиль температуры на конечном участке кривой представляют в виде ступеньки (см. рис. 6.2, а) и полагают, что весь температурный профиль перемещается поступательно. В зтом случае говорят, что тепловой, а затем и гидродинамический режимы установились (и =ii{,).

Тогда общий тепловой баланс записывается так:

Str, (т..) + qm, - и,,. jjjt, fr,) - ж,. j-, (т,) - ;и.,л?". (т,)

. (6.4)

где m - массовый поток через ОДНУ из поверхностей, ограничивающих контрольный обьем; m/v - масса одной фазы в единице объема пористой среды; ЗС - удельная энтальпия; Q - количество тепла, высвобождаемого при сгорании единицы массы кокса; и, - скорость продвижения 4фонта горения; Тд - максимальная температура фронта горения; Tf. - начальная температура.

№дексы 7 и 2 относятся ко входу в контрольный объем и выходу