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

г у/цт/(тса)

2 X* - Т)/(РС)* J L 2 VX*«-T)/(pC)*

+ erf

2V/X*(<-T)/(pc)*

(6,31)

где a - необходимое количество воздуха; Ре = ш/ (Я яХ*) - число Пекле; /р - модифицированная функция Бесселя первого рода и порядка Ре; erf - функция, определенная в разделе 4.13.

Если Ре = О, получим решение с учетом только теплопроводности, приведенное в [6.6] и [6.7]. Если Я бесконечна, то решение принимает вид, аналогичный решению для нулевого градиопа температуры в вертикальном на1фавлеяии [6jB].

Ясно, что уравнение (631) должно решаться численными методами (рис. 6.5). Воздействие со стороны теплообмена в вертикальном нащшв-лении проявляется в снижшии температуры при отклонении от центральной плоскости пласта. Более того, уменьшение потока воздуха на фронте горения при его распространшии в радиальных направлениях приводит к падению максимальной температуры во времош. В численной модели, рассматривающей те же дсшущения, что и модель Томаса, за исключением допущения, касагацегося окружающих пород (здесь окружающие породы считаются непроницаемыми) [6.10], аналитическое решение для проницаемой области бесконечной высоты приводит к значащим максимальной температуры, на 5-10 % превышающим ее значения, полученные в рамках модели Томаса.

20 Я 40 SB а Расстояние от скважин, и

Рнс 6.5. Завнсамопъ \

тсмверятуры и швсте от

раяетов по моянш Томаса [6.9] : расход воадуха ва tammy нм*м~-ч~; колпеспюто1ипша:тИ = 2«кг/м

РеАтаты

: ы = 87

Рис. 6.6. Вымывание ццоль иертикали пласта при прохождении зоны, ииутри которой повышение температуры превосходит АГ„ = = 330 "с [6.9]. Услоиня аналогичны условинм, 1фииедеяным иа рис. 6.S.

О га ifO SO т ЮО ВО

Псеятмие мюя сквакимвй и фронтом

Допустим, что фронт горения затухает, если увеличение температуры относителыю ее началыюго значения в пласте ниже кригической величины ДГ;., равной 330 "С [6.9] или 360 "С [6.10]. Внешняя граница затухания, соответствунжцая полному прекращению горения, достигается при повышении максималыюй температуры в горячей зоне на АГ. Однако тенденция к затуханию проявляется до достижения граничного знаяошя: при радиалыюм распространопш фронта горения наблквдается непрерывное снижение коэффициента охвата процессом вымывания пласта по толщине Н при прохожД№ии зоны где увеличоше максимальной температуры превосходит А Т„ (рис. б.б). На ооювании зтих результатов были рассчитаны расходы воздуха, проходящего через фронт горения, соответствующие данным по вертикалыювяу охвату пласта при прохождении через него зоны, температура которой превосходит критическую (рис. 6.7). Из этих углов видно, что затухание процесса происходит тем быстрее, чем меньше тсяшива или необходимого количества воздуха.

Как отмечено в [6.11], приближение источника тепла постоянной высоты не всегда согласуется с приближением нагнетания воздуха на неограниченную глубину. Действительно, если температура на фронте горения превыпает минимальную температуру горения, выжженная зона начнет увеличиваться до достижошя высоты Я, на которой пронс-

Рис. 6.7. Зависимость 1фити<1ес-кого расхода иоэдуха через фронт горении от колиества топлииа для различных обьемои вымывании вдоль вертикали пласта фи ща-хождении зоны с АГ> АГ:

/ - аналитическая модель Томаса [б.9] АГр, = 330 "С; П -численная модель Шу [б.10] Аг, = = 360 "С; / - пымыаание идоль иертикали 90 %; 2 - иымыаание идоль иертикали 70 %; 3 - иымы-иание идоль иертикали О %; 4 - ииешняя гршица затухания; 5 - начало пропесса затухания

ходит зажигание. Получаемый из зтого закон измжения температуры был использован при расчете минимального расхода воздуха через фронт горения, соответствующего внешней границе затухания. Эта зкст-ремальная величина Уа слабо зависит от расхода нагнетания и обратно пропорциональна толщине пласта [6.11].

Следует, однако, отметить, что аналитические модели строятся в предположении равномертости распределения воздуха по всей высоте пласта, хотя в реальных условиях воздух стремится распространяться вдоль его кровли. Считается, что для поддержания горения подачей воздуха в довольно обширную (по вертикали) область пласта необходимо обеспечить расход нагнетаемого воздуха на единицу толщины пласта, существенно превышающий его предельное значаще для затухания процесса горения, получаемое из простых моделей, не учитывающих неоднородность распределения воздуха в толще пласта. Как будет показано в разделе 62, обычно минимальный расход воздуха должен быть порядка 0,5 - 1 нмм"-ч".

Для задач с линшной геометрией при наличии приведенных выше упрощающих допущений также были получены аналитические решения для поля температур [6.12], [6.13]. В работе [6.13] дан расчет доли общего количества выделившегося при горении тепла, остающегося в пласте, при учете тепловых потерь в поперечном направлении. Верхней границей полученных роиений является роиение Ловерье или Маркса и Лонгенхейма, приведенное в гл. 4 для случая нагнетания теплоносителей.

6.1.4. Численные модели внутрипластового горения

К численным моделям для спутного потока, достаточно разработанным для описания реальных условий, обратились несколько позже, чем к моделям нагнетания теплоносителей. Здесь будут представлены лишь модели, учитывакнцие перемещение многофазных смесей. Ряд из них может быть использован для описания и Дфугих тепловых процессов, например нагнетания теплоносителей. Достаточно лишь исключить из уравнений сохранения знергии и массы члены, соответствукнцие химическим реакциям, и ввести граничные условия, характерные для рассматриваемой задачи.

В гл. 5 отмечалась возможность использования некоторых одномерных численных моделей для интерпретирования лабораторных зксперт-мопов по внутрипластововяу горению как в спутном потоке, так и при противотоке. Ряд работ посвящо! повышению точности описания реальных явлений, а также совершенствованию методик расчетов.

При описанви процессов большинство спощалистов учитывают три пша реакций (см. гл. 5), что позволяет дать точное описание явлений, происходящих при сухом и влажном горении:

окисление компонентов нефти при низкой температуре;

образование кокса из тяжелых фракций нефти;

сгорание кокса.