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

необходимого для прохождения фронтом горения объема пласта, равного 1 м:

Здесь ui - содержание кислорода в окислителе; - степень использования окислителя.

По формуле (5.4) определяется объем окислителя, требующийся для «выжигания» одного кубического метра пласта.

Проведем расчеты по формуле (5.4). Примем согласно опытным данным п = 1,6, т = 3,5, z = 25 кг/м*, oi для воздуха равно 0,21,

= 0,9. Тогда из (5.4) имеем

22.4 (1 + 0.4)-25 ,,,.,,э.25 ,,3

0,21.0-,9(12+1.6) ~ 0,21 • 0,9-13,6-

Экспериментальные исследования показывают, что скорость продвижения фронта горения прямо пропорциональна расходу окислителя.

Это означает, что изменение скорости подачи окислителя приводит к пропорциональному изменению скорости продвижения зоны горения или что размер зоны горения при этом практически не изменяется. Если бы изменялся размер зоны горения, то увеличение расхода окислителя приводило бы к увеличению размера зоны интенсивной реакции. Тогда скорость продвижения фронта горения определялась бы химической кинетикой, а не расходом окислителя.

Таким образом, если для прохождения фронтом горения одного кубометра пласта требуется Ro м* окислителя, то для скорости продвижения фронта горения Уф получаем простую формулу

где 0 - расход окислителя, приведенный к атмосферным условиям; S - площадь сечения пласта, через которое проходит фронт горения.

Формулы (5.4) и (5.5) являются очень важными в теории внутрипластового горения. Они позволяют определить основные показатели горения - расход окислителя и, при некоторых предположениях, - объем нефти, получаемой из пласта путем внутрипластового горения.

Сделаем расчеты. Допустим, что пористость пласта составляет 20%, начальная нефтенасыщенность 95%. Предположим также, что до проведения горения разработка пласта не осуществлялась никакими иными способами. Содержание нефти в одном кубическом метре пласта в данном случае при плотности нефти 900 кг/м* будет 0,2.0,95-900 170 кг/м».

При осуществлении внутрипластового горения 25 кг/м* нефти превращаются в кокс и сгорают. Таким образом, с 1 м* пласта - выжженной его части - будет получено 170-25 = 145 кг нефти.

Затрата воздуха для выжигания 1 м* пласта равна 280 м*. Отсюда на получение 1 т нефти из пласта за счет внутрипластового горения будет затрачиваться 280-1000/145 = 2000 м воздуха.

Для расчета давления нагнетания воздуха необходимо более подробное рассмотрение динамики жидкостей и газов в пласте при внутрипластовом горении нефти.

Однако прежде чем переходить к изложению термогидродинамической теории процесса внутрипластового горения, рассмотрим некоторые интересные особенности этого процесса. Выясним следующий вопрос: какими основными факторами определяется количество кокса, необходимое для поддержания внутрипластового горения?

Для этого требуется выяснить влияние на процесс горения скорости конвективного переноса тепла и скорости продвижения фронта горения, а также рассмотреть баланс тепла в пласте при внутрипластовом горении.

Для выяснения принципиальных закономерностей движения фронтов тепловой конвекции и горения будем приближенно считать, что в зонах 3 я 4 (см. рис. 104) существует только конвективный перенос тепла, а теплопроводность отсутствует. Пренебрежем пока и уходом тепла в кровлю и подошву. Тогда можно считать, что распределение температуры Т в зонах 3 и 4 определяется уравнением

/(Г, р)+=0; (5.6)

СгРгт + СтРт(1-т)

где Сг, с,. - удельные теплоемкости газа (воздуха) и пород пласта; рг, рт - плотности газа и пород пласта; т - пористость пласта; Vt - скорость фильтрации газа.

Из (5.6) получается, например, следующее выражение для скорости v фронта конвекции:

"r--f{T, Р). (5.7)

Для скорости фронта горения имеем, в соответствии с (5.5), следующую формулу:

где S, как и в формуле (5.5), - площадь сечения пласта.

Если приближенно считать окислитель (воздух) идеальным газом, то

У?Р? = УгРг, (5-9)

где pj - плотность окислителя в атмосферных условиях. 198

Для отношения Уф/у,. получаем на основе (5.7) и (5.8) следующую формулу [51]:

Ф СтРт(1 -та)--СгРгта

Произведем теперь оценку Уф/Ут по формуле (5.10). Воздух, используемый в качестве окислителя, имеет в интервале температур от О до 300° С удельную теплоемкость = 0,71 Дж/кг-К = = 0,17- ккал/кг •°С. Плотность воздуха в атмосферных условиях равна 1,3 кг/м. Пусть пластовое давление р„„, при котором осуществляется горение, равно 49 -10 Па = 50кгс/см2, а отношение начальной пластовой абсолютной температуры Т„л к абсолютной температуре в третьей зоне Гз равно TnJT = 0,5.

В этом случае в пластовых условиях плотность воздуха =

Р?ЯплГпл = 13.50.0,5 = 32,5 кг/м» (э - атмосферное давле-

J зРат

ние). Возьмемm = 0,2, = 1,05 Дж/кг-К = 0,25 ккал/кг-°С, = = 2,5-103 кг/м».

Тогда с,р, (1-га) = 0,25-2,5-10-0,8 = 500, а с,р, = 0,17 X X 32,5-0,2 f=»l,l. Следовательно, формулу (5.10) можно упростить, считая приближенно

ф СтРт(1 -та) /с; Hv

При До = 280 м/м и приведенных выше данных

!т 280-0,17-1,3

Таким образом, при принятых выше параметрах фронт горения движется значительно быстрее фронта конвекции. Следовательно, генерируемое при внутрипластовом горении тепло остается в основном позади фронта горения. Если учитывать уход тепла в кровлю - подошву, то это тепло будет бесполезно рассеиваться в окружающие породы.

Теперь рассмотрим другую важную особенность процесса внутрипластового горения, связанную со скоростями движения фронтов тепловой конвекции и горения.

Если скорость движения фронта горения намного превышает скорость фронта конвекции, то при достаточно длительном ведении процесса внутрипластового горения распределение температуры в зонах 1, 2 и 4 (см. рис. 104) будет мало меняться, а длина зоны 3 будет увеличиваться. За время At фронт горения при этом продвинется на расстояние Ахф, а фронт конвекции - на Ах,., так что весь профиль температуры передвинется вправо и займет новое положение, показанное на рис. 104 пунктирной линией. Легко видеть, что площадь, ограниченная кривой Г на этом рисунке и осью абсцисс, пропорциональна количеству тепла q, содержащемуся в пласте.