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

Представим теперь схематично распределение температуры при внутрипластовом горении в виде прямоугольника (рис. 105). За время At фронт горения переместится на расстояние Ахф, а фронт конвекции - на расстояние Ах. Будем для простоты считать, что температура закачиваемого в пласт окислителя равна пластовой температуре Т„,. Согласно рис. 105 изменение содержания тепла в пласте Ад определяется следующим образом:

Ад, = (Т - Т) cpS Ахф - (Г - r„J cpS Ах,

(5.12)

где ср - произведение удельной теплоемкости на плотность вещества пласта в целом; S - площадь поперечного сечения пласта;

Т - среднее значение темпера-г туры в нагретой зоне.

.Z , J Вместе с тем изменение содер-

I жания тепла в пласте за время I At определяется вводом тепла в I пласт за счет сгорания кокса и уходом тепла в окружающие пласт породы. Следовательно,

Рис. 105. Схематичное распределение температуры при внутрипластовом горении

Адт = 2Л5Ахф-Ад„. (5.13)

Здесь Z, как и выше, - содержание кокса в пласте в кг/м; А - теплота сгорания кокса в ккал/кг; Адп - утечка тепла в окружающие пласт породы за время А

Если приравнять выражения (5.12) и (5.13), разделить левую и правую части полученного выражения на At и устремить At к нулю, получим после соответствующих преобразований следующую формулу:

г =---,

(5.14)

dgn dt

Из формулы (5.14) видно, что количество кокса, требующееся для поддержания внутрипластового горения при постоянной температуре Т в нагретой зоне, через которую прошел фронт горения, существенно зависит от отношения Vj/ Vф, уменьшаясь при возрастании vjv. При vjvф = 1 для поддержания горения в пласте требуется лишь такое количество кокса, которое нужно для компенсации потерь тепла в окружающие пласт породы.

Следует подчеркнуть, что формула (5.14), как и весь приведенный выше анализ движения фронтов горения и конвекции, не являются строгими и имеют лишь иллюстративный характер.

Если считать пласт полностью теплоизолированным (u» = 0), то из формулы (5.14) получается, что для поддержания внзггрипла-стового горения вовсе не потребуется коксового топлива, т. е. даже когда горения в пласте не будет, все температурные зоны смогут перемещаться на какое угодно расстояние.

Конечно, строго говоря, это не так. Из-эа различия теплофизи-ческих свойств флюидов при различных температурах эти температурные зоны будут двигаться с различными скоростями и установившегося движения температурных зон не будет достигнуто. Однако при стремлении vjv к единице величина z действительно будет существенно уменьшаться.

Заметим, что формулу (5.14) можно применять при О vJ Уф1.

Из приведенных выше рассуждений следует, что количество остаточного топлива, требующегося для осуществления внутрипластового горения, т. е. для поддержания температуры на фронте горения на определенном уровне, существенно зависит от характеристик переноса тепла в пласте.

Следует обратить внимание на то, что в формуле (5.14) имеется в виду именно требующееся количество кокса, а не то, которое фактически образуется при протекании процесса подземного горения. Фактическое количество кокса зависит от свойств исходной нефти, температуры процесса и т. д. Если фактическое количество кокса будет превышать требующееся, то, как следует из совместного рассмотрения формул (5.10) и (5.14), температура в нагретой зоне будет сильно возрастать.

§ 6. СОЧЕТАНИЕ ВНУТРИПЛАСТОВОГО ГОРЕНИЯ С ЗАВОДНЕНИЕМ

Рассмотрение в предыдущем параграфе особенностей процесса внутрипластового горения показывает, что ускорение тепловой конвекции позволяет не только быстрее продвигать нагретую зону в пласте и тем самым ускорять вытеснение нефти из пласта, но и может способствовать уменьшению требующегося для ведения процесса кокса, а следовательно, и количества генерируемого в пласте тепла и, что самое главное, окислителя (например, сжатого воздуха). Это может привести к существенной экономии требующегося для осуществления внутрипластового горения сжатого воздуха, составляющего значительную статью затрат.

Не менее важным фактором, как это видно из предыдущего анализа, является возможность ведения внутрипластового горения в пластах, содержащих малое количество кокса, что может иметь место, например, в залежах легких маловязких нефтей.

Каким же образом можно ускорить процесс тепловой конвекции в пласте? Одним из путей ускорения тепловой конвекции при внутрипластовом горении является закачка вместе с воздухом воды как более теплоемкого вещества.

Э. Б. Чекалюком, К. А. Огановым и А. Н. Снарским [87, 120] было предложено осуществлять перемещение предварительно нагретой за счет горения зоны пласта путем закачки в пласт воды. В дальнейшем были предложены [51, 135, 54, 128] способы осуществления внутрипластового горения путем непрерывной закачки в пласт смеси окислителя с водой. Механизм процесса, сочетающего подземное горение и заводнение и получившего название «влажного горения», стал известен лишь в последние годы.

Использование анализа движения фронтов горения и конвекции, проведенного в предыдущем параграфе, позволяет получить применительно к влажному горению следующую формулу, аналогичную формуле (5.10):

"Ф СтРт (1 - та) + m [сгрг (1 - 5р) + <-рРв!в] (g

Ло(сгр? + СвРв-)

В зтой формуле с„, рв - соответственно удельная теплоемкость и плотность воды; - скорость фильтрации воды; s - насыщенность водой порового пространства; у? - скорость фронта конвекции при влажном горении. Остальные обозначения - те же, что и в предыдущем параграфе.

Оценим теперь величину Vфlvl, используя те же значения исходных параметров, что и при расчете по формуле (5.11) предыдущего параграфа, принимая = 4,19-10 Дж/кг-К = 1 ккал/кг-°С, рв = = 10 кг/м. Тогда на основе формулы (6.1) получаем, что уже при у„/у? = 2-10" величина i4 1,6, что существенно отличается от значения Уф/у, = 8, полученного в предыдущем параграфе. Фронт конвекции при влажном горении будет перемещаться уже значительно быстрее, чем при сухом горении.

При осуществлении влажного горения закачиваемая в пласт вода будет передвигаться по пласту в виде пара как неносредственно в зоне 1"орения, так и несколько впереди и позади нее. В соответствии с материальным балансом получаем

Рвв = Рпп, (6-2)

где Рп, - плотность в пластовых условиях пара и скорость фильтрации пара.

Если пренебречь в формуле (6.1) членом СгРг (1-«в), то из (6.1) с учетом (6.2) получим следующее выражение для соотношения скоростей фронта горения и тепловой конвекции в зоне пара:

% стрт(1 -m) + mcnpn Ло(сгР?+СпРв-)

(6.3)

Выполним оценку но формуле (6.3). При давлении, например, 50 кгс/см2 теплосодержание пара при Т = 300° С равно около 700 ккал/кг. Следовательно, = 2,34 ккал/кг •°С. При зтом р