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

0,02 кг/м«. Возьмем, например Уд/у? = 10"». Тогда при та = 0,2 нз (6.3) получаем, что Уф/г;? «1. Следовательно, уже при vjvl [ОЗ, т. е. примерно при закачке 1м» воды на 1000 м» воздуха при нормальных условиях, скорость конвекции тепла в паровой зоне будет равна или больше скорости фронта горения. При увеличении количества закачиваемой воды, приходяш;ейся на каждые 1000 м» воздуха, впереди фронта горения образуется зона пара, которая и будет вытеснять нефть. Таким образом, процесс извлечения нефти из пластов при помош;и влажного горения может быть назван процессом извлечения нефти путем внутрипластового парообразования, осуш;ествляемого за счет реакции горения нефти. Механизм извлечения нефти из пластов этим способом будет во многом похож на механизм извлечения нефти паром или «оторочкой» пара. Однако при влажном горении в пласте возникают процессы, отсутствуюш;ие при закачке пара, например происходит реакция окисления нефти, в результате чего образуется углекислота СО2, действующая как химический реагент, улучшающий извлечение нефти из недр. Могут образовываться также окислы углеводородов, проявляющие свойства поверхностно-активных веществ.

Для дальнейшего выяснения особенностей процесса извлечения нефти из недр путем сочетания подземного горения с заводнением, рассмотрим этот процесс на примере одномерного прямолинейного пласта.

Пусть пласт залегает горизонтально и перекрыт сверху и снизу непроницаемыми, но теплопроводящими породами (см. рис. 104). В некоторый момент времени после инициирования горения в пласт с конца а; = О закачивается смесь воздуха с водой и тем самым осуществляется влажное горение. Пусть в рассматриваемый момент времени фронт горения находится на расстоянии Хф от входа в пласт. В области О а; Хф движется смесь воздуха с водой. Нефть из этой области была перемещена в области, находящиеся перед фронтом горения во время движения фронта горения. В области, находящейся справа от фронта горения (см. рис. 104), движутся на некотором расстоянии от фронта горения вода, азот, углекислый газ и другие продукты горения, а также нефть. Ввиду перемещения легких фракций нефти в процессе движения фронта горения из области О X х в область, находящуюся перед фронтом горения, в зтой области может образоваться «вал нефти». Значения насыщенности порового пространства газами, водой и нефтью в рассматриваемой области можно получить из решения соответствующей термогидродинамической задачи. На распределение насыщенностей в зоне пласта, находящейся справа от фронта горения, будут существенно влиять фазовые проницаемости среды при движении в ней системы газ - вода - нефть, вязкость и плотность флюидов, зависящие от температуры, а также капиллярные силы и т. д.

Поскольку для процесса влажного внутрипластового горения имеет большое значение тепловая часть термогидродинамической задачи, остановимся на этом вопросе более подробно, ограничившись

качественным рассмотрением гидродинамической части задачи. При этом уход тепла в кровлю - подошву приближенно представим следующим образом. Допустим, что в части пород кровли и подопгвы, неносредственно прилегающих к пласту, температура равна 0, а в более удаленной части пород кровли - подошвы она равна начальной, которую для простоты положим равной нулю. Температура в самом пласте равна Гд. Уход тепла из пласта как в прилегающие, так и в более удаленные от пласта породы кровли - подошвы будем считать пропорциональным разности температур в соответствующих частях пород. Примем, что зона интенсивных окислительных реакций является узкой. Будем учитывать теплопроводность пласта и конвективный перенос тепла в пласте.

Теплоемкость и плотность пород обозначим соответственно с, и Рт, теплоемкость и плотности газа и р, теплоемкость и плотность воды и нефти будем учитывать осредненно, обозначив их соответственно и р. При решении этой тепловой задачи влажного внутрипластового горения примем, что горение как бы происходит в пласте, содержащем равномерно распределенный в пористой среде кокс, а в пласт подается смесь воздуха с жидкостью, которую при тепловых расчетах примем за воду.

Рассматривая баланс тепла в элементарном объеме пласта длиной dx и мопщостью h, получим следующее уравнение переноса тепла в пласте при влажном горении:

dt2 - V-rrrr I -ж-жгж/ gj.

+ [СтРт {i - m) + с,рг (1 - S J те -Ь с«рж8ж] --j- а (Г - в) -

и уравнение ухода тепла в породы кровли - подошвы

<rPr-=iT-Q)-4e. (6.5)

В уравнениях (6.4) и (6.5) возд - расход воздуха, приведенный к атмосферным условиям; А - как и выше, теплота сгорания коксового остатка; р - стехиометрический коэффициент; - коэффициент теплопроводности пород кровли - подошвы и самого пласта; bo - ширина пласта; - насыщенность пористой среды жидкой фазой; а и Т1 - коэффициенты теплопередачи в породах кровли - подошвы; t - время.

Последний член дифференциального уравнения (6.4) представлен б - функцией Дирака на основе того, что при выводе уравнения (6.4) было принято, что фронт горения представляет собой очень узкую полосу, перпендикулярную направлению процесса.

Если привести уравнения (6.4) и (6.5) к безразмерному виду, то получим из них следующие два уравнения:

-b-< + 9{-)~sb{U); (6.6)

- = р(ф г,) £015;

Стртлувозд сгртувозд

СтРт(1 -та)--Сгрг(1 -ж)та4-СжРжжта . СтРт

a&zL Аг

СтРтУвозА СтРтУ» *

СтРтУвозд • •

возд . е . гр гр .

в приведенных выше выражениях (6.6) L - длина пласта, - температура начала интенсивной реакции окисления (горения), - пластовая температура, Увозд = «возд/ {S - площадь поперечного сечения пласта). Входящие в (6.6) величины Ъ ж с сами зависят от температуры Т или безразмерной температуры ф. Анализ показывает, что с сравнительно мало зависит от ф, в то время как Ъ зависит существенно.

Учитывая, что Увозд Р? = угРг = возд Рмзд (Рвозц - ПЛОТНОСТЬ

воздуха в нормальных условиях), получаем

( СвоздР£озд+ Сж pz

\ "возя /

-b03w ,g

СтРт

Величина р Vyl уцозд - является водовоздушным отношением, равным отношению веса воды к единице объема воздуха в нормальных условиях. При постоянных Свозд. Рвозд. И сРт оказы-вается, что в выражении (6.7) единственной величиной, существенно зависящей от ф, является с, если учесть, что жидкие вещества, движущиеся в пласте при определенных температуре и давлении, испаряются и изменяют свое удельное теплосодержание.

В дальнейших тепловых расчетах будем приближенно принимать, что в зонах до фронта горения, на фронте горения и в нагретой зоне перед фронтом горения движутся только воздух или азот, вода или водяной пар. Таким образом, будем считать, что = Св.п (св.п - удельное теплосодержание, выраженное в ккал/кг • °С для воды или водяного пара). При движении флюидов в пористой среде в процессе влажного горения давление по длине пласта будет