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

горения в двух направлениях (к центру и от центра) определяются формулой (VII. 59)

qr =8nhK-je-4T-Tn), (IX. 12)

где = 2j - мощность теплопроводных потоков равна, очевидно, мощности очага горения в ккал/ч; Гг и Гд - разность между начальной пластовой температурой и температурой в зоне горения.

Значение безразмерного параметра А; зависит от темпов нагнетания горячей смеси и теплопроводности и аналогично (VII. 52)

= 1ОТ №13)

где Vi - расход горючей смеси; а - ее теплоемкость.

При больших значениях параметра А; точную функцию (IX. 12) можно заменить более простым приближенным выражением (VII. 61), а именно

qrlOhXYk{Tr-Tn). (IX. 14)

Погрешность определений по этой формуле для А; >-2 не превышает 5%.

Соотношения (IX. 12) и (IX. 14) определяют расход тепла в узкой полосе горения. Если объем зоны горения нарастает, то потребуется дополнительный расход горючего на подогрев дополнительных объемов пласта.

Напомним, что объемная скорость конвективного нагревания пласта определяется формулой

uILViinhK-. (IX. 15)

Разделив расход тепловой энергии (IX. 14) на объемную скорость нагревания пласта (IX. 15), получим удельный расход тепла на обработку единицы объема пласта или

0,8сп(Тг-Т)0 (JX.16)

у к у к

где Qi - удельный расход тепла в ккал/м пласта; Q - удельный расход тепла на нагревание породы в ккал/м.

Из (IX. 16) можно сделать вывод, что на тепловую обработку расходуется тепла меньше, чем на сплошной нагрев пористой среды. Для А; = 4 экономия тепловой энергии достигает 60%.

Для питания области горения достаточным количеством горючего необходимо, чтобы его теплотворная способность компенсировала теплопотери (IX. 12), а именно

qr = PiqiVi, (IX. 17)

где Рг - объемная доля горючего газа в смеси; qi - теплотворная способность газа; Vi - расход смеси.

Приравнивая (IX. 14) и (IX. 17), находим

Рг = 08"i(r-rn) (IX. 18)

Так, для qi = 10 000 ккал/м, а = 0,25 шал/ град, Тг - - Гп=800° С и А; =2 получим Pi= 0,011, или 1,10%. А для различных условий тепловой обработки пласта передвижным очагом горения содержание метана в смеси составит 1-4%, что соответствует избытку воздуха в пределах от 2,5 до 10%.

Полученные простые закономерности дают лишь первое приближенное представление об основных характерных чертах передвижного очага горения в пористой среде. Процесс горения в пористой среде чрезвычайно сложен. Его дальнейшее аналитическое исследование на основе дифференциального уравнения (IX. 4) требует постановки опытных работ для более точного определения скорости реакции в пористой среде в зависимости от температуры, давления и ряда других факторов.

§ 4. ВОСПЛАМЕНЕНИЕ Исследователями предпринято

НЕШТЯНОГО ПЛАСТА Уе много удачных попыток во-

спламенения нефти в пласте [57].

Как известно, для воспламенения горючего в пористом теле, например нефти или нефтепродуктов, необходимо подвести в поровое пространство кислород или воздух и нагреть пористую среду до температуры, при которой тепловое выделение преобладает над тепловыми потерями.

Лабораторные опыты зажигания модели нефтяного пласта [56] показали, что в процессе нагнетания в пласт воздуха и нагревания пористой среды из пористого скелета улетучивается почти вся жидкая нефть, а остатки гудрона превращаются в кокс раньше, чем достигается температура достаточно интенсивной реакции горения. Таким образом, основным топливом для тепловой обработки нефтяного пласта является остаточный нефтяной кокс (т. е. твердое топливо). Количество зтого топлива в пласте зависит от свойств нефти; легкие нефти почти не оставляют кокса, и позтому не удается воспламенить пласт с легкой нефтью.

Пригодными для воспламенения являются залежи тяжелой высокосмолистой нефти. Благодаря высокой дисперсности остаточного кокса в пористой среде тепловой режим процесса горения этого твердого топлива приближается к режиму горения газового топлива, при котором скорость реакции горения возрастает экспоненциально температуре, согласно закону Аррениуса (IX. И). Область диффузионного горения будет находиться в пределах нереально высоких температур.

В отличие от газовой смеси, которая сгорает в основном на подступах к горячей зоне, кокс горит в области фронта.

Мощность очага горения определяется количеством остаточного кокса и скоростью конвективного переноса горячей зоны

9r = «eiYi?i"v (IX. 19)

где т - пористость; Qi - коксонасыщенность; Yi - объемный вес кокса; qi - теплотворная способность кокса.

Разделив (IX. 19) на и, получим удельную мощность на единицу объема, после сопоставления которой с (IX. 16) можно определить установившуюся температуру горячего слоя

т gtVi gi V"k 0,8 Сп

(IX. 20)

Рис. 29. Опытные температурные кривые, полученные при попытке воспламенения легкой нефти в песке.

Как видно, возможности регулирования температур при зажигании пласта весьма ограничены только в результате изменения параметра к (за счет темпов нагнетания). Так, для т = 0,15, Qj = 0,1; gj = 8000 ккал/кг; Yi = 1,5; к = 2; Сп = 0,25 ккал/кг°С получим (Тг - Та) - 630° С. Следовательно, для поддержания устойчивого очага горения в пласте коксонасыщенность должна составлять не менее 0,1. В подавляющем большинстве случаев пластовые нефти не дают такого количества кокса. Например, попытки воспламенения карпатских нефтей в пористой среде не увенчались успехом. На рис. 29 представлены опытные температурные профили передвижного очага горения в модели пласта месторождения Сходница, зарегистрированные термометрами ТТ и Т, расставленными но пути движения с равными интервалами. Оказывается, что очаг горения остывает но пути движения и, наконец, полностью затухает ввиду недостаточного количества горючего. Поддерживать процесс горения в данном случае можно или путем более интенсивного нагнетания воздуха, или путем добавки некоторого количества горючего газа к нагнетаемому воздуху.