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

нагнетаемого в нласт агента, который должен быть хорошим теплоносителем и одновременно хорошим вытеснителем нефти.

Безразмерным показателем качества теплоносителя может быть относительная скорость переноса тепла в пористой среде при заданном перепаде давления. Заметим, что скорость конвективного переноса тепла Ип в общем случае определяется выражением

wn = -i;i, (XI. 36)

где Ai - тепло, теряемое единицей объема теплоносителя при охлаждении до начальной температуры пласта; Ап - тепло, приобретаемое единицей объема пласта при нагревании до начальной температуры теплоносителя. Скорость фильтрации теплоносителя Vi определяется законом Дарси.

Отношение скорости Ип к скорости конвективного переноса тепла для эталонной жидкости (вода при температуре 20° С) ге будем считать количественным выражением качества теплоносителя

"i-r- (XI. 37)

где с - объемная теплоемкость; р - вязкость. Для газового теплоносителя

„., = JlJiB., (XI.38)

Где Pi - абсолютное давление; индексы i, в относятся к изучаемому теплоносителю и воде.

Для пара показатель щ следует определять так

«in = i-f-, (XI. 39)

Съ }*г п Vo

Где г - теплота испарения.

Очевидно, что для воды при температуре 20° С гев = 1- По мере нагревания показатель качества теплоносителя растет в основном за счет снижения вязкости. Так, для воды при температуре 100° С имеем тцв = 4; для воздуха под абсолютным давлением \0кГ1см и при температуре 200° С reir = 0,05; в тех же условиях для углеводородных газов щт = 0,10, для водяного пара Щл~ 1,7 и т. д.

Это значит, что самым эффективным теплоносителем является горячая вода. При нагнетании в скважину горячей воды {щв = 4) пласт нагревается примерно в 80 раз быстрее, чем при нагнетании воздуха (п{в = 0,05) при одинаковых перепадах давления. Очень эффективным теплоносителем является водяной нар особенно на линии насыщения при высоких давлениях.

Промышленный теплоноситель для тепловой обработки пласта, кроме высокой теплоемкости и низкой вязкости, должен обладать высокой вытесняющей способностью.

Лабораторными опытами Стовелла [67 ] было показано, что водяной пар на линии насыщения обладает практически совершенной вытесняющей способностью: независимо от исходной температуры пар вытесняет из песка почти всю остаточную нефть. В то же время из опытов К. А. Оганова [55] следует, что горячая вода вытесняет из песка лишь немного больше нефти, чем холодная, и поэтому тепловая обработка нефтяного пласта горячей водой не может быть рентабельной. Только водяной пар может рассматриваться в качестве достаточно рентабельного промышленного вытеснителя для тепловой обработки нефтяного пласта [83]. Дальнейшее повышение эффективности тепловой обработки пласта возможно при усовершенствовании технологии процесса, снижении тепловых потерь и пр. Тепловые потери нарастают прямо пропорционально перепаду температур между теплоносителем и пластом и снижаются с ростом темпов нагнетания. Поскольку вытесняющие способности пара не зависят от температуры, то для сокращения тепловых потерь следует применять для обработки пласта пар с минимальной температурой, которая соответствует пластовому давлению на фронте горячей воды. Значительную экономию в расходах тепловой энергии дает метод обработки пласта, предложенный сотрудниками УкрНИГРИ [82], основанный на регенерации запаса тепловой энергии предварительно нагретой зоны пласта. При этом нагнетаемая в скважину холодная вода, попадая в горячую зону, нагревается и превращается в пар, который на выходе за пределы горячей зоны пласта конденсируется и вытесняет остаточную нефть. При зтом горячая зона переносится в глубь пласта, обрабатывая постепенно все новые участки залежи без дополнительных расходов тепловой энергии. Лабораторные эксперименты, проведенные К. А. Огановым [55], подтвердили в принципе реальность такого процесса и показали, что расходы тепловой энергии на прямую обработку пласта предлагаемым способом в несколько раз меньше, чем при сплошном нагревании пласта, а потери тепла в стволе скважины полностью отсутствуют, так как в скважину нагнетают холодную воду.

С теоретической точки зрения вопросы превращения потока воды в пористой среде в поток пара на входе в горячую зону, конденсация пара на выходе из горячей зоны и в связи с этим вопрос конвективного переноса горячей зоны конденсирующимся паром еще очень слабо изучены. Аналитической базой для исследования указанных явлений может быть уравнение энергии для потока упругой жидкости в пористой среде [93], которое выведено в главе HI этой книги

div Я grad Т-с~-у у grad I-myTd. (XI. 40)

В данном случае для условий парообразования и конденсации следует учитывать скрытую теплоту испарения при определении

энтальпии / и энтропии s, что значительно усложняет точное аналитическое решение задачи. В то же время решение конкретных примеров с помощью быстродействующей вычислительной техники, видимо, несложно.

Предварительно нагретая горячая зона в призабойной зоне скважины может быть создана путем нагнетания в скважину горячего агента или более просто - методом воспламенения пласта.

ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ПЛАСТА Тепловая обработка пласта С ПО-

МОЩЬЮ передвижного очага горения кажется очень перспективной. За рубежом этой проблеме уделяется серьезное внимание. Проводятся многочисленные лабораторные и промысловые опыты, о которых некоторое представление дает обзор литературы по термическим методам [57]. В итоге многочисленных экспериментов установлено, что воспламенение нефтяного пласта удается осуществить лишь при наличии очень тяжелой нефти в няасте, оставляющей за собой при вытеснении и нагревании достаточное количество кокса. Большинство пластовых нефтей не дает Стационарного очага горения в пласте, что уже доказано многими экспериментами. Для нефтей прикарпатских месторождений К. А. Оганов получал в лабораторных условиях очаг горения, затухающий по пути перемещения (см. рис. 29), что свидетельствует о недостаточном количестве горючего в зоне реакции. И наоборот, в опытах зажигания газовоздушной смеси в сухом песке температура горячей зоны повышалась по пути перемещения до стабильных значений (рис. 46). Видимо, в большинстве случаев для стабилизации горения нефтяного пласта необходимо доставлять недостающее количество топлива в зону горения извне вместе с воздухом в количестве, зависящем от качества пластовой нефти. Питаемый извне шередвижной очаг горения можно создать и поддерживать и в водоносном пласте.

По температурным кривым на рис. 46 заметно, что ширина горячей зоны в пласте увеличивается по пути движения, очевидно, вследствие более быстрого движения фронта. Конвективный перенос фронта осуществляется продуктами горения и парами остаточной ефти и воды, теплоемкость и вес которых больше, чем исходной горючей смеси. Кроме этого, при переходе через фронт горячей зоны конденсируются пары воды, образовавшейся в процессе горения углеводородов. Расширение горячей зоны приводит, с одной стороны, к иышению расхода тепла на тепловую обработку пласта, а с другой стороны, - к ускорению темпов обработки; последнее сказывается положительно на экономике процесса.

Технология воспламенения нефтяного пласта несложная. Вначале t помощью забойной горелки или электронагревателя поднимают температуру забоя до точки самовоспламенения кокса, а затем наг-нетают в скважину 1ВОздух. Если собственного горючего в пласте ведостаточно, то после охлаждения забоя добавляют в воздух неко-