Файл: Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки.pdf

В исследуемых интервалах параметров интерполяционные формулы для определения коэффициентов теплопроводности пород в зависимости, от совмест­ ного влияния факторов имеют вид:

для экстрагированных относительно сухих песчаников пористостью 13—

I ° I'

I о !■*

Рис. XVII.1. Зависимости удельного содержания топлива в породеqT (в кгна 100 кг песка) от свойств нефти и при сухом горении.

/ —опыты на установке с камерой; 2 —опыты на трубной модели; данные для нефтей Краснодарского края: 3 —I майкопского горизонта месторождения Павлова Гора; 4 — IV сарматского горизонта месторождения Зыбза—Глубокий Яр; 5 —I майкопского гори­ зонта Нефтянского месторождения; Н/С —соотношение атомов водорода и углерода в сы­ рой нефти

362

Рис. XVI1.2. Зависимости <7,юз и концентрации сгорающего топлива <7СТ при влажном

внутрипластовом горении (нефть угленосного горизонта Ташлиярской площади Ромашкинского месторождения) от р:

/ —удельный расход воздуха; 2 —концентрация сгорающего топлива

для экстрагированных относительно сухих известняков пористостью 18—

где коэффициент0,9 учитывает влияние на теплопроводность пластовогодавления.

В формулах (XVI 1.2)—(XVI 1.5) рвс — всестороннее давление; 7tCn* ^нас — коэффициенты теплопроводности сухой и насыщенной породы при рвс = 0,1 МПа, Т = 300 К и sB= 0.

Отклонения расчетных значений теплопроводности пород от эксперимен­

=0,68 кДж/(кг-К) и X = 3,0 Вт/(м-К); для известняков пористостью 18—26 %

С= 0,88 и X = 2,0; для водонасыщенных песчаников С = 0,9 и X= 6,1; для

известняков С = 1,26 и X = 3,4.

Удельное содержание топлива и удельный расход воздуха при сухом внутри­ пластовом горении можно приближенно определить с помощью рис. XVII. 1.

При влажном горении наблюдаются меньшие удельные содержания сгора­ ющего топлива в породе и удельные расходы воздуха. Зависимость содержания сгорающего топлива и удельного расхода воздуха на горение от соотношения воды и воздуха (3 для нефти Ташлиярской площади Ромашкинского месторожде­ ния (плотностью 0,898 г/см3) приведена на рис. XVII.2.

Оптимальное соотношение воды и воздуха при влажном горении, обеспе­ чивающее минимальный расход воздуха, определяют по результатам лаборатор­ ных исследований на моделях пластов. По данным опытно-промышленных испы­ таний это соотношение составляет 2—5 л/м3. Однако даже лабораторные экспе­ рименты позволяют судить об оптимальном соотношении вода—воздух ориен­ тировочно (в связи с затруднительностью соблюдения критериев подобия в экс­ периментах). Поэтому внутрипластовое горение обычно следует начинать с опытно­ промышленных работ на специально выбранном сравнительно небольшом уча­ стке, свойства пластовой системы на котором типичны для залежи в целом. Реа­ лизация процесса на опытном участке в течение 1—2 лет позволит более обосно­ ванно запроектировать этот процесс для применения на залежи в целом (с исполь­ зованием уточненных исходных данных, полученных на опытном участке).

К дополнительным исходным данным, учитываемым при проектировании процесса внутрипластового горения, относятся кинетические показатели окисле­

363

ния нефти кислородом воздуха. Чаще всего зависимость скорости реакций ot параметров процесса описывают следующей формулой:

(XVII.6)

где AQ— предэкспонеициальный множитель; pQ — парциальное давление кис­

лорода; п — показатель, учитывающий влияние давления на скорость реакции; Е — энергия активации; R — универсальная газовая постоянная.

Эксперименты показывают, что на скорость реакции большое влияние ока­ зывает степень окисленности нефти — отношение количества кислорода, всту­ пившего в реакцию с нефтью, к количеству кислорода, теоретически необходи­ мого для полного сгорания нефти. Это объясняется сложным строением молекул нефти и наличием различных по прочности связей в них. Для учета влияния сте­ пени окисленности предложена формула

(XVII.7)

Здесь / — степень окисленности нефти; К — коэффициент пропорциональности, значение которого изменяется от нескольких единиц до нескольких десятков.

Эксперименты для определения А0, я, Е и К проводят на лабораторных моделях пластов с использованием нефти конкретного месторождения, при этом в качестве пористой среды применяют размолотую породу продуктивного пласта.

Методика эксперимента следующая. Через нагретую до некоторой постоян­ ной температуры модель пласта прокачивают воздух и периодически замеряют состав выходящего из модели газа. Скорость реакции определяют как разность темпа поступления и темпа выхода кислорода из модели, отнесенную к количе­ ству нефти в модели пласта. При низких температурах, когда скорость реакции мала, воздух закачивается в модель при закрытом выходном вентиле. В этом случае скорость реакции рассчитывается, исходя из темпов падения концентра­ ции кислорода в модели. По результатам экспериментов при различных темпе­ ратурах определяют AQи Е\ при различных р0 — я; при различных / — К.

Следует отметить, что интервал температур, при котором вычисляют энер­ гию активации, должен соответствовать тому интервалу температур, при кото­ ром будут проводиться в последующем расчеты, так как небольшая ошибка в определении параметра Е приводит к большим погрешностям расчета скорости реакции. Особенно важно соблюдать это условие при подсчетах времени созда­ ния фронта горения путем самовоспламенения нефти, когда кинетические пара­ метры определяют при температурах, близких к начальным пластовым.

§ 3. РАСЧЕТЫ ПО СОЗДАНИЮ ВНУТРИПЛАСТОВОГО ФРОНТА ГОРЕНИЯ

Создание фронта горения в призабойной зоне пласта у нагнетательных скважин может быть осуществлено одним из двух способов:

1) самовоспламенением, т. е. путем окисления нефти закачиваемым в пласт воздухом;

2) подогревом пласта до температуры воспламенения топлива (с помощью забойных электронагревателей, газовой горелки, химических средств и др.), если процесс самовоспламенения ожидается длительным (более 100 суток).

Время, необходимое для создания фронта горения путем самовоспламенения нефти (при закачке в пласт только воздуха),

С пЛ ПЛ(■ + 2ТНПЛ/В) ехр ( - В/Тн пд)

(XVII.8)

т5нР,Л(Рог)" ВОо2

где СПл — объемная теплоемкость нефтенасыщенного пласта; Типл — начальная пластовая абсолютная температура; В — E/R; G0 — теплота реакции окисления.

364

В большинстве случаев для определения времени создания фронта гореййя путем самовоспламенения нефти в пласте соотношение (XVII.8) позволяет полу­ чать практически точные результаты. Однако эта формула не учитывает влияния степени окисленности нефти на скорость реакции и теплопотери в кровлю и по­ дошву пласта. В некоторых случаях (при незначительной толщине пласта, низ­ кой нефтенасыщенности и небольшой пористости его, значительном коэффи­ циенте Ку а также при сочетании нескольких из этих условий) результаты расче­ тов по формуле (XVI 1.8) можно получить с существенными погрешностями при проектировании.

Приведем более точную методику оценки т, учитывающую теплопотери в кровлю и подошву пласта, а также реальную кинетику окисления нефти кис­ лородом воздуха. Время воспламенения топлива по ней определяют путем ре­ шения интегро-дифференциального уравнения:

ATn

N = ^ПЛа ПОЗ 1^"лао

M = СплРпл ATn'y

ATn = Т'тек — Tн п.т

Я0 — теплопроводность окружающих пласт пород; а0 — температуропроводность

чиваемым воздухом по толщине; /, т — время; ТТек— текущая абсолютная пла­ стовая температура.

Задаваясь приращением температуры и решая уравнение (XVII. 10), опре­ деляем время, за которое температура поднимается на заданное значение. Так как время самовоспламенения нефти определяется в основном подъемом темпе­ ратуры от начальной пластовой до 60—80 °С, то целесообразно установить пере­ менный шаг при расчетах, чтобы повысить точность вычисления при экономном использовании машинного времени.

Если расчеты показывают, что создание фронта горения путем самовоспла­ менения невозможно, или требует много времени, то необходимо запроектировать использование забойного нагревателя. Применение нагревателя целесообразно

365