Лекционный комплекс
Вытеснение нефти с применением внутрипластового горения
жүктеу/скачать 1,16 Mb.
|
| Вытеснение нефти с применением внутрипластового горения
Метод внутрипластового горения подразумевает закачку в пласт воздуха или кислорода для сжигания части нефти в пласте. В зависимости от характеристик нефти в пласте происходит либо низкотемпературное, либо высокотемпературное окисление. В результате процесса, связанного с расщеплением углеводородов, в пласте происходит термическая перегонка нефти. Горная порода вместе с насыщающей ее нефтью может рассматриваться как своеобразное горючее с высокой степенью зольности (95 – 85 %). Нефть поджигается через скважину при помощи различных средств (электрических и горелок, химическими методами). Предварительно разогретая порода далее нагревает движущийся через нее окислитель до температуры выше воспламенения кокса и нефти. При нагнетании окислителя разогретая зона (очаг горения), температура которой поддерживается высокой за счет сгорания части нефтепродуктов, продвигается вглубь пласта. Горячие продукты сгорания и воздух, продвигаясь по пласту, эффективно вытесняют нефть. Далее процесс идет автотермически непрерывно за счет образования продуктов для горения (типа кокса). В области горения можно выделить несколько зон, в которых углеводороды находятся в различном состоянии (рисунок 5). Рисунок 5. Схема процесса внутрипластового горения. (по Шейнману А.Б., Малофееву Г.Е., Сергееву А.И.) Распределение: а – температуры; б – нефтенасыщенности; в – водонасыщенности; 1 – зона пластовой температуры; 1' – область с увеличенным содержанием нефти; 2 – –зона предварительного повышения температуры; 2' – область конденсации паров воды; 3 – зона испарения; 3' – область испарения воды; 4 – зона термохимических реакций; 5 – зона горения; 6 – зона регенерации тепла; 7 – содержание кокса В зоне предварительного нагрева (с температурой не менее 100°С) конденсируются вода (пластовая, связанная, реакционная) и продукты испарения нефти, поступившие из последующих, более горячих зон. Из сконденсировавшихся паров воды может образоваться оторочка горячей воды, которая вместе с газообразными продуктами вытесняет нефть из пласта. В зоне испарения с температурой 150 – 200°С проходит процесс перегонки нефти в потоке горячих газов и паров воды. Поток способствует испарению при этой температуре более тяжелых фракций нефти, чем при обычном кипении. В следующей зоне протекают термохимические процессы (крекинг, окислительный пиролиз и газификация), в результате которых из тяжелой нефти, кроме легких фракций, выделяется кокс, отлагающийся на стенках поровых каналов и взаимодействующий с неизрасходованным кислородом в зоне горения. Кислород здесь частично расходуется также на горение углеводородных паров и газов. Тепло, выделяемое в процессе горения, аккумулируется в следующей зоне и затем передается потоку легких фракций. Суммарный результат воздействия движущегося очага горения на пласт складывается из многочисленных эффектов, способствующих увеличению нефтеотдачи: образуются легкие углеводороды, которые конденсируются в ненагретой зоне пласта, впереди фронта горения, и уменьшают вязкость нефти; конденсирующаяся влага образует зону повышенной температуры и водонасыщенности (вал горячей воды). Также происходит термическое расширение жидкостей и породы, увеличиваются проницаемость и пористость за счет растворения цементирующих материалов. Углекислый газ, образующийся при горении, растворяется в воде и в нефти, повышая их подвижность; тяжелые осадки нефти подвергаются пиролизу и крекингу, что увеличивает выход углеводородов из пласта. Успешному осуществлению процесса внутрипластового горения способствуют равномерность распределения нефти в пористой среде, высокая проницаемость и пористость. Более устойчивые очаги горения возникают в породе с тяжелыми нефтями, обладающими повышенным содержанием коксового остатка. Горючим является также газ. Но процесс может проходить и при дегазированной нефти. Повышенная водонасыщенность пласта затрудняет течение процесса. При значительной нефтенасыщенности пород нефть из пласта должна быть вытеснена газом настолько, чтобы была возможна циркуляция окислителя. Тепловая волна, образующаяся при горении, характеризуется температурной кривой, имеющей два ниспадающих крыла с максимальной точкой между ними, соответствующей температуре очага горения. После движущегося очага горения остается нагретая порода, охлаждающаяся постепенно движущимся здесь окислителем. Скорость движения волны зависит от плотности потока окислителя и концентрации в нем кислорода и может изменяться от единиц до десятков метров в сутки. С увеличением содержания кислорода в окислителе скорость перемещения очага горения возрастает. В рассмотренной прямоточной системе фронт горения направляют в сторону движения потока окислителя (рисунок 6). Процесс возможен и при противоположном движении фронта горения (противоточный вариант). Зоны: I – холодная; II – –кондуктивного нагрева; III – горения; IV – нагретая зона за фронтом горения; 1 – нагнетательная скважина; 2 – эксплуатационная скважина; 3 – направление движения окислителя; 4 – направление перемещения очага горения; 5 – температурный профиль Различают прямоточный процесс внутрипластового горения и противоточный. При прямоточном процессе очаг горения перемещается по пласту в направлении нагнетаемого воздуха, т.е. от нагнетательной скважины к окружающим эксплуатационным. В этом случае пласт разжигается со стороны нагнетательной скважины. Прямоточный процесс горения эффективен при сравнительно легкой нефти. Нефть вытесняется по всему пласту впереди фронта горения при температурах, близких к пластовой, что является недостатком. При противоточном процессе очаг горения перемещается по пласту в направлении, противоположном нагнетаемому воздуху, т.е. от эксплуатационных скважин к нагнетательной. В этом случае пласт разжигается на забоях эксплуатационных скважин при последующей подаче окислителя через центральную нагнетательную скважину. При этом прогретая зона остается не за фронтом горения, как при прямоточном процессе, а перед ним, что способствует более эффективному вытеснению нефти. В этом случае температура пласта начинает повышаться в зоне II за счет теплопроводного распространения тепла из зоны горения. Здесь происходят процессы испарения нефти и воды. В зоне III сгорает часть легких фракций нефти. Количество сгорающих нефтепродуктов зависит от плотности потока окислителя. Оставшаяся часть нефти в этой зоне испаряется и разлагается, через горячую зону IV газообразные продукты поступают в скважину. Рисунок 6. Схема распределения температуры при противоточном процессе При рассмотренном варианте прямоточного внутрипластового горения скорость перемещения фронта горения значительно опережает скорость переноса тепла воздухом из выжженной зоны вследствие низкой теплоемкости воздуха. Поэтому значительные запасы тепловой энергии в этой зоне теряются через подошву и кровлю пласта. Процесс становится более экономичным, если в зону горения подается в определенных соотношениях воздух с водой (влажное горение). При этом из-за высокой теплоемкости воды скорость конвективного переноса теплоты водовоздушной смесью возрастает, потери теплоты позади фронта горения сокращаются. Таким образом, различают следующие технологии реализации внутрипластового горения: -сухое внутрипластовое горение – СВГ; -влажное внутрипластовое горение – ВВГ; -сверхвлажное внутрипластовое горение – СВВГ. Сухое горение осуществляется при подаче окислителя атмосферного воздуха, практически не содержащего водяных паров. При влажном горении на 1 м3 воздуха добавляется около 1 л воды. При сверхвлажном горении содержание воды доводится до 5 л. жүктеу/скачать 1,16 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|