Диссертация (1172983), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Изначально трубы горения сразмерами до 20 см в диаметре и длиной 4,5 м использовались для имитациипроцесса горения [60], но в последнее время для сокращения времени работысовременные конструкции реализуются в меньших размерах и обычно имеютдлину 90-180 см и диаметр 7,5-10 см (таблица 3.2).Таблица 3.2 - Размеры ТГ в различных лабораториях, изучающих ВПГ [61]МестонахождениеДлина,смДиаметр,смТолщинастенки (см)ИсточникU. of CalgaryStanford UniversityAmocoTexacoEsso Resources, Canada18090180150120107,5107,57,50,1050,04н.д.0,1050,0625Mehta (1997) [62]Mamora (1993) [63]Yannimaras (1998) [64]Bousaid (1987) [65]Leaute and Collyer (1984) [66]Минимизация теплопотерь в лабораторных трубах горения конструкционнореализуется двумя способами [41, 67-69]:1.Теплопотериминимизируютсятолькоизоляцией,поэтомудлявыполнения экспериментов на данных ТГ требуются высокие скорости закачкивоздуха, сопоставимые с промысловыми условиями [67], а также необходимые дляуменьшения времени пребывания в трубе и, следовательно, потерь тепла.
Но при59этом большие скорости закачки сложно выдерживать в трубе из-за высокихперепадов давления в породе. Кроме того, с увеличением закачки воздухавозможно повышение потребности в воздухе и количестве топлива [41].2. Обеспечение квазиадиабатического процесса в ТГ. Для минимизациитеплопотерь от стенки трубы и поддержания адиабатических условий в трубе, вбольшинстве современных конструкций используются трубы с компенсирующиминагревательными элементами, установленными вдоль ТГ на равном расстояниидруг от друга и рассчитанными на соответствие температуры стенки (нагревателя)с центральной температурой трубы в каждой зоне нагрева.
Основная проблема сиспользованием нагревателя заключается в сведении к минимуму возможностииспользования нагревателей, влияющих на продвижение фронта горения. Внастоящее время изучение этой проблемы не привело к удовлетворительному еерешению [68-69].Исследования теплообмена в ТГ различной конструкции [70], работающих водинаковых условиях, показало, что ТГ большего диаметра и более короткаядлина зоны нагрева играют важную роль в достиженииадиабатическогосостояния и минимизации тепловых потерь.Необходимо тщательно контролировать мощность, потребляемую каждымиз нагревателей, чтобы минимизировать осевой температурный градиент ибоковые теплопотери каждой отдельной секции ТГ. В каждой зоне нагреванаходится пара термопар, одна из которых прикреплена к внешней стенке трубки,а другая, вставленная через стенку в центр трубки, используется для управлениямощностью, подаваемой в нагреватель, и поддержания температуры стенки итемпературыпородывТГпочтиравной.Температурастенкикаждойнагревательной зоны обычно поддерживается на 5°С ниже соответствующейцентральной температуры для минимизации боковых потерь тепла и дляобеспечения того, чтобы нагреватели не поддерживали и/или не приводили вдвижение фронт горения.60Основой испытательной установки в АО «ВНИИнефть» является «трубагорения»оригинальноймоделированияконструкции,процессовпредназначеннаявнутрипластовогогорения,дляфизическогоконструкционнообеспечивающая близкий к адиабатическому процесс [117].Конструкционно «труба горения» разделена на дискретные секции, каждаяиз которых оснащена индивидуальным нагревателем и термопарами.
Нагревателипредназначены для компенсации теплопотерь в окружающую среду и инициации«поджига». Термопары осуществляют непрерывный контроль температуры, как наповерхности каждой секции, так и по центральным точкам секций вдоль оси«трубы горения». На границах секций для исключения перетоков тепла по трубеустановлены специальные теплоотводящие радиаторы.Схема процесса высокотемпературногоокисления в «трубе горения»представлена на рисунке 3.10.Рис. 3.10 Схема процесса высокотемпературного окисления в «трубе горения»: а оценка температуры воспламенения Твосп и температуры фронта горения Тф.г; б- температурный профиль; в - схема «трубы горения» с зонами, образованными впроцессе высокотемпературного окисления; Т - температура внутри «трубыгорения»; L - длина «трубы горения»61«Труба горения» обладает следующими техническими характеристиками:максимальное давление 8 МПа, максимальная температура 700°С, длина трубы150 см, диаметр 8 см, длина секции 10,5 см.В «трубе горения» также исследуется влияние различных факторов напротекание процесса горения, позволяющей моделировать условия, близкие кпластовым.Дозированная подача воздуха, азота, газовых смесей и жидкостей в «трубугорения» обеспечивается сосудами высокого давления.
Выходная линия «трубыгорения» последовательно соединена с конденсатором, блоком противодавления,сепаратором, газоанализатором и газовыми часами.3.5. Методикапроведенияэкспериментапофизическомумоделированию закачки в пласт воздуха/водовоздушной смеси высокогодавления на ТГВ качестве рабочей жидкости в эксперименте использовалась пробаповерхностной безводной нефти Средне-Назымского месторождения, очищеннойот механических примесей фильтрованием.ИсследуемаяпородапредставленакерновымматериаломСредне-Назымского месторождения, отобранного из дренируемой и недренируемойчастей пласта.
Весь керновый материал был предварительно размельчён дофракции 0,4-2 мм и затем смешан в следующей массовой пропорции: 90%недренируемой породы и 10% дренируемой породы.Секции 1 и 8-14 ТГ заполнялись чистым кварцевым песком фракцией 0,5-0,8мм. В секции 2-7 ТГ закладывались нормированные контрольные образцыкернового материала, не подвергавшиеся размельчению, размером ~ 3 см.Подготовленная «труба горения» опрессовывалась сухим воздухом притемпературе 22 °С и давлении 10 МПа и замерялась газопроницаемость ТГ повоздуху.62Затем «труба горения» интегрировалась впрограммно-измерительныйкомплекс (подключались датчики давления, датчики контроля температуры,система подачи флюидов, блок противодавления).Для удаления воздуха ТГ вакуумировалась, заполнялась нефтью, давлениедоводилось до 8 МПа, и подачей снизу-вверх через трубу горения объемом 7,2 лпрокачивалась нефть в количестве ~8 л.
По балансу объемов закачанной ивышедшей нефти определялся поровый объем «трубы горения».ПосленасыщениянефтьюиопределенияпоровогообъемакТГприсоединялись система сбора и анализа выходящих флюидов, включающая всебясепаратор,конденсатор-осушитель,поглотительсероводородаигазоанализатор содержания кислорода.В случае подготовки к эксперименту по закачке водовоздушной смесиединственнымдополнениемявляетсяподключениек входнойлинииТГдополнительного насоса, отвечающего за подачу дистиллированной воды.При заданном значении давления эксперимента (8 МПа) запускался прогревТГ до температуры, равной для всех секций, кроме первой, 110°С, чтосоответствует значению пластовой температуры.Температура1 -й секции,отвечающей за инициацию начала процесса горения, задавалась на уровне 240°С,соответствующей температуре самовоспламенения, предварительно определеннойнадифференциальномсканирующемкалориметреDSC1позависимоститепловыделения от температуры, представленной на рисунке 3.6.Через установленную в вертикальном положении ТГ на протяжении всеговремени до выхода на заданный температурный режим (~4 часа) сверху-внизпроизводилась прокачка азота с объемным расходом 2,4 нл/мин.
По достиженииТГзаданноготемпературногорежимапрокачкаазотапрекращалась,ификсировался объем вытесненной нефти. В том же направлении, сверху-вниз,начиналась производиться непрерывная закачка в ТГ воздуха с объемнымрасходом 2,4 нл/мин. С периодичностью в 30 минут из сепаратора, установленного63на выходе из ТГ, отбиралась жидкая фаза и замерялся ее вес. С периодичностью в60 минут из газоотводящей линии сепаратора, установленного на выходе из ТГ,отбирались пробы газа и на хроматографе определялось содержание кислорода,углекислого газа, окиси углерода, азота, сероводорода и углеводородныхкомпонентов СН4-С4Н10.По показаниям датчиков температуры регистрировались местоположение ипродвижение фронта горения вдоль оси ТГ.
Для компенсации теплопотерь вокружающую среду в автоматическом режиме поддерживалась температуракольцевых нагревателей не более чем на 10°С ниже температуры внутри трубыгорения.По окончании эксперимента и полного прекращения протекания внутри ТГокислительных процессов, генерирования сероводорода и удаления продуктовгорения внешний нагрев отключался и производилась продолжительная продувкаТГ азотом с расходом = 2,4 нл/мин. После прекращения продувки азотомфиксировался конечный объем вышедшей из ТГ жидкой фазы.В случае проведения эксперимента по закачке водовоздушной смеси через 2часа после начала закачки воздуха в ТГ началась непрерывная подача воды.-5Водовоздушноеотношение,равное0,001(расходводы2,4см /мин),поддерживалось до момента увеличения температуры фронта горения до 500°С.Целью данного эксперимента было поддержание температуры, не превышающей500°С, с помощью регулирования водовоздушным отношением.Выводы по главе 3Втретьейэкспериментальныхглаверассмотренаисследованийметодикапроведениятермическогокомплексныхвоздействиянанефтекерогеносодержащую породу.1.Представленаметодикаэкспериментальногоисследованияокислительных процессов в низкотемпературной области окисления, включающая64определение кинетических параметров окисления/деструкции нефти и ее фракцийнадифференциальномсканирующемкалориметре,оценкуиндукционногопериода от начала закачки воздуха до воспламенения нефти в пористой среде впластовыхусловиях,определениетемпературныхдиапазоновпротеканияосновных реакций и температуры самовоспламенения нефти и определениеколичества неподвижных высокомолекулярных соединений, используемых вкачестветопливадляформированияфронтагоренияспомощьютермохимического реактора.2.Рассмотренылабораторныеисследованияфизико-химическихпроцессов при установившемся режиме протекания ВПГ по определению составапродуктовреакцийорганическихкрекинга,веществ,пиролизаи окисленияопределениежидкихтемпературыитвердыхпреобразованиякерогенсодержащей породы, соответствующей максимальному выходу нефти сиспользованиемтермохимическогореактора.Спомощьютрубыгоренияустановлены скорости продвижения высокотемпературного фронта окисления,температурного профиля различных зон внутрипластового горения и определениеколичествадополнительновыделившейсянефтипризакачкевоздуха/водовоздушной смеси в керогеносодержащую породу.3.Представлено последовательно осуществляемое экспериментальноеисследование физического моделирования процесса термического воздействиявоздуха на нефтекерогеносодержащуюпороду, проводимое для полученияданных, необходимых для математического моделирования закачки воздухавысокого давления на конкретном месторождении.654.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ4.1. Кинетические параметры окисления/деструкции нефти, ее фракцийи керогеносодержащей породыНа дифференциальном сканирующем калориметре был проведен комплексисследованийпоповерхностнойпробы нефти, керогеносодержащейнизкопроницаемыхопределениюпропластковпараметрабаженовскойтепловыделенияобразцовпороды из высоко-свитыиСредне-Назымскогоместорождения, а также фракций нефти асфальтенов, смол, масел и парафинов.Образец породы из высокопроницаемого участка пласта был смешан с нефтью всоотношении 43: 1 аналогично насыщенному нефтью объему породы в пластовыхусловиях.
Зависимости тепловыделения исследуемых образцов представлены нарисунках 4.1-4.7.180160100150200250300350400450500550Температура, °СНефть при 4,5 МПаНефть при 3,5 МПаНефть при 3 МПаРис. 4.1 Зависимость тепловыделения от температуры при различном давлении впроцессе окисления нативной нефти Средне-Назымского месторождения.Скорость линейного нагрева 10 °С/мин.66120<нPQ=X4J4«>403О4=H100806040200100150200250300350400450500550Температура, °С•АсфальтеныМаслаПарафиныСмолыРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
