Сухое и влажное внутрипластовое горение реферат

Обновлено: 03.07.2024

Создание подвижного фронта горения непосредственно в пласте сокращает потери теплоты и поднимает эффективность теплового воздействия. В пористой среде, насыщенной частично коксоподобными остатками нефти, возможно непрерывное горение при подаче в пласт воздуха в необходимых количествах.

В результате горения в пласте происходит термическая перегонка нефти и унос продуктов разложения в зону перед фронтом горения. Коксоподобные остатки термической перегонки нефти в пористой среде и являются топливом, которое поддерживает очаг горения. Зона горения перемещается от стенок нагнетательной скважины в радиальном направлении. Образующиеся горячие газы проталкивают нефть и воду к добывающим скважинам. В результате создания теплового фронта, температура которого достигает 450-500°C, происходит следующее.

Переход в газовую фазу некоторых (наиболее легких) компонентов нефти, насыщающей породу перед фронтом горения.

Расщепление (крекинг) некоторых углеводородов, составляющих нефть.

Горение коксоподобного остатка, образовавшегося в результате крекинг-процесса.

Плавление парафинов и асфальтенов в порах породы.

Переход в паровую фазу пластовой воды, находящейся перед фронтом.

Уменьшение вязкости нефти перед фронтом в результате ее нагревания и смешивания с легкими фракциями нефти, переносимыми потоком газов от фронта горения.

Конденсация продуктов перегонки нефти и образование подвижной зоны повышенной нефтенасыщенности перед фронтом горения по мере снижения температур.

Образование сухой выгоревшей массы пористой породы часто с разрушенными связями между твердыми частицами вследствие термического воздействия за фронтом горения.

При внутрипластовом горении в пласте формируется несколько зон (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема внутрипластового горения:

1 – нагнетательная скважина (воздух); 2 – добывающая скважина; 3 – распределение нефтенасыщенности; 4 – распределение водонасыщенности; 5 – распределение температуры.

Выгоревшая зона со следами несгоревшей нефти или кокса, в которой закачанный воздух нагревается теплотой, оставшейся в этой зоне после прохождения фронта горения.

Зона горения, в которой максимальная температура достигает 300-500°C. Теплота в этой зоне передается главным образом за счет конвекции.

Зона испарения, в которой происходит разгонка нефти на фракции и крекинг остаточной нефти в результате ее нагрева горячими газами, поступающими из зоны горения. Пластовая и связанная воды в этой зоне превращаются в пар сухой или влажный в зависимости от температуры и давления в пласте.

Зона конденсации, в которой происходит конденсация углеводородов и паров воды вследствие понижения температуры. Нефть и вода проталкиваются к добывающим скважинам несконденсировавшимися газами и газами, образовавшимися в результате горения, такими как CO 2 ,COи N 2 .

Зона увеличенной водонасыщенности, содержащая все три компонента – нефть, воду и газы.

Зона увеличенной нефтенасыщенности, образующаяся в результате перемещения нефти из предыдущих зон и содержащая маловязкую нефть вследствие обогащения ее легкими фракциями углеводородов. Температура в этой зоне близка к первоначальной.

Невозмущенная зона, в которой пластовая температура практически остается первоначальной, а поэтому и вязкость вытесняемой нефти низкой.

Горение коксоподобного остатка нефти происходит при температуре около 375°C. Для поддержания такой температуры, а, следовательно, непрерывного горения необходимо сжечь от 20 до 40 кг кокса на 1м 3 породы. Такое количество кокса могут дать тяжелые нефти с относительной плотностью выше 0,870. Легкие нефти не дают нужного для процесса количества коксоодобного остатка. С другой стороны, очень тяжелые нефти, с относительной плотностью свыше 1, также приводят к неэффективности процесса, поскольку в этом случае содержание кокса в нефти чрезмерно велико и объем вытесняемой нефти может оказаться незначительным.

Для сжигания 1 кг кокса требуется примерно 11,3 м 3 воздуха при 100%-ном использовании кислорода воздуха. Однако для расчетов принимают коэффициент использования от 70 до 90%. Таким образом, для обеспечения процесса горения на 1 м 3 породы, содержащей от 20 до 40 кг кокса, потребуется примерно от 325 до 500 м 3 воздуха.

Воспламенение кокса в пласте происходит либо принудительно, либо самопроизвольно. Так, например, на залежи нефти Павлова Гора на одном участке фронт горения был создан самопроизвольно после прокачки около 600 тыс.м 3 воздуха в течение 66 сут (около 4-х месяцев с учетом перерывов). Для ускорения процесса на другом участке инициирование горения в пласте было осуществлено с помощью забойной газовой горелки в течение 54 ч. За это время на забое было введено около 25 млн. кДж теплоты. Для розжига пласта используются также забойные электронагреватели и зажигательные химические смеси. Дальнейшее поддержание горения осуществляется закачкой необходимого количества окислителя – воздуха.

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. Считается, что прямоточный процесс горения эффективен при сравнительно легких нефтях. 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.

Кроме того, различают сухое и влажное и сверхвлажное внутрипластовое горение. Сухое горение осуществляется при подаче окислителя атмосферного воздуха, практически не содержащего водяных паров. При влажном горении на 1 м 3 воздуха добавляется около 1 л воды. При сверхвлажном горении содержание воды доводится до 5 л.

Учитывая, что при генерации пара в зоне внутрипластового очага горения при испарении связанной воды пар способствует наиболее полному вытеснению нефти из плохопроницаемых зон, предложено в нагнетаемый воздух добавлять некоторое количество распыленной влаги для генерации пара в зоне горения. При избытке кокса и при малом количестве связанной воды такое мероприятие может привести к некоторому понижению температуры в зоне горения, за счет испарения воды и последующей ее конденсации. Кроме того, добавление некоторого количества воды снижает удельный расход воздуха, а, следовательно, указывающие, что при влажном горении удается снизить удельный расход воздуха в 1,5-3 раза.

Контроль за процессом горения в пласте осуществляется как с помощью измерения температур на забоях добывающих и специальных наблюдательных скважин, так и путем анализа выходящих газов, главным образом на содержание в них CO 2 .

Технологии извлечения высоковязких нефтей из недр с использованием внутрипластового горения

Подземный ремонт скважин. Виды подземных ремонтов, применяемая техника, оборудования. Коэффици

. работы по ликвидации аварий, допущенных при эксплуатации скважин. Ликвидация аварий, допущенных в процессе . закачки в скважины соляной кислоты с магнием; 5) внутрипластовое горение (при эксплуатации).Перед тепловой обработкой необходимо обследовать .

Основные методы увеличения нефтеотдачи пластов

. и др. Внутрипластовое горение. Метод извлечения нефти с помощью внутрипластового горения основан на . МУН Гидродинамические методы при заводнении позволяют интенсифицировать текущую . на газонефтяных залежах. Эксплуатация газонефтяных месторождений осложняется .

Основы нефтегазопромыслового дела

. проектирование разработки месторождения. При этом используются результаты пробной эксплуатации разведочных скважин, в ходе . ведения буровых работ с последующей многолетней эксплуатацией при нефтедобыче. Возрастающие объемы буровых работ .

Анализ влияния программы применения химических методов повышения нефтеотдачи пластов на себесто

. полимерное заводнение, щелочное и полимерное заводнение, внутрипластовое горение, закачка в пласт пара), были переориентированы . использования мероприятий научно-технического прогресса при разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений .

В случае обычного (сухого) внутрипластового горения, осуществленного нагнетанием в пласт только воздуха, вследствие его низкой теплоемкости по сравнению с породой пласта происходит отставание фронта нагревания породы от перемещающегося фронта горения. В результате этого основная доля генерируемой в пласте теплоты (до 80% и более) остается позади фронта горения, практически не используется и в значительной мере рассеивается в окружающие породы. Эта теплота оказывает некоторое положительное влияние на процесс последующего вытеснения нефти водой из неохваченных горением смежных частей пласта. Очевидно, что использование основной массы теплоты в области позади фронта горения, т. е. приближение генерированной в пласте теплоты к фронту вытеснения нефти, существенно повышает эффективность процесса.

Перемещение теплоты из задней области в переднюю относительно фронта горения возможно за счет улучшения теплопереноса в пласте добавлением к нагнетаемому воздуху агента с более высокой теплоемкостью - воды.

Процесс влажного внутрипластового горения заключается в том, что в пласт вместе с воздухом закачивается в определенном количестве вода, которая, соприкасаясь с нагретой движущимся фронтом горения породой, испаряется. Увлекаемый потоком газа пар переносит теплоту в область впереди фронта горения, где вследствие этого развиваются обширные зоны прогрева, выраженные в основном зонами насыщенного пара и сконденсированной горячей воды.

Внутрипластовое парогенерирование - одна из важнейших особенностей влажного горения, в значительной мере определяющая механизм процесса вытеснения нефти из пластов. Диапазон соотношений закачиваемых в пласт объемов воды и воздуха лежит в пределах от 1 до 5 м 3 воды на 1000 м 3 воздуха, т. е. водовоздушное отношение должно составлять порядка (1-5)-10 3 м 3 /м 3 . Конкретные значения водовоздушного отношения определяются многими геолого-физическими и технологическими условиями осуществления процесса.

Повышение водовоздушного отношения до некоторого предела приводит к прекращению окислительных процессов нефти в пласте, но при меньших значениях снижает температуру, расход топлива и расширяет фронт горения. Занижение водовоздушного отношения приводит к сужению фронта, повышению температуры горения и снижению эффективности теплового воздействия на пласт и извлечения нефти. Процесс влажного горения целесообразно проводить с максимально возможными значениями водовоздушного отношения.

Эффективность и управляемость метода внутрипластового горения можно существенно повысить, добавляя к нагнетаемой водовоздушной смеси определенные агенты, катализаторы, добавочное топливо (жидкое или газообразное), изменяя режим и ситемы нагнетания рабочих агентов (воды и воздуха) в пласт (циклическое воздействие) с целью сокращения удельного расхода воздуха и повышения теплового воздействия на пласт.

При повышенных водовоздушных отношениях метод влажного горения переходит в другие модификации внутрипластового горения с заводнением. Фронт горения может прекратить существование, а закачиваемый кислород воздуха будет поступать в зону насыщенного пара, вступать в экзотермические реакции с нефтью и поддерживать так называемое сверхвлажное горение.

При сверхвлажном горении достигаются существенная интенсификация теплового воздействия на пласт, а также значительное сокращение затрат воздуха на добычу нефти. Для поддержания сверхвлажного горения требуются небольшие затраты топлива (5-10 кг на 1 м 3 пласта), что имеет важное значение для пластов, содержащих маловязкую нефть.

Недостатком при реализации влажного внутрипластового горения в малопроницаемых пластах является необходимость бурения нагнетательных скважин-дублеров для раздельного нагнетания воздуха и воды, так как при совместной их закачке резко снижается приемистость (в 4-10 раз).

Метод внутрипластового горения был предложен в начале 30-х годов А.Б. Шейманом и К.К. Дубровой. Механизм процесса:Инициирование и поддержание процесса горения в пластовых условиях путем нагнетания воздуха (кислорода). Сущность метода ВДОГ: пласт (горючее) поджигается и его горение поддерживается нагнетанием в пласт окислителя (в добывающую и нагнетательную скважину закачивают пар (воздух, смесь кислорода с газом)). Поджигаются химическими методами, электрическим методом и обычными теплоэлектронагревателями и т.д. Технология реализации ВПГ происходит за счет обеспечения гидрогазодинамической связи между зоной нагнетания и зоной отбора.Горячие продукты сгорания и воздух, продвигаясь по пласту, эффективно вытесняютют нефть. Процесс автотермический, сложный, и увеличение НО достигается за счет:1) возгонки нефти – в очаге горения образуются легкие у/в, которые, продвигаясь с опережением фронта горения, конденсируются в ненагретой зоне пласта и, смешиваются с нефтью (уменьшается ее ;2) происходит тепловое расширение породы и жидкостей, что увеличивает проницаемость пород, вытесняет нефть к забоям скв. из-за теплового ее расширения;3) в процессе горения обр-ся , который, растворяясь в нефти, увеличивает ее подвижность, фильтруемость, а растворяясь в воде, обр-ет слабую угольную к-ту, которая взаимодействует с карбонатами, и увеличивает проницаемость. , растворяясь в пласт. воде, улучшает ее вымывающие нефть св-ва;4) тяжелые компоненты нефти подвергаются пиролизу и крекингу, что повышает выход у/в из пласта (пиролиз – разложение в-в под действием высоких t; крекинг – расщепление нефти на отдельные фракции).

Технология реализации ВПГ:- обеспечение гидрогазодинамической связи между зоной нагнетания и зоной отбора;- в добывающую и нагнетательную скважину закачивают пар;- инициирование процесса горения путем закачки воздуха в разогретую зону (с использованием забойных электронагревателей или химических методов).Механизм воздействия ВПГ:После создания очага горения, легкие фракции движутся вперед, тяжелые выгорают, генерируя тепло и поддерживая движение фронта горения вглубь пласта.1 – зона фильтрации закачиваемой воды и воздуха;2,4 – зоны перегретого пара;3 – фронт горения;5- смесь насыщенного пара;6,7 – зоны вытеснения горячей водой и водой при пластовой температуре;8 – зона фильтрации;I – фронт горения;II – тепловой фронт; III – фронт вытеснения не нагретым флюидом.

Скорость движения фронта горения:

где Q0 – расход окислителя, приведенный к атмосферным условиям, S – площадь сечения пласта, через который проходит фронт горения, R0 – обьем воздуха потребный для горения

Различают сухое и влажное внутрипластовое горение.

В случае сухого внутрипластового горения, осуществленного нагнетанием в пласт только воздуха вследствие его низкой теплоемкости по сравнению с породой пласта происходит отставание фронта нагревания породы от перемещающегося фронта горения. В результате этого основная доля генерируемой в пласте теплоты (до 80% и более) остается позади фронта горения, практически не используется и в значительной мере рассеивается в окружающие породы. Эта теплота оказывает некоторое положительное влияние на процесс последующего вытеснения нефти водой из неохваченных горением смежных частей пласта. Очевидно, что использование основной массы теплоты в области позади фронта горения, т. е. приближение генерированной в пласте теплоты к фронту вытеснения нефти, существенно повышает эффективность процесса.

Процесс влажного внутрипластового горения заключается в том, что в пласт вместе с воздухом закачивается в определенном количестве вода, которая, соприкасаясь с нагретой движущимся фронтом горения породой, испаряется. Увлекаемый потоком газа пар переносит теплоту в область впереди фронта горения, где вследствие того развиваются обширные зоны прогрева, выраженные в основном зонами насыщенного пара и сконденсированной горячей воды. Влажное внутрипластовое давление (ВВГ): хорошо для высоковязких нефтей.

Сверхвлажное внутрипластовое горение (СВВГ): осуществляется в сочетании с заводнением. Исчезает зона перегретого пара, т.к. не вся вода успевает испариться.

Месторождения: Ромашкинское (высокопродуктивные пласты бобриковского горизонта с большой вязкостью 24 мПа*с).

Минусы: большие экономические затраты и осложнения по технике безопасности и экологии, опасность прорывов газов горения к добывающим скважинам с последующим созданием взрывоопасной ситуации.

ГОСТ

Особенности внутрипластового горения

Внутрипластовое горение – это химико-физический окислительный процесс, при котором происходят химические превращения, сопровождающиеся выделением большого количества теплоты, а также образованием продуктов реакций.

Образование сухой и выгоревшей массы пористой горной породы, которое сопровождается разрушением связей между твердыми частицами из-за термического влияния за фронтом горения.
Переход легких компонентов нефти в газовую форму, которым насыщается горная порода перед фронтом горения.
Конденсация продуктов перегонки нефти и образование подвижной и повышенной зоны нефтенасыщенности перед фронтом горения по мере уменьшения температуры.
Крекинг углеводородов, входящих в состав нефти.
Снижение степени вязкости добываемой нефти перед фронтом горения из-за ее нагревания и смешивания с более легкими фракциями нефти, которые переносятся потоком газов от фронта горения.
Горение коксоподобного остатка, который образовался в результате крекинга.
Переход пластовой воды в паровую фазу, которая находится перед фронтом горения.
Плавление асфальтенов и парафинов в порах горных пород.

В результате внутрипластового горения образуется несколько зон, которые изображены на рисунке.

Рисунок 1. Зоны внутрипластового горения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Готовые работы на аналогичную тему

1 – нагнетательная скважин; 2 – эксплуатационная скважина; 3 – распределение нефтенасыщенности; 4 – распределение водонасыщенности; 5 – распределение температуры.

I – выгоревшая зона, в которой присутствуют следы кокса или несгоревшей нефти, в которой воздух нагревается теплотой.
II – зона горения, в которой температура может достигать 500 градусов по Цельсию. Здесь теплота передается в основном за счет процесса конвекции.
III – зона испарения, в которой происходит разгонка нефти на фракции, а также расщепление остатков нефти из-за ее нагрева горячим газом, поступающий из зоны горения.
IV – зона конденсации, где происходит конденсация углеводородов и паров воды из-за понижения температуры. Вода и нефть проталкиваются к эксплуатационным скважинам несконденсировавшимися газами и газы, которые образовались в результате горения оксида углерода и азота.
V – зона увеличенной водонасыщенности, в которой содержится три компонента – нефть, воды и газы.
VI – зона повышенной нефтенасыщенности, которая образуется в результате перемещения нефти из зон I – V и содержащая маловязкую нефть из-за ее обогащения легкими фракциями углеводородов.
VII – невозмущенная зона, где пластовая температура практически остается неизменной.

Конвекция – это теплообмен, при котором энергия передается струями и потоками самого вещества.

Виды внутрипластового горения

Различают прямоточное и противоточное внутрипластовое горение. При прямоточном процессе внутрипластового горения очаг двигается по пласту в направлении нагнетаемого воздуха, то есть от нагнетательной к эксплуатационной скважине. В этом случае пласт разжигается от нагнетательной скважины. Данный процесс горения эффективен при добыче легкой нефти. При противоточном процессе горения очаг перемещается по пласту в направлении, которое противоположно нагнетаемому воздуху, то есть от добывающей к нагнетательной скважине. В этом случае разжигается на забоях скважин при последующей подаче окислителя через нагнетательную скважину в центре. При таком горении прогретая зона остается не за фронтом горения, что становится причиной более эффективного вытеснения нефти на поверхность.

Также существуют влажное, сухое и сверхвлажное внутрипластовое горения. Сухое внутрипластовое горение осуществляется при подаче окислителя атмосферного воздуха, содержание водяного пара в котором минимально. При влажном внутрипластовом горении на один кубометр воздуха добавляется один литр воды. При сверхвлажном внутрипластовом горении количество добавляемой воды достигает отметки в пять литров на один кубометр воздуха.

Контроль за процессом внутрипластового горения производится с помощью измерения температуры на забоях специальных и эксплуатационных скважин, а также при помощи анализа выходящих на поверхность газов, которые практически не содержат в себе оксид углерода.

Читайте также: