авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Теоретические и технологические основы теплового воздействия на залежи аномально вязких нефтей и битумов

-- [ Страница 2 ] --

где u1 – безразмерная температура, – безразмерный коэффициент теплообмена, – безразмерный конвективный параметр, – критерий Фурье, r – безразмерная координата.

Методом интегрального преобразования Вебера получено решение поставленной задачи при произвольных и . В качестве частных случаев приводятся решения при различных аналитических выражениях коэффициента теплообмена. При , решение совпадает с известным решением Г. Карслоу, описывающим температурное поле массива пород, сформировавшееся под влиянием постоянной возмущающей температуры.

Путем введения понятия подвижного радиуса теплового влияния, как расстояния от оси нагнетательной скважины до ближайшей точки пласта, где температура равна начальной пластовой, аппроксимации поля температуры в виде параболы n-й степени, и при условии сохранения теплового баланса процесса в интегральной форме, найдено приближенное решение уравнения (1). Поле температуры при n = 2 и определяется из выражения

, (2)

где , , .

Здесь и далее величины с индексом «1» относятся к пласту, с индексом «2» – к окружающим породам.

Сравнительные расчеты по (2), схемам Х. Ловерье и Н.А. Авдонина с привлечением опытных данных Г.Е. Малофеева показали, что полученная соискателем расчетная формула обладает удовлетворительной для практики точностью.

Для оценки вклада конвективной и теплопроводной составляющих в формирование температурного поля пласта получено приближенное решение уравнения (1) без слагаемых, описывающих кондуктивный перенос тепла. В этом случае формула для определения температурного поля имеет вид

. (3)

Сравнительный анализ (2), (3) показывает, что при закачке теплоносителя в однородную среду основную роль в формировании температурного поля играет конвективный теплоперенос.

Для оценки эффективности процесса термовоздействия получена формула для определения коэффициента полезного использования тепла

. (4)

Таким образом, приведённые исследования показали, что при закачке теплоносителя в относительно однородный пласт, основной вклад в формирование температурного поля вносит конвективный теплоперенос. При численных расчётах по определению температурного поля и теплоиспользования полученные формулы дают результаты, близкие к схеме Х. Ловерье. При этом для практического использования они очень просты, т.к. выражаются через элементарные функции.

Температурные поля нефтяных пластов при нагнетании водяного пара, из-за большой сложности математического описания процесса, исследованы в значительно меньшей степени, чем при нагнетании горячей воды. При закачке пара в пласт появляется подвижная граница, называемая фронтом конденсации, разделяющая зоны пара и горячего конденсата. Закон движения этой границы не известен и подлежит определению так же, как и пластовая температура. Известные решения можно разделить на две группы. К первой группе относятся работы при пароциклической обработке скважин. При этом пласт можно считать теплоизолированным. Ко второй группе относятся работы при площадной закачке теплоносителя. При постановке этих задач необходимо учитывать потери тепла в окружающие пласт породы. Приведены расчетные формулы Б. Уилмана, И. Маркса и Н. Лангенхейма, позволяющие определять положение фронта зоны пара и прогретую площадь пласта. А.Б. Золотухин и Г.Е. Малофеев получили приближенное решение задачи с четким определением зоны пара и горячего конденсата, а также простую зависимость для определения температуры в зоне горячего конденсата.

Исследователями процессов термовоздействия на неоднородные коллекторы рассматриваются слоисто-неоднородные и трещиноватые пласты. Все авторы отмечают, что процесс прогрева таких пластов имеет принципиальные особенности по сравнению с однородными. В неоднородных пластах теплоноситель распространяется в первую очередь по высокопроницаемым пропласткам и трещинам. Малопроницаемые пропластки и блоки прогреваются за счет теплопроводности. Имеющиеся работы по исследованию тепловых процессов в неоднородных коллекторах носят, в основном, качественный характер. Целенаправленные исследования, связанные с прогревом пластов, насыщенных нефтью аномально высокой вязкости или битумом не проводились.

Проведенный анализ позволил наметить направления дальнейших исследований процессов теплового воздействия на пласты нефти аномально высокой вязкости и природные битумы.

Отмечен большой вклад в развитие теории и практики применения термических методов отечественных и зарубежных учёных: Авдонина Н.А., Антониади Д.Г., Байбакова Н.К, Боксермана А.А., Вахнина Г.И., Гарушева Р.А., Желтова Ю.П., Гурова Е.И., Жданова С.А., Золотухина А.Б., Ибатуллина Р.Р., Коноплева Ю.П., Коробкова Е.И., Кудинова В.И., Лысенко В.Д., Максутова Р.А., Малофеева Г.Е., Мирзаджанзаде А.Х., Мищенко И.Т., Раковского Н.Л., Рубинштейна Л.И., Рузина Л.М., Пудовкина М.А., Оганова К.А., Симкина Э.М., Стрижова И.Н., Табакова В.П., Тюнькина Б.А., Чарного И.А., Чекалюка Э.Б., Шейнмана А.Б., Ялова Ю.Н., Батлера, Бурже, Ловерье, Лангерхейма, Маркса, Фарук-Али и других.

В третьем разделе проводятся исследования технологии прогрева пластов, насыщенных нефтью аномально высокой вязкости или битумом.

Известно, что основным способом передачи тепла при термовоздействии в относительно однородных коллекторах является конвекция.

Принципиальной особенностью залежей аномально вязких нефтей и битумов, которая создает основные проблемы и предопределяет выбор эффективного варианта разработки, является чрезвычайно высокое фильтрационное сопротивление пористой части пласта. Такой пласт, насыщенный малоподвижной нефтью, не позволяет реализовать традиционный и наиболее эффективный процесс гидродинамического вытеснения нефти при реально допустимых давлениях нагнетания. Лабораторные исследования и промысловый опыт показали, что создание фильтрационного потока при реально допустимых градиентах давления в пласте даже высокой проницаемости, но содержащей нефть аномально высокой вязкости (сотни, тем более тысячи Па·с), возможно только после предварительного прогрева пласта и снижения вязкости до определенного уровня.

Расчеты показывают, что приёмистость нагнетательной скважины при аномальной вязкости нефти практически равна нулю. Например, при , , к = (0,1-3)мкм2 приёмистость на один метр толщины пласта составляет 0,02-0,2 м3/сут·м. Для того, чтобы приёмистость составила хотя бы 1-2,5 м3/сут·м, градиент давления должен быть 75-500 МПа, что многократно превышает реальные возможности.

В условиях высоких фильтрационных сопротивлений пористой части пласта в начальной стадии теплового воздействия фильтрация закачиваемого теплоносителя может происходить только по высокопроницаемым зонам. Этими зонами могут быть естественные или искусственные трещины, высокопроницаемые пропластки в пределах залежи или подстилающий водоносный пропласток, стволы вертикальных или горизонтальных скважин. При этом передача тепла в высокопроницаемых зонах осуществляется в основном за счет конвекции, в то время как основная часть пласта прогревается за счет теплопроводности. Чем больше соотношение объёмов низкопроницаемых и высокопроницаемых коллекторов в залежи, тем большую роль играет теплопроводный прогрев пласта, скорость которого намного меньше, чем скорость переноса тепла за счет конвекции.

Таким образом, для эффективного теплового воздействия на рассматриваемые залежи обязательным является наличие в разрезе залежи высокопроницаемых каналов (трещин, кавернозных зон, пропластков), проницаемость которых позволяет осуществлять в них закачку теплоносителя достаточно высокими темпами. Если же такие естественные каналы отсутствуют, то их приходится создавать искусственно или же в качестве таковых использовать стволы скважин путем организации в них циркуляции теплоносителя. Таким способом, например, осуществляется предварительный прогрев пласта на некоторых объектах при разработке битумов в провинции Атабаска (Канада). Эти же идеи реализуются в технологии парогравитационного метода дренирования пласта.

Анализ процесса прогрева пласта Ярегского месторождения термошахтным способом показал, что решающую роль в прогреве и нефтеотдаче пласта играют трещины.

При дренировании пласта плотный сеткой горизонтальных скважин, расположенных через 20-30 м, закачиваемый пар распространяется преимущественно по системе трещин и основным механизмом прогрева пористой части пласта является теплопроводность.

В этом случае, при поддержании в трещинах постоянной температуры, скорость прогрева определяется только продолжительностью закачки теплоносителя и теплофизическими параметрами пласта и не зависит от темпов ввода тепла в пласт. Известно, что количество тепла, передаваемого в единицу времени за счет теплопроводности прямо пропорционально разности температур между поверхностью нагрева и нагреваемой средой. Поскольку разность температур по мере прогрева уменьшается, то расход вводимого тепла, в целях повышения тепловой эффективности, должен снижаться во времени. Превышение темпа ввода тепла в пласт приводит к увеличению потерь тепла за пределы разрабатываемого участка и с добываемой жидкостью.

По мере повышения температуры пласта и снижения вязкости нефти фильтрационные сопротивления пористых блоков снижаются и создаются условия для гидродинамического вытеснения нефти при реально допустимых давлениях нагнетания.

Опыт применения теплового воздействия на пласт Лыаёльской площади Ярегского месторождения с поверхности показал, что одной из наиболее сложных проблем является освоение скважин под закачку пара и обеспечение приемлемых темпов закачки. Это связано с тем, что вероятность вскрытия вертикальными скважинами тектонических нарушений, расположенных под углом 60-80°, мала, а фильтрационное сопротивление пористой части пласта из-за высокой вязкости нефти очень велико.

При увеличении давления нагнетания пара до 3 МПа приемистость нагнетательных скважин увеличивалась до 30 т/сут., однако, как выяснилось, за счет поступления пара в водоносный горизонт. Характер распространения тепловых полей по разрезу пласта показал, что за счет использования водоносного пропластка для предварительного теплопроводного прогрева продуктивного горизонта удалось добиться высокого охвата разрабатываемого объекта процессом теплового воздействия по площади и по разрезу. В результате на площади 6 га была достигнута нефтеотдача 35% при паронефтяном отношении 6,8 т/т.

Многие месторождения нефти аномально высокой вязкости и битумов являются водоплавающими. Поэтому одним из вариантов теплового воздействия на пласт может быть использование водоносного горизонта для предварительного прогрева продуктивной части пласта за счет теплопроводности. После снижения вязкости нефти и фильтрационного сопротивления до определенного уровня можно осуществлять переход к традиционному гидродинамическому вытеснению нефти из пласта.

Четвёртый раздел посвящен моделированию процесса прогрева пласта, насыщенного нефтью аномально высокой вязкости или битумом, через трещины.

Исследования показали, что при теплопроводном прогреве пласта через одиночную трещину за реальные сроки можно прогреть незначительные объёмы пласта. За 3 года изотерма 70С продвигается всего на 4 м от трещины при температуре в трещине 100С и до 6 м при 150С.

Рассмотрим прогрев пласта через систему параллельных трещин, что характерно, например, для Ярегского пласта, который разбит тектоническими нарушениями, среднее расстояние между которыми составляет 20-25 м (рис. 1).

  Схема прогрева пласта через систему параллельных трещин Расстояния-20

Рисунок 1 – Схема прогрева пласта через систему параллельных трещин

Расстояния между трещинами 2L, толщина пласта h, начальная температура пласта T0. В трещинах поддерживается температура ТП > Т0. Через кровлю и подошву пласта происходит теплообмен с окружающими породами. Как показано в разделе 3, до достижения определенного уровня фильтрационного сопротивления, пласт прогревается с помощью теплопроводной составляющей. Если расположить начало координат по средине между трещинами, то уравнение и краевые условия, описывающие температурное поле блока, запишутся в виде

, (5)

при краевых условиях

. (6)

Решение задачи (5) при условиях (6) имеет вид

(7)

где – критерий Био; – критерий Фурье; ;
– отношение прогреваемой площади к периметру.

Обобщенной характеристикой динамики прогрева через параллельные трещины будет средняя (среднеинтегральная) температура, как функция времени. Используя (7), находим

(8)

Результаты расчетов по формуле (8), выполненные для условий Ярегского месторождения, приведены на рис. 2. На этом рисунке показана динамика средней температуры пласта при различных расстояниях между трещинами и температуре в трещине 100С и 150°С. Через 3 года после начала прогрева температура блока стабилизируется на уровне 56-73°С в зависимости от расстояния между трещинами при ТП = 100°С.

  Динамика средней температуры пласта при различных расстояниях между-30

Рисунок 2 – Динамика средней температуры пласта при различных
расстояниях между трещинами:
1 – 20 м, 2 – 25 м, 3 – 30 м (Тп=100°С); 4 – 25 м (Тп=150°С)

Сравнение фактической и теоретической скоростей прогрева показывает, что фактическая скорость прогрева пласта существенно ниже теоретической. Это, в основном, обусловлено тем, что при применяемых на месторождении технологиях основная часть пара закачивается в вертикальные и крутонаклонные скважины, что приводит к неполному охвату вертикальных трещин нагнетательными скважинами. При закачке пара через горизонтальные скважины был бы обеспечен практически полный охват трещин и фактический темп прогрева был бы близок к теоретическому.

Проведены исследования коэффициента теплоиспользования при рассматриваемом варианте прогрева пласта. Показано, что он равен отношению средней безразмерной температуры при условии теплообмена пласта с окружающими породами к средней безразмерной температуре теплоизолированного пласта. Динамика коэффициента теплоиспользования показана на рис. 3.

  Коэффициент теплоиспользования при прогреве пласта через систему-31

Рисунок 3 – Коэффициент теплоиспользования при прогреве пласта
через систему трещин: 1 – 20 м; 2 – 25 м; 3 – 30 м.

Результаты выполненных исследований свидетельствуют о высокой эффективности прогрева пласта при фильтрации пара только по системе параллельных трещин. В то же время исследования показывают, что на поздней стадии теплового воздействия интенсивная закачка пара мало эффективна, так как не приводит к существенному росту температуры пласта. Отсюда следует, что на поздней стадии теплового воздействия в целях повышения тепловой эффективности необходимо не только снижать темп закачки пара, но и переходить на вытеснение нефти попутной водой из прогретого пласта.

На основании выполненных исследований могут быть сделаны следующие технологические выводы:

1. Прогрев трещиноватых пластов, насыщенных нефтью аномально высокой вязкости или битумом, может быть эффективно осуществлен при фильтрации теплоносителя только по трещинам. С увеличением расстояния между трещинами более 20-25 м, необходимо соответственно увеличивать температуру закачиваемого теплоносителя.

2. Для достижения максимального охвата трещин теплоносителем нагнетательные скважины должны располагаться вкрест простирания основной системы трещин.

3. Для повышения тепловой эффективности процесса необходимо снижать темп закачки пара по мере прогрева пласта.

4. Для создания условий, стимулирующих поступление нефти из пористых блоков в трещины, необходимо после прогрева пласта до температуры
50-60°С переходить на циклический режим закачки пара.

5. В поздней стадии прогрева, после повышения температуры до 70-80°С, необходимо переходить на вытеснение нефти попутно добываемой водой.

В пятом разделе рассматривается вариант прогрева пласта от кровли к подошве. Благодаря гравитационному разделению паровой и жидкой фаз, пар имеет тенденцию к преимущественному распределению по верхней части пласта.

При прогреве пласта от кровли к подошве распределение температуры по разрезу залежи описывается уравнением

(9)

при условиях , , .

Решение этой задачи

. (10)

Средняя температура по разрезу определяется из выражения

 (11) На рис. 4 показано расчетное распределение температуры по разрезу при-38 (11)

На рис. 4 показано расчетное распределение температуры по разрезу при теплофизических параметрах Ярегского месторождения. Для сравнения приводится фактическая термограмма уклонного блока ЮГ-2 через 3 года после начала прогрева.

  Распределение температуры по толщине пласта при температуре в кровле-39

Рисунок 4 – Распределение температуры по толщине пласта
при температуре в кровле 100°С:

1 – через 1 год; 2 – через 3 года; 3 – через 5 лет;
4 – фактическая температура блока ЮГ-2 НШ-1

Из приведенных на рис. 4 графиков видно, что при толщине пласта 20 м тепловой фронт за один год достигает середины пласта и только через два года доходит до подошвы. Фактическая температура блока ЮГ-2 и теоретическая по (10) через 3 года практически совпадают.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.