1275
.pdfвводится фиктивная теплоемкость воды
св — св + |
т „ - То |
’ |
где св — фиктивная |
теплоемкость воды, кДж/(кг-К). |
|
Относительные теплопотери определяют по формуле (5.9). |
||
О т в е т |
Q-гпл = |
3,74-1011 кДж; ап = 0,76. |
З а д а ч а |
5.15. |
Определить относительные потери тепла ап |
при движении пара по стволу нагнетательной скважины и в пласте через 3 года после закачки.
Темп |
нагнетания |
пара qn = |
360 |
т/сут; |
степень сухости |
пара |
на устье |
нагнетательной скважины |
Х у = |
0,8; теплоемкость |
воды |
||
св = 4,2 |
кДж/(кг-К); |
скрытая |
теплота |
парообразования |
гп = |
= 1634 кДж/кг; диаметр скважины |
dc = 0,168 м; средняя началь |
||||
ная |
температура |
в скважине Тср = |
10 °С; |
температура |
нагнетае |
мого |
пара Гп = |
266 °С; глубина скважины |
Н = 500 м; |
толщина |
пласта h = 20 м; коэффициент охвата пласта по толщине |
процессом |
|||||
т]2 = 0,7; |
начальная пластовая температура Т 0 = 20 °С; |
плотность |
||||
пласта и |
окружающих |
скважину пород |
рпл = роп = |
2600 |
кг/м3; |
|
теплоемкость пласта |
и окружающих |
скважину |
пород |
спл = |
= соп = 1 кДж/(кг-К); теплопроводность пласта и окружающих пласт и скважину пород %пл = ^оп = 2 Вт/(м-К); температуро проводность пласта и окружающих его пород хпл = хоп = = 1 • 10-в м2/с.
Объем прогретой части пласта следует рассчитывать с исполь зованием формулы Маркса—Лангенхейма (5.8). Степень сухости пара на забое нагнетательной скважины принимается постоянной и равной степени сухости через 1 год после начала закачки пара. Относительные теплопотери вычисляют по формуле (5.9).
О т в е т : ап = 0,5.
§ 2. ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВНУТРИПЛАСТОВОГО ГОРЕНИЯ.
РАСЧЕТ ИНИЦИИРОВАНИЯ ГОРЕНИЯ В ПЛАСТЕ
При расчете показателей внутрипластового горения необходимо знать значения таких специфических параметров, как концентра ция топлива, кинетические константы процесса окисления нефти кислородом воздуха, удельный расход воздуха на выжигание еди ницы объема пласта и др. В задаче 5.16 показано, как по результа там лабораторных экспериментов определяют концентрацию топ лива и удельный расход воздуха. Вариантами задачи 5.16 являются задачи 5.17—5.19. Определению скорости реакции нефти с кисло родом воздуха по результатам лабораторных исследований и рас чету времени самовоспламенения посвящена задача 5.20. Ее ва рианты — задачи 5.21 и 5.22. Методику вычисления кинетических параметров процесса окисления нефти используют в задаче 5.23. Задача 5.24 — вариант задачи 5.23. Способ расчета динамики про грева призабойной зоны нагнетательной скважины при закачке
171
внее горячего воздуха применен в задаче 5.25 с вариантами 5.26
и5.27.
За д а ч а 5.16. С целью определения исходных данных для проектирования процесса внутрипластового горения проводились эксперименты на специальных лабораторных установках, основным узлом в которых был узел кернодержателя. Кернодержатель на бивали пористой средой и насыщали нефтью. В начале модели был создан фронт горения, который затем перемещался к другому концу модели благодаря непрерывному нагнетанию воздуха. В ходе опыта замеряли расход и определяли состав газов горения. За время
эксперимента был выжжен объем породы Vr = |
1,3-10-3 м3. Данные |
|||||
о расходе и составе газов горения приведены в табл. 40. |
||||||
Таблица 40 |
|
|
|
|
|
|
Время |
Расход газов |
Концентрация |
компонентов в газах |
горения, % |
||
|
|
|
|
|
||
замера, |
горения, |
|
|
|
|
|
ч-мин |
м:Ус |
Nj |
О* |
СОо |
СО |
Другие газы |
13-45 |
0,456 |
81,2 |
6,3 |
10,1 |
1,3 |
1,1 |
14-00 |
0,478 |
79,3 |
5,7 |
12,3 |
1,5 |
1,2 |
14-15 |
0,481 |
78,9 |
6,9 |
11,8 |
1,0 |
1,4 |
14-30 |
0,496 |
80,2 |
7,3 |
10,7 |
0,9 |
0,9 |
14-45 |
0,507 |
79,7 |
6,9 |
11,3 |
0,9 |
1,2 |
15-00 |
0,512 |
79,1 |
6,8 |
11,7 |
0,9 |
1,5 |
15-15 |
0,516 |
79,9 |
7,1 |
10,9 |
1,3 |
0,8 |
15-30 |
0,521 |
79,9 |
7,0 |
11,1 |
1Д |
0,9 |
15-45 |
0,520 |
78,9 |
6,6 |
12,6 |
0,8 |
1,1 |
16-00 |
0,525 |
79,1 |
7,5 |
11,2 |
0,9 |
1,3 |
16-06 |
0,531 |
80,4 |
7,4 |
10,3 |
0,9 |
1,0 |
До начала эксперимента состав закачиваемого воздуха опреде ляли с помощью хроматографа. Следует отметить, что при замерах концентраций газов, входящих в состав воздуха, азот и аргон не разделялись. Поэтому под концентрацией азота следует понимать концентрацию смеси этих двух инертных газов. Были получены следующие результаты: концентрация кислорода в воздухе Своз Q =
= 0,207, концентрация азота в воздухе CB03N ^0,793.
Результаты расчетов по определению количества газов, вышед ших из модели, приведены в табл. 41 и 42. Общий объем газов го рения 1/гг = 0,4268 м3; объем вышедшего азота VNa = 0,3394 м3; объем кислорода Vo„ = 0,0291 м3; объем двуокиси углерода Vco, = = 0,0488; объем окиси углерода Vco = 0,0044 м3; объем вышед ших из модели других газов Удр = 0,0049 м3.
Требуется определить концентрацию топлива и удельный рас ход воздуха по результатам лабораторных экспериментов.
Р е ш е н и е . Исходя из предположения, что аргон и азот в ре акциях не участвуют, можно определить количество воздуха, по-
172
Таблица 41
Промежуток |
Средний |
Средняя концентрация компонентов в газах |
горения, % |
|||
времени |
расход газов |
|
|
|
|
|
между |
горения, |
|
|
|
|
|
замерами, с |
10—4 мэ/с |
N . |
О, |
со2 |
со |
Другие газы |
900 |
0,472 |
80,2 |
6,0 |
11,2 |
1,4 |
1,1 |
900 |
0,480 |
79,1 |
6,3 |
12,0 |
1,2 |
1,3 |
900 |
0,489 |
79,5 |
7,1 |
11,2 |
0,9 |
1,1 |
900 |
0,502 |
79,9 |
7,2 |
11,0 |
0,9 |
1,1 |
900 |
0,510 |
79,4 |
6,8 |
11,5 |
0,9 |
1,3 |
900 |
0,514 |
79,5 |
6,9 |
11,3 |
1,1 |
1,1 |
900 |
0,519 |
79,9 |
7,1 |
11,0 |
1,2 |
0,8 |
900 |
0,521 |
79,4 |
6,8 |
11,8 |
0,9 |
1,0 |
900 |
0,523 |
79,0 |
7,1 |
11,9 |
0,8 |
1,2 |
360 |
0,528 |
79,7 |
7,4 |
10,7 |
0,9 |
1,1 |
Таблица 42
|
Общий объем |
|
Объем газов, вышедших из модели. М3 |
||||
Номер интер |
вышедших |
|
|
|
|
Другие |
|
вала времени |
|
газов |
N„ |
о2, |
со2, |
со, |
|
между замерами |
горения, |
газы, |
|||||
|
|
10—2 м;* |
10-2 мэ |
10—3 м"1 |
10—3 м:* |
10-4 м1 |
10—4 м:) |
1 |
|
4,25 |
3,41 |
2,6 |
4,8 |
6,0 |
5,0 |
2 |
|
4,32 |
3,42 |
2,7 |
5,2 |
5,0 |
6,0 |
3 |
|
4,40 |
3,50 |
3,1 |
5,0 |
4,0 |
5,0 |
4 |
|
4,52 |
3,61 |
3,2 |
5,0 |
4,0 |
5,0 |
5 |
|
4,59 |
3,64 |
3,1 |
5,3 |
4,0 |
6,0 |
6 |
|
4,63 |
3,68 |
3,2 |
5,2 |
5,0 |
5,0 |
7 |
|
4,67 |
3,73 |
3,3 |
5,1 |
6,0 |
4,0 |
8 |
|
4,69 |
3,72 |
3,2 |
5,6 |
4,0 |
5,0 |
9 |
|
4,71 |
3,72 |
3,3 |
5,6 |
4,0 |
6,0 |
10 |
|
1,90 |
1,52 |
1,4 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
За все время |
|
0,4268 |
0,3394 |
0,0291 |
0,0488 |
0,0044 |
0,0049 |
эксперимента |
|
|
|
|
|
|
|
ступающего в модель за все время эксперимента (в м3): |
|
||||||
У ВОЗ |
у . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ВОЗ N;. |
|
|
|
|
|
||
0,3394 |
0,428 |
м3- |
|
|
|
|
|
V воз |
|
|
|
|
|
||
0,793 |
|
|
|
|
|
|
|
Объем кислорода (в м3), поступившего |
в модель, |
|
^0, = V возОВОз02•
Объем кислорода, вступившего в реакцию с топливом, составит
о2;
У = 0,0886 — 0,0291 =0,0595 м3.
173
Удельный расход воздуха на выжигание единицы объема пласта
R в о з |
Уд |
0,0595 |
= 221 м3/м3. |
|
У^г^воз Оо |
1,3- Ю—3- 0,207 |
|||
|
|
|||
|
|
|
Реакцию горения углеводородного топлива можно представить в виде элементарных реакций горения углеродного скелета (угле рода) и водорода:
С+ Оа = С02;
2G + Оа= 2СО;
2На + 0 , = 2Нг0 .
Таким образом, при образовании 22,4 м3 С 02 сгорает 12 кг угле рода. На образование 22,4 м3 СО расходуется 6 кг углерода. Утили зация 22,4 м3 0 2 соответствует сгоранию 4 кг водорода.
Масса углерода, которая затрачивается на образование двуокиси углерода, составит
Mi |
Ус0,12 |
|
|
22,4 |
’ |
|
|
|
|
||
Mi |
0,0488-12 |
0,0261 кг. |
|
22,4 |
|
||
|
|
|
На образование Vco расходуется следующее количество угле рода:
AU
Усоб
22,4
где М а — масса |
углерода, из которого образовалась окись угле |
|
рода, |
кг, |
|
w |
0.0044-6 |
|
Мл= —-------- |
= 0,00118 кг. |
|
|
22,4 |
|
Предполагая, что кислород расходуется только на образование СО*, СО и Н аО, можно определить объем этого компонента, который участвовал в окислении водорода:
1 4 = Уо,— Усо,— 0,5Усо»
где V'o — объем кислорода, который израсходован при образова нии воды, м3,
V4 = 0 ,0 5 9 5 -0 ,0 4 8 8 - 0,5-0,0044 = 0,0085 м3.
Масса сгоревшего водорода определяется по формуле
м = |
= о OOJ^ |
22,4
174
Общее количество топлива, сгоревшего при проведении опыта, составит
Мт= М г + М2 + М 3;
Мт= 0,0261 + 0,00118 + 0,00152 = 0,288 кг.
Концентрация топлива в пласте составит
2 Т = М т / У г ; |
|
zT= 0,0288/1,3-10-3 = 22,15 |
кг/м3. |
З а д а ч а 5.17. Найти |
удельный расход воздуха R W3 на |
выжигание единицы объема пласта при внутрипластовом горении по результатам лабораторных исследований.
Эксперимент проводился по методике, которая описана в за даче 5.16.
За время эксперимента был выжжен объем пласта Vr = 1,3510_3 м3. Остальные необходимые для расчета данные приведены
в табл. 43.
Таблица 43
Время |
Расход |
Концентрация |
компонентов в газах |
горения, |
||
проведения |
газов |
|
|
|
|
|
замера, |
горения, |
N. |
о, |
со. |
со |
|
ч-мин |
10—4м7 с |
Другие газы |
||||
15-00 |
0,428 |
80,4 |
7,4 |
10,3 |
0,9 |
1,0 |
15-15 |
0,436 |
81,2 |
6,3 |
10,1 |
1,3 |
1,1 |
15-30 |
0,422 |
79,9 |
7,0 |
11,1 |
1,1 |
0,9 |
15-45 |
0,438 |
78,9 |
6,6 |
12,6 |
0,8 |
1,1 |
16-00 |
0,442 |
80,2 |
7,3 |
10,7 |
0,9 |
0,9 |
16-15 |
0,451 |
79,1 |
6,8 |
11,7 |
0,9 |
1,5 |
16-30 |
0,473 |
78,7 |
7,1 |
11,8 |
1,0 |
1,4 |
16-45 |
0,465 |
79,1 |
7,5 |
11,2 |
0,9 |
1,3 |
17-00 |
0,482 |
79,3 |
5,7 |
12,3 |
1,5 |
1,2 |
17-15 |
0,501 |
79,7 |
6,9 |
11,3 |
0,9 |
1,2 |
17-30 |
0,507 |
78,9 |
7,1 |
10,9 |
1,3 |
1,8 |
О т в е т : |
i?B03 = 210,7 м3/м3. |
|
З а д а ч а |
5.18. Рассчитать |
концентрацию топлива zT в пласте |
по результатам лабораторных |
экспериментов. |
Методика проведения опытов описана в задаче 5.16. Объем выжженной породы в ходе эксперимента составил Vr = 1,2-10~3 м3. Остальные необходимые для расчета данные приведены в табл. 44.
О т в е т : |
zr = 32,4 кг/м3. |
З а д а ч а |
5.19. Определить по результатам лабораторных экс |
периментов удельный расход воздуха R B03 на сжигание единицы массы топлива при внутрипластовом горении.
Эксперименты проводились по методике, которая описана в за даче 5.16. Исходные данные для расчета приведены в табл. 45.
О т в е т : R B03 = 10 м3/кг.
175
Таблица 44
Время |
Расход газов |
Концентрация компонентов в газах |
горения, % |
|||
проведения * |
горения, |
|
|
|
|
|
замера, |
10_ 4 м3/с |
|
|
|
со |
|
ч-мин |
No |
Оо |
СОо |
Другие газы |
||
10-45 |
0,465 |
81,2 |
6,3 |
10,1 |
1,3 |
1,1 |
11-00 |
0,478 |
79,3 |
5,7 |
12,3 |
1,5 |
1,2 |
11-15 |
0,481 |
78,9 |
6,9 |
11,8 |
1,0 |
1,4 |
11-30 |
0,496 |
80,2 |
7,3 |
10,7 |
0,9 |
0,9 |
11-45 |
0,507 |
79,7 |
6,9 |
11,3 |
0,9 |
1,2 |
12-00 |
0,512 |
79,1 |
6,8 |
11,7 |
0,9 |
1,5 |
12-15 |
0,516 |
79,9 |
7,1 |
10,9 |
1,3 |
0,8 |
12-30 |
0,521 |
79,9 |
7,0 |
11,1 |
1,1 |
0,9 |
12-35 |
0,520 |
78,9 |
6,6 |
12,6 |
0,8 |
1,1 |
13-00 |
0,525 |
79,1 |
7,5 |
11,2 |
0,9 |
1,3 |
13-06 |
0,531 |
80,4 |
7,4 |
10,3 |
0,9 |
1,0 |
Таблица 45 |
|
|
|
|
|
|
Время |
Расход газов |
Концентрация |
компонентов |
в газах |
горения, % |
|
проведения |
горения, |
|
|
|
|
|
замера, |
10“ 4 м3/с |
N. |
|
|
|
|
ч-мин |
Оо |
СОо |
СО |
Другие газы |
||
10-00 |
0,541 |
81,2 |
6,3 |
10,1 |
1,3 |
1,1 |
10-15 |
0,552 |
79,3 |
5,7 |
12,3 |
1,5 |
1,2 |
10-30 |
0,578 |
80,2 |
7,3 |
10,7 |
0,9 |
0,9 |
10-45 |
0,581 |
79,9 |
7,1 |
10,9 |
1,3 |
0,8 |
11-00 |
0,584 |
79,9 |
7,0 |
11,1 |
1,1 |
0,9 |
11-15 |
0,589 |
79,1 |
7,5 |
11,2 |
0,9 |
1,3 |
11-30 |
0,592 |
78,9 |
6,9 |
11,8 |
1,0 |
1,4 |
11-45 |
0,597 |
79,7 |
6,9 |
11,3 |
0,9 |
1,2 |
12-00 |
0,602 |
78,9 |
6,6 |
12,6 |
0,8 |
1,1 |
З а д а ч а 5.20. До начала осуществления процесса внутрипластового горения проводят пробную закачку воздуха в пласт.
Давление в пласте р = 6-107 Па, начальная пластовая темпе
ратура Т о = 293 |
К, |
плотность кислорода |
при |
нормальных |
усло |
|||||||||
виях |
р0 |
= |
1,43 |
кг/м3; |
теплоемкость |
пласта |
сил = 1 |
кДж/(кг-К); |
||||||
плотность пласта рпл = 2600 |
кг/м3; |
нефтейасыщенность |
sH= 0,8; |
|||||||||||
пористость |
пласта |
пг = |
0,25; |
плотность |
нефти рн = |
891 |
кг/м3; |
|||||||
объемный |
коэффициент |
ро = |
1,03; |
количество |
тепла, |
выделяю |
||||||||
щееся при утилизации 1 кг кислорода, JQ = |
12 |
000 кДж/кг; |
энер |
|||||||||||
гия |
активации |
процесса окисления |
нефти |
кислородом |
воздуха |
|||||||||
Е = |
71 176 |
кДж/(К-моль); |
универсальная |
газовая |
постоянная |
R r — 8,314 Дж/(К-моль).
Для замера скорости реакции кислорода воздуха с нефтью были проведены эксперименты на лабораторной установке, основной частью которой является толстостенная емкость, заполняемая нефтенасыщенной породой и помещаемая в термостат. Температура
176
в термостате поддерживается равной начальной пластовой. Затем
вмодель закачивается воздух под давлением, равным пластовому.
Входе опыта для предотвращения сегрегации нефти и воздуха кернодержатель медленно вращается. Через некоторое время по
сле начала эксперимента из кернодержателя |
отбирается |
проба |
газа для анализа. По снижению концентрации |
кислорода |
судят |
о скорости реакции нефти с кислородом воздуха. При проведении эксперимента в кернодержатель было помещено 0,05 кг нефти (Мн)
и закачано 0,025 м3 воздуха (Ув03). |
кернодержателе приведены |
|||||
Результаты |
замеров состава |
газа в |
||||
в табл. |
46. |
|
|
|
|
|
Таблица 46 |
|
|
|
|
|
|
Время, |
прошедшее после |
Концентрация |
компонентов |
|
||
|
|
|
|
|||
начала |
эксперимента, с |
N, |
со, |
со |
Другие |
|
|
|
Oj |
газы |
|||
|
0 |
0,207 |
0,793 |
0 |
0 |
0 |
|
981 000 |
0,188 |
0,812 |
0 |
0 |
0 |
Необходимо |
определить |
время |
самовоспламенения |
нефти |
впласте.
Ре ш е н и е . Скорость реакции нефти с кислородом воздуха
рассчитывается по формуле
У ВОЗ [ б воз 0 2 ---- |
^ ГГ O2 ] РО2 |
W = ------------------------------------------------ |
, |
М нС
где VB03 — объем воздуха, закачанного в модель, м3; CB03 о.. — концентрация кислорода в закачиваемом воздухе, доли единицы; Сгг о. — концентрация кислорода в газе после проведения экспе римента, доли единицы; р0 — плотность кислорода, кг/м3; Л4н —
масса помещенной в кернодержатель нефти, кг; /* — продолжи тельность эксперимента;
W = 0,025 [0.207 - 0,188] 1,43 = { gg.jp-s Кг/(кг-сС). 0,05-981000
Так как условия проведения эксперимента близки к начальным пластовым, можно считать, что по полученным результатам опреде лена скорость реакции при начальных пластовых условиях.
Время самовоспламенения определяют по формуле, полученной Тадемой и Вайдемой [10],
+ 2 - М
?с = ------------------- |
Ь----------- |
?-2_ , |
(5. Ю) |
где wQ— скорость реакции при начальных пластовых услов!Я'с кг/(кг-с); В = E/Rr.
177
Продолжительность самовоспламенения нефти в пласте зависит в основном от начальной стадии этого процесса, когда температура близка к начальной пластовой. Поэтому при выводе формулы (5.10) не учитывались теплопотери в окружающие пласт породы. Так как при незначительных температурах скорость взаимодействия нефти с кислородом воздуха мала, то предполагалось, что существует избыток кислорода и что нефть окисляется во всем объеме. Фор мула (5.10) позволяет получать результаты с хорошей для инже нерных расчетов точностью, если время самовоспламенения не пре вышает примерно 2,6-106 с (30 сут).
В = 71176/8,3736 = 8500 К;
1,03-1-2600 (293)2 ( 1 + 2
0,25■0,8■891•12000 • 1,38•10~ 8 • 8500 |
9,786-105 |
с = |
11,3 |
сут. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
З а д а ч а |
5.21. Вычислить время самовоспламенения нефти /с |
|||||||||||
в пласте при нагнетании в него воздуха. |
40 °С; |
|
пластовое |
|||||||||
Начальная |
пластовая |
температура |
Г0 = |
|
||||||||
давление |
р = 5-106 |
Па; |
энергия |
активации |
|
нефти |
Е = |
|||||
= 70 000 |
кДж/(К-моль); |
плотность |
нефти |
рн = |
887 |
кг/м3; |
||||||
объемный |
коэффициент |
|30 = 1,05; пористость |
пласта |
т = 0,2; |
||||||||
теплоемкость |
пласта спл = |
1,1 |
кДж/(кг-К); |
нефтенасыщенность |
||||||||
пласта sH= 0,8; количество выделяющегося при |
утилизации 1 кг |
|||||||||||
кислорода |
тепла Jо2 = |
12 000 |
кДж/кг; |
плотность |
пласта |
рпл = |
= 2600 кг/м3.
Для определения скорости реакции кислорода с нефтью был проведен эксперимент по методике, которая описана в задаче 5.20. Масса загруженной в кернодержатель нефти М„ = 0,035 кг; дав ление воздуха в кернодержателе рв03 = 5,05-106 Па; температура в кернодержателе Тк = 20 °С; объем закачанного в кернодержа тель воздуха VrBO3 = 8-10~4 м3; плотность кислорода р0 =
=1,43 кг/м3. Остальные данные приведены в табл. 47.
При решении задачи необходимо учитывать, что температура
при проведении |
лабораторного эксперимента ниже начальной пла |
||||||||||
стовой. |
tc = |
7,8910б |
с = |
9,13 |
сут. |
|
|
|
|||
О т в е т : |
|
|
|
||||||||
З а д а ч а |
5.22. Рассчитать время воспламенения нефти в пласте |
||||||||||
/с при |
нагнетании в него воздуха. |
|
40 °С; |
пористость |
|||||||
Начальная |
пластовая |
температура Г 0 = |
|||||||||
пласта |
пг = |
0,2; |
нефтенасыщенность |
пласта sH= |
0,8; |
плотность |
|||||
нефти |
рн = 887 |
кг/м3; пластовое давление р = |
107 |
Па; |
плотность |
||||||
пласта |
рпл = |
2600 |
кг/м3; |
теплоемкость |
пласта |
спл = |
= 1,1 кДж/(кг-К); энергия активации реакции окисления нефти кислородом воздуха В = 70 000 кДж/(к-моль); объемный коэффи циент f}0 = 1,05; показатель степени при парциальном давлении
кислородом п = |
1,0; |
количество выделяющегося при утилизации |
I кг кислорода |
тепла |
= 12 000 кДж/кг. |
178
Таблица 47 |
|
|
|
Таблица 48 |
|
|
|
||
|
|
Концентрация компонен |
|
Концентрация компонен |
|||||
Время, |
|
тов в газе, отобранном |
Время, |
тов в отобранном |
|||||
|
из кернодержателя, |
из кернодержателя |
|||||||
прошедшее |
прошедшее |
||||||||
|
доли единицы |
газе, |
доли единицы |
||||||
после |
|
|
после |
||||||
начала |
|
|
|
|
начала |
|
|
|
|
опыта,с |
|
о2 |
No |
Другие |
опыта, с |
О, |
No |
Другие |
|
|
|
газы |
|
газы |
|||||
0 |
|
0,209 |
0,791 |
о . |
0 |
0,209 |
0,791 |
0 |
|
187 200 |
|
0,183 |
0,814 |
0,003 |
187 200 |
0,183 |
0,814 |
0,003 |
|
Для |
определения скорости |
реакции кислорода |
с нефтью был |
проведен эксперимент по методике, которая описана в задаче 5.20.
Масса |
помещенной в кернодержатель нефти М н = 0,035 |
кг; дав |
||||||
ление |
воздуха |
в |
кернодержателе рк = 2,05 - 107 |
Па; |
температура |
|||
в кернодержателе |
Тк = 20 °С; |
объем закачанного в |
кернодержа |
|||||
тель |
воздуха |
Увоз = 8 • 10—4 |
м3; |
плотность |
кислорода |
р0 = |
||
= 1,43 кг/с3. Остальные данные приведены в табл. 48. |
|
|||||||
При решении |
задачи необходимо |
учитывать, что |
температура |
и давление при проведении лабораторного эксперимента отлича лись от соответствующих пластовых условий.
О т в е т : |
tc = 3,95-105 с = 4,6 сут. |
З а д а ч а |
5.23. При определении показателей внутрипласто- |
вого горения с использованием математических моделей необходимо знать кинетические константы процесса окисления нефти кисло родом воздуха. С этой целью лабораторные эксперименты прово
дились на установке, которая описана в задаче |
5.20. Результаты |
||||
экспериментов приведены в табл. 49. |
|
|
|||
Таблица 49 |
|
|
|
|
|
Номер |
Скорость реакции, |
|
Среднее парциаль |
||
Температура, К |
ное давление |
||||
эксперимента |
кг/(кг- с) |
кислорода |
в модели |
||
|
|
|
|
пласта, |
10' Па |
1 |
3,34-10 - 10 |
293,1 |
5,02 |
||
2 |
1,46-10 |
-9 |
305,8 |
4,95 |
|
3 |
3,09-10 |
-9 |
319,6 |
4,65 |
|
4 |
1,48-10 |
-8 |
337,1 |
4,82 |
|
5 |
3,3-10-8 |
352,1 |
4,88 |
||
6 |
5,44.10-8 |
357,1 |
4,90 |
Требуется определить энергию активации реакции окисления нефти кислородом воздуха.
Р е ш е н и е . Степень окисленности нефти при экспериментах менялась незначительно и была крайне низкой, поэтому ее измене нием можно пренебречь. Можно учесть колебания парциального
179
давления кислорода, если все данные привести к одному среднему значению парциального давления.
Среднее значение парциального давления (в Па).
^ |
Рзам Ог |
|
Рср Оа == |
пэк |
* |
|
|
где п9К— число проведенных экспериментов,
РсрОг — |
29,22-10* = 4,87-104 Па. |
|
6 |
Скорость реакции, приведенная к определенному значению пар циального давления кислорода, можно вычислить по следующей формуле:
— й^зам |
Рср 0-2 |
) |
|
||
( |
Рзам O2 |
|
|
|
где купр — скорость реакции, приведенная к среднему значению парциального давления кислорода, кг/(кг-с); рзам0 — среднее
парциальное давление кислорода в £-м опыте; а>зам — замеренная скорость реакции в i-м опыте, кг/(кг-с).
Поскольку во всех экспериментах скорость реакции замеря лась при небольших значениях давления, то можно считать, что
п = 1. Результаты вычислений приведены в табл. 50.
Таблица 50
|
Скорость реак |
|
|
|
|
Номер |
ции. приведен |
|
1/Г2, 10~6 |
|
|
ная к среднему |
1IT, 10—3 |
1пшпр |
пр'/ т |
||
экспери |
парциальному |
(1/К2) |
|||
мента |
давлению. |
(1/К) |
|
|
|
|
кг/(кгс) |
|
|
|
|
1 |
3,24-10-10 |
3,4118 |
11,6404 |
—21,85028 |
—0,0745488 |
2 |
1,44-10-9 |
3,2701 |
10,6936 |
—20,35862 |
—0,0665747 |
3 |
3,24-10-9 |
3,1289 |
9,79008 |
— 19,54769 |
—0,0611628 |
4 |
1,49-10-8 |
2,9665 |
8,8 |
— 18,02190 |
—0,0534620 |
5 |
3,29-10-8 |
2,8482 |
8,11219 |
— 17,22979 |
—0,0490739 |
6 |
5,41-Ю -8 |
2,8003 |
7,84188 |
— 16,73243 |
—0,0468558 |
V |
|
18,4258 |
56,87815 |
— 113,74071 |
—0,351678 |
Формула, описывающая зависимость скорости |
реакции нефти |
с кислородом воздуха, имеет следующий вид: |
|
ш = А 0Р ^ ехр ( ---- ^ ---- К , |
(5-11) |
где к> — скорость реакции нефти с кислородом воздуха, кг/(кг-с); Л о — предэкспоненциальный множитель, кг/[кг (Па)п-с]; pQ —
180