Сухое прямоточное горение

При сухом прямоточном горении его фронт вытесняет несгоревшие фракции сырой нефти, при этом наиболее тяжелые ее фракции, превратившиеся в углеродистый остаток, неправильно называемый коксом, сгорают в кислороде нагнетаемого воздуха. Область, остающаяся за фронтом горения, не содержит органических соединений.

Для рассмотрения случая установившегося режима удобно выделить четыре основные зоны, нумерация которых проводится в направлении распространения фронта.

Зона 1. В этой области пласта уже произошло горение, и она совершенно освобождена от нефти. Нагнетаемый воздух нагревается при контакте с коллектором, что позволяет утилизировать часть тепловой энергии, выделяемой при горении. Следовательно, зона представляет собой некий теплообменник, причем температура в ней снижается в направлении к нагнетательной скважине.

Зона 2. Зона горения. Кислород потребляется при сжигании углеводородов и кокса, осажденного на поверхности коллектора. Температура в этой зоне определяется в основном свойствами и количеством твердых и газообразных веществ, присутствующих в единице объема зоны.

Зона 3. Зона коксования. Тяжелые фракции, которые не были смещены и не переведены в газообразное состояние, подвергаются пиролизу. Если не все количество кислорода, поступившего в зону горения, было использовано при окислении, протекает окислительный пиролиз.

Зона 4. При достаточном падении температуры закачиваются химические превращения. Через эту зону фильтруются газообразная и жидкая продукция. Здесь наблюдается следующие явления:

в области примыкающей к зоне реакций, протекают последовательно испарение и повторная конденсация легких фракций нефти и воды, изначально присутствовавшей в месторождении; происходит также конденсация воды, являющейся продуктом химических реакций.

В области, где температурный уровень ниже температуры конденсации воды, возникает зона, характеризуемая значением водонасыщенности, превышающим начальное значение водонасыщенности данного месторождения (водяной зал); этот слой проталкивает перед собой вал нефти (зону, характеризуемую повышенной относительно начального уровня нефтенасыщенностью). Эта нефть очень вязкая, и ее продвижение может привести к закупорке пласта. Вне вала нефти характеристики пласта постепенно приближаются к исходным величинам.

Внутрипластовое прямоточное горение в сочетании с заводнением

При сухом прямоточном горении значительная доля тепловой энергии, накопленной в коллекторе, теряется в окружающих породах вследствие теплопроводности. После инициирования сухого горения можно совместить нагнетание в пласт воздуха и воды, что позволяет использовать существенную разность энтальпий воды и водяного пара для отбора тепловой энергии, аккумулированной в окрестности нагнетательной скважины, и переносить ее в области перед фронтом горения.

Если отношение количества нагнетаемой воды к количеству нагнетаемого воздуха не слишком велико, происходит горение. В этом случае можно выделить пять зон:

Зона 1. Через эту зону уже прошел фронт горения; в ней не содержится или почти не содержится углеводородов. Но так как температура в этой зоне ниже температуры, при которой достигается равновесие жидкость- пар, здесь происходит двухфазное течение. Существенная часть поступившей в пласт воды не достигает фронта испарения.

Зона 2. В этой зоне вода находится в газообразном состоянии и коллекторы насыщены смесью нагнетаемого воздуха и водяного пара. Фронт испарения поступившей в пласт воды располагается на границе между зонами 1 и 2, где градиент температуры имеет большое значение.

Зона 3. Зона горения. Кислород расходуется при сжигании невытесненных из зоны углеводородов и кокса, осевшего на стенках коллектора на границе данной зоны с зоной 4.

Зона 4. Зона парообразования – конденсации. Температура этой зоны слабо отличается от температуры парообразования воды. Здесь реализует постепенная конденсация паров нагнетаемой в пласт воды, а так же воды, являющейся продуктом химических реакций. С другой стороны, легкие и средние фракции нефти испаряются и уносятся и уносятся на границу с зоной 5. При достаточно высокой температуре возможны химические реакции.

Зона 5. На границе с зоной парообразования – конденсации наблюдается резкое падение температуры вследствие наличия слоя воды, за которым располагается слой нефти. За этой областью характеристики пласта приближаются к своим исходным.

При увеличении отношения количества закачиваемой воды к количеству закачиваемого воздуха тепловая энергия, выделяемая при сжигании и запасаемая коллектором на внутренних участках фронта горения, становится недостаточной для испарения всей массы поступившей в пласт воды. Зоны повышенной температуры (зоны 2 и 3) становится все более и более узкими и, наконец исчезают. Однако при определенных условиях возможно продвижение зоны повышенной температуры с неоднородным температурным полем, близким к температуре испарения воды при заданном давлении. Подобный процесс носит название сверхвлажного горения.

Для этого процесса характерно следующее:

существует конечная водонасыщенность (вода в жидком состоянии) во всем объеме области повышенной температуры;

экзотермические реакции, необходимые для поддержания процесса, протекают во всех точках горячей зоны, где находятся углеводородные соединения и кислород;

вследствие невысокого уровня температур горячей зоны пиролиз не оказывает существенного воздействия, и характер окислительных реакций в этом случае от реакции горения при высокой температуре;

не достигается полного вытеснения нефти из обрабатываемой области.