книги из ГПНТБ / Кошко, И. И. Техника воздействия на нефтяной пласт горением

Как отмечалось выше, (при производстве пара 25% тепла теряется в парогенераторе.

Кроме того, при парютеплювой обработке часть тепла используется нерационально для прогрева пород по ство­ лу 'скважины. Если принять, что по стволу скважины теряется еще 25% тепла (эта цифра обычно (выше), то в пласт поступает только 50% тепла.

Для указанных условий может быть приближенно записано уравнение

или

Qг = 4Q5 ,

где \ — коэффициент полезного действия компрессора;

В— показатель преобразования энергии, подавае­ мой с воздухом при внутрипластовом горе­ нии;

^„ — коэффициент полезного действия парогенера­ тора.

Таким образом, эффективность использования газа как топлива при 'внутрипластовом горении в 4 раза выше, чем при паротепловой обработке.

Подобным образом может быть проведено сравнение энергоемкости внутрипластового горения и парютепловой обработки и при других условиях нагнетания, а также сравнение энергоемкости прочих методов тепло­ вого воздействия на пласт.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИНИЦИИРОВАНИЯ ГОРЕНИЯ В ПЛАСТЕ

Ответственной операцией является инициирование горения в призабойной зоне скважины.

Существующие методы зажигания пласта могут быть разделены на самопроизвольные и искусственные.

40

Самопроизвольные методы основаны на окислении пластовой нефти при нагнетании воздуха или окислите­ ля. Эти методы связаны со значительной затратой вре­ мени и могут быть использованы для зажигания пла­ стов, содержащих легкоокисляемую нефть. Для искус­ ственного розжига пласта обычно используются забойные горелки, электрические нагреватели и иногда применя­ ются химические способы инициирования горения.

Забойные горелки опускаются в скважину на насос­ но-компрессорных трубах, что связано со значительной затратой времени. При инициировании горения в пласте с помощью забойной горелки, как правило, применя­ ются независимые средства подводки топлива и воздуха для поддержания горения. Важное значение имеет до­ зировка подаваемых компонентов и контроль за темпе­ ратурой на забое. Такая система облегчает регулирова­ ние процесса горения.

Некоторые типы горелок предусматривают спуск в скважину одной колонны насосно-компрессорных труб. При этом осложняется управление режимом работы го­ релки.

Для тепловой обработки призабойной зоны скважин и инициирования горения разработано несколько ва­ риантов горелок, работающих на газообразном и жид­ ком топливе.

Горелка, разработанная в США (рис. 6 ), имеет кли­ новидную камеру сгорания, выполненную из керамики специального состава. Камера размещается в нижней части стальной трубы. Термопара, электрозапальник и предохранитель установлены над камерой сгорания. Термопара регистрирует показания температуры во вре­ мя работы горелки. Производительность горелки 14— 300 тыс. ккал/ч.

Для нагнетания газа применяются, как привило, ма­ логабаритные компрессоры небольшой производитель­ ноггп.

Для инициирования горения в США создан нагрева­ тель «Сперрис-ая». Нагреватель обеспечивает надежное регулирование температуры до 400° С и производитель­ ность около 25 тыс. ккал/ч. Термоэлемент, установленный на забое, позволяет регистрировать температуру нагре­ вания. Нагреватель спускается в скважину на тросе.

Для инициирования горения в Румынии разработан

41

специальный топочный агрегат [113]. Глубинная горелка работает на смеси воздуха с газом (рис. 7). Она испы­ тана в скважинах на глубинах 50—850 м при забойных давлениях 5—55 кГ/см2. Горелка, состоящая из корпуса

хранитель; 10 — каме­ ра сгорания; И — вен­ тиляционная труба.

и камеры сгорания, снабжена специальным устройством для стеремешивяния газа и воздуха. Внутри камера сго­ рания облицована специальным термостойким материа­ лом. Производительность горелки 120—150 тыс. ккал/ч.

42

43

Забойный (нагреватель подобной конструкции исполь­ зовали дли иницииронания горения на Бориславском месторождении.

Нагреватель опускают на забой скважины на одной колонне на'0 0сн1 1оншмп!реаоор'ных труб, по которой пода­ ется одновременно дизельное топливо и воздух. Процесс работы нагревателя осуществляется при избытке возду­ ха a = 2,2—3. Нагреватель испытан при давлении до 15 кГ/см2 и позволяет подать к забою 50—200 тыс.

ккал/ч.

Для инициирования горения разработана забойная газовая горелка «Кубань» (рис. 9). Для повышения на­ дежности работы и осуществления возможности исполь­ зования ракетного запала распределитель горелки вы­ полнен в виде втулки с лысками на наружной поверх­ ности и поперечным каналом в нижней торцевой части.

Горелка состоит из (Корпуса из жаростойкой стали. В корпусе предусмотрены тангенциальные щели для подачи вторичного воздуха. В нижнюю часть корпуса вворачивается хвостовик с карманом для термопары.

Горелка «Кубань» опускается в скважину на двух­ лифтовой колонне труб. Первичный воздух подается по центральной колонне насосно-компрессорных труб, а вторичный — между наружной колонной насосно-ком­

сложность конструкции и сравнительно 'Небольшой срок службы.

Техническая характеристика компрессоров, которые могут быть использованы для нагнетания газа при ини­ циировании горения, приведена в табл. 3.

В целях дальнейшего расширения работ по интенси­ фикации процесса добычи нефти и повышения нефтеот­ дачи пластов путем применения термических методов и в частности внутрииластового горения необходимо обес­ печить широкое изготовление специального оборудова­ ния.

Для инициирования горения разработана специаль­ ная установка с топочным газовым нагревателем УГГ

44

(рис. 10). Установка состоит из компрессора, оборудо­ вания устья скважины и .нагревателя.

Мембранный компрессор МК-Ю/64 пред,назначен для

В торцовых стенках картера установлены коренные -под­

часть картера является емкостью для масла. В боковых и верхней стенках картера имеются окна для монтажа

иобслуживания механизма движения.

Вкомпрессоре МК-10/84 масляные и крейцкопфные цилиндры представляют собой чугунные гильзы, запрес­

сованные в расточках картера, а цилиндр II ступени запрессован в расточке корпуса мембранного блока

II ступени.

Мембранный блок состоит из корпуса, мембраны, маелораспределительяого и ограничительного дисков, имеющих 'одинаковый (вогнутый профиль. Между диска­ ми зажата мембрана. Отверстия в маслюраспределительном диске обеспечивают равномерную подачу масла ко всем точкам мембраны. В ограничительном диске распо­ ложены гнезда для всасывающего и нагнетательного

клапанов.

Клапаны — самодействующие кольцевые и дисковые с пластинчатыми пружинами.

45

Подкачивающий насос компрессора МК-10/64 — за­ топленного типа. Насос засасывает масло из нижней части картера через приемный сетчатый фильтр и подает его в корпус мембранного блока. Избыток масла через маслообрасывающие клапаны поступает ,на смазку ком­ прессора. Смазка коренных подшипников коленчатого вала осуществляется разбрызгиванием масла.

46

Охлаждение компрессора— водяное. В компрессоре МК- Ю/64 промежуточный и конечный холодильники — спирально канал ьлого пипа.

Сжатие газа происходит ,в мембранном блоке и осу­ ществляется посредством колебательного движения мем­ браны, зажатой но контуру между мембранными диска­ ми, выполненными по специальному профилю. Колебания мембраны происходят .иод действием масла, приводимо­ го в движение поршнем от кривошипно-шатунного ме­ ханизма.

Конструкция компрессора о1бешечивает полную гер­ метичность газовой полости и исключает загрязнение рабочего паза маслом или его парами. Привод компрес­ сора осуществляется через горизонтальный одноступен­ чатый редуктор 'От электродвигателя во взрывобезопас­ ном исполнении.

Компрессор, редуктор, электродвигатель, промежу­ точный и коленчатый холодильники монтируются на об­ щей рамс.

Забойная горелка, которая состоит из камеры сгора­ ния, смесителя, обратного клапана, электрического за­

для перемешивания газа и воздуха, которое позволяет обеспечивать однородность смеси.

Камера сгорания горелки внутри облицована спе­ циальным термостойким материалом.

Связь горелки с наземным оборудованием осуществ­ ляется двумя колоннами насосно-компрессорных труб, a также многожильным кабелем питания электрического запальника и (измерения температуры. По одной колонне в горелку подается газ, а по другой — воздух в соответ­ ствующих пропорциях. Для воспламенения смеси пред­ усмотрен электрический запальник.

Обратный клапан предотвращает попадание (внутрь насосно-1ком1преааорных труб пластовой жидкости или воздуха.

Измерительная аппаратура выполнена по мостовой схеме (и позволяет контролировать температуру на забое скважины.

Для регулирования процесса горения предусмотрена аппаратура регулирования расходов газа и (воздуха, по­ даваемых в топочный агрегат.

47

Теоретически необходимое для горения газа количе­ ство воздуха определяется по следующему уравнению:

Теоретическая температура горения газовой смеси приближенно определяется по формуле

v co 2 ^coj + v o2C Ql + VNl CNj + VTj2o C Hj0

где Qp.c. — низшая теплотворная способность сгорания газовой смеси, ккал/м 3-,

Ссо2, Со2 и т. д. — удельные теплоемкости продуктов сгорания;

Vco2, Vo2 и т. д. — содержание газов в продуктах сго­ рания, %.

Воспламенение горелки проводится при минимальной подаче газа и воздуха.

В процессе работы для охлаждения колонны в коль­ цевое пространство дополнительно нагнетается воздух.

При достижении в скважине температуры воспламе­ нения нефти (порядка 300° С) прекращают работу го­ релки и продолжают нагнетание воздуха с дебитом, не­ обходимым для поддержания горения в пласте.

Техническая характеристика установки с топочным газовым нагревателем

В комплекте установки предусмотрены различные приспособления и инструмент, необходимый для успеш­ ного .проведения работ в условиях промысла.

Электронагрев является одним из наиболее простых и дешевых способов инициирования горения. .При этом

48

способе упрощается обслуживание и, особенно, регули­ рование технологического процесса, облегчаются усло­ вия труда обслуживающего персонала.

Однако мощность электронагревателей ограничена и обычно не превышает 50 кет. Недостатком их также является небольшой ресурс работы.

Фирма «Тор дивелопмент инк» (США) для иниции­ рования горения в пласте использует электронагревате­ ли мощностью до 20 кет и напряжением 440 в. Нагре­ ватель опускают в скважину специальной лебедкой. Подобный нагреватель мощностью 10 кет использовался для инициирования горения в штате Иллинойс [162]. Закрепив нагреватель на заданной глубине, регулируют его мощность и объем подаваемого воздуха, позволяю­ щие получить заданную температуру нагрева. Выделяю­ щееся от нагревателя тепло через воздух передается пласту. Процесс нагревания воздуха протекает в слож­ ных условиях теплообмена и зависит от формы и разме­ ров нагревателя, диаметра обсадной колонны и интен­ сивности нагнетания воздуха.

Поскольку электронагреватель при работе в скважи­ не обдувается воздухом, передача тепла осуществляется за счет конвективного 'теплообмена.

Воспламенение происходит отри достижении темпера­ туры вспышки нефти и наличии воздуха.

Выбор мощности нагревателя и количества нагне­ таемого воздуха при инициировании горения определя­ ется расчетом.

Количество тепла, необходимое для прогрева пласта, зависит от многих факторов: температуры воспламене­

нагревателя 25 кет необходимо обеспечить работу на­ гревателя в течение 350 часов.

При недостаточной мощности нагревателя иницииро­ вание горения может быть осуществлено на сравнитель­ но небольшом участке пласта.

Для 'Обеспечения розжига пласта по всей мощности нагреватель может быть установлен последовательно в неокольких точках пласта. Последовательно поднимая