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

В Румынии на месторождении Гура Синицей для нагнетания воздуха используются четыре компрессора Ингерсолл Ренд 6Х (США) (производительностью каж­ дый 10 мъ'!ми.н при давлении нагнетания до 25 кг/см2. Привад компрессора осуществляется от электродвигате­ ля мощностью 160 кет.

В Румынии на месторождении Суплаку [113] для на­ гнетания воздуха в пласт применяются подобные ком­ прессоры типа «Дуплекс» румынского производства. В табл. 6 приводятся основные параметры передвижных компрессорав, выпускаемых фирмами США, которые могут быть использованы для внутрипластового горения, если по условиям работы требуются сравнительно невы­ сокие давления нагнетания воздуха.

В СССР наиболее перспективны для внедрения этого метода следующие месторождения: Ярегское (Коми АССР), Б айчу,нас (Гурьевская о'бл.), Нефтянское (Крас­ нодарский край), Охтинское (о. Сахалин) и др.

Расчет давления нагнетания воздуха при пятиточеч­ ной схеме расположения скважин может быть проведен по формуле:

70

где Р и Pvt — давление на забое нагнетательной и экс­

плуатационной скважины соответственно,

ата\

ia —■максимальная скорость нагнетания воз­

духа, м3/сутки,-

уа — вязкость нагнетаемого воздуха при на­ чальной температуре пласта, спз;

/у— температура пласта, °к; Ад—эффективная проницаемость для воздуха,

миллидарси;

h — мощность пласта, м;

ас >— расстояние между нагнетательной и экс­ плуатационными скважинами, м\

rw — радиус эксплуатационной скважины, м; v r — скорость движения фронта горения в на­

чальной стадии процесса, м/сутки,- т„ *- время начальной стадии процесса, м/сутки.

В начальный период, при очаговой системе разработ­ ки, когда фронт горения имеет небольшую площадь, мощность компрессорной станции используется непол­ ностью, что экономически невыгодно. В связи с этим, целесообразно одновременно разрабатывать несколько участков таким образом, чтобы период максимального количества нагнетания воздуха на одном участке совпа­ дал с периодом минимального объема нагнетания на другом участке.

Расчеты показывают, что предполагаемое давление нагнетания воздуха на указанных выше месторождениях составляет до 40 кг/см2, а необходимая производитель­ ность компрессорной станции при очаговой системе раз­ работки .для одного участка площадью 1,5—3 га равна около 40 тыс. м3/сутки.

При линейном потоке определение давления нагне­ тания может быть выполнено по следующей формуле:

где I — расстояние между рядами .нагнетательных и эксплуатационны,х снважин;

71

пс — число скважин в ряду; ас — расстояние между скважинами в ряду.

Линейная система разработки также может получить значительное промышленное применение особенно при эксплуатации таких крупных месторождений как Арланское (Баш. АССР), Уеинокое (Коми АССР) и др.

Эксплуатационные затраты при внутрипластовом го­ рении в основном определяются стоимостью электроэнер­ гии. В связи с тем, что имеются нефтяные месторожде­ ния с различной глубиной залегания и различной проницаемостью пласта, целесообразно изучить, как из­ меняется энергоемкость процесса компримирования воз­ духа в зависимости от давления.

Выбор типа привода компрессора определяется стои­ мостью энергии и энергетическими ресурсами. Наиболее широкое применение получил привод компрессоров от электродвигателей. К преимуществам электропривода относятся простота обслуживания и надежность в ра­ боте.

При наличии газа экономичен привод с газовым дви­ гателем внутреннего сгорания. Указанный привад может получить широкое применение для компримирования воздуха при внутрипластовом горении.

При значительных степенях сжатия весь процесс раз­ бивают на несколько ступеней, подвергая в промежут­ ках сжатый воздух охлаждению.

Процесс сжатия в многоступенчатом поршневом ком­ прессоре состоит из .нескольких последовательно проис­ ходящих процессов одноступенчатого сжатия, причем после каждой ступени воздух охлаждается в холодиль­ нике. Величина степени сжатия ограничивается темпе­ ратурой вспышки -смазочных масел. Промежуточное охлаждение воздуха между ступенями при многоступен­ чатом сжатии позволяет повысить экономичность работы машины, приближая процесс сжатия к изотермическому.

Рассмотрим работу сжатия при изменении объема цилиндра компрессора, в котором заключен объем воз­ духа V\. При адиабатическом изменении состояния воз­ духа его давление и объем связи,ны уравнением Пуас­ сона:

р* = ( W

л W ‘

72

Уравнение Пуассона может быть записано

Дифференциальное уравнение процесса сжатия з а ­ пишется в следующем виде:

dL = — P V ? * b . t v*

где Pi и I/j — первоначальное давление и первоначаль­ ный объем воздуха;

Р о и По —- давление и объем воздуха после сжатия; ах — бесконечно малое перемещение поршня

при сжатии;

dV 0— бесконечно малое изменение объема воз­ духа;

k •—постоянная величина. Интегрируя указанное уравнение, получим:

73

Таким образом, работа адиабатического сжатия мо­ жет быть определена из выражения

Учитывая значительную энергоемкость сжатия воз­ духа, эксплуатационные затраты при внутрипластоном горении в основном определяются стоимостью электро­ энергии.

Всвязи с тем, что имеются нефтяные месторождения

сразличной глубиной залегания и различной проницае­ мостью пласта, целесообразно специально рассмотреть вопрос об изменении энергоемкостей процесса сжатия воздуха от давления. Выразить аналитически процесс сжатия в виде уравнений, охватывающих влияние всех факторов, не предоставляется возможным.

Приближенно работа, затрачиваемая в теоретическом цикле z-ступенчатого компрессора с .промежуточным охлаждением при равных отношениях давлений и адиа­ батическом сжатии по ступеням, находится ;по форму­ ле [98]

А—1

где Р 1 — начальное давление всасывания, кг/см2; Pi — конечное давление нагнетания, кг/см2\

V i— первоначальный объем нагнетаемого газа, ж3; к — показатель адиабаты.

Для нагнетания воздуха при внутриллистовом горе­ нии обычно используют двух-, трех- и четырехступенча­ тые компрессорные машины. Для примера проведем сравнение четырехступенчатого и двухступенчатого про­ цессов сжатия воздуха.

Нетрудно показать, что экономия при четырехступен­ чатом сжатии в процентах определится из выражения

74

Из анализа указанной формулы следует, что <с уве­ личением числа ступеней, экономия энергии на сжатие будет возрастать, а сами работа будет приближаться к изотермическому циклу.

Сравнение целесообразности многоступенчатого сжа­ тия при другом числе ступеней, исходя из затрачивае­ мых количеств энергии, в общем виде может быть вы­ полнено из уравнения

где z[ и ^ 2— число ступеней сравниваемых циклов

компрессоров.

Суммарную индикаторную работу г-ступенчатого

компрессора с равными отношениями давлений в сту-

2#.--

пенях (е = у е 4), учитывая неполное промежуточное

75

охлаждение воздуха можно, определить по следую­ щей формуле:

Полная мощность N, подводимая к валу компрес­ сора, должна быть больше индикаторной на величи­ ну 7VT, необходимую для преодоления трения в звеньях

механизма машины, и 7VBcn для привода вспомогатель­ ных механизмов компрессора

N = N + N + N .

Сумма 7VHH+ NT= iVKпредставляет собой мощность,,

потребляемую собственно компрессором. Отношение и N K называется механическим кпд компрессора

и обозначается \ 1ех,

Для поршневых компрессоров с хорошим состоянием механизма движения при нормальной смазке и полной нагрузке кпд лежит в следующих пределах: v)Mex ==

= 0 ,9 5 -0 ,8 .

Зависимость потребляемой компрессором мощности от давления нагнетания при различном количестве сту­ пеней сжатия показана на рис. 21. Кривые 1, 2 и 3 по­ лучены при условной (производительности компрессора 30 м31мин, а кривые 4, 5 и 6 — при 60 мг/мин. Кривые

76

Рис. 21. Зависимость потребляемой компрессором мощ­ ности от давления нагнетания при различном количестве ступеней сжатия.

1 и 4 построены при двухступенчатом сжатии, 2 и 5 — при трехступенчатом и 3 и 6 — при четырехступенчатом сжатии.

Как следует из приведенного графика, с увеличением давления нагнетания потребляемая мощность возрастает. Зависимость удельного расхода электроэнергии на 1 мъ сжатого воздуха с увеличением нагнетания имеет ана­ логичную закономарность.

Следует отметить, что с повышением давления уве­ личивается число ступеней сжатия, в результате услож­ няются конструкции машины, увеличивается вес, габа­ ритные размеры и ее стоимость.

Итак, целесообразно на первой стадии внедрения использовать метод внутрипластов1аго горения на место­ рождениях, где по условиям работы требуются сравни­ тельно невысокие давления компримирования воздуха.

На залежи Павлова Гора существующая промысло­ вая компрессорная станция была реконструирована. Для нагнетания воздуха в пласт на станции были дополни-

77

телыго установ,лены два компрессора типа 2СГ-50 и один — типа 8ГК-3.

Установленные компрессоры позволяют подавать на опытный участок до 30 тыс. мг воздуха в сутки. Опыт­ ные работы по применению внутриш1 аставо1го горения проводятся в условиях использования малаприапоообленного для этой цели оборудования, что не позволяет объективно определить экономическую эффективность метода.

Создание специальных компрессоров связано со зна­ чительными затратами средств и времени, поэтому при­ нято решение на первом этапе внедрения метода исполь­

ность и наименьший вес. Простота конструкции опреде­ ляется необходимостью, с одной стороны, облегчения производства и эксплуатации, а с другой — необходи­ мостью повышения надежности работы машины. Однако сочетание простоты конструкции с высокой производи­ тельностью и экономичностью обычно трудно осуществи­ мо. При проектировании оборудования для внутрипластового горения конструктору приходится решать ком­ плекс сложных вопросов, относящихся к процессам инициирования горения и непосредственно к компановке оборудования станций. Одним из важнейших требова­ ний, предъявляемых к компрессорам, является кругло­ суточная работа с остановками лишь для проведения профилактического ухода и постановки в резерв.

Поскольку процесс виутриштастового горения обычно длится от 1 до 3 лет и более, было принято решение отказаться от передвижных компрессоров, имеющих сравнительно небольшой моторесурс.

В последние годы создается ряд станций для осу­ ществления процесса горения в различных геологических условиях. Основный ряд станций по давлению .нагнета­ ния воздуха принят следующим: 35, 70 и 200 кг/см2.

Размещение оборудования станций предусматрива­ ется в помещениях вагонного типа. Обвязка компрессо­ ров предусмотрена применительно к условиям их блоч­ ного монтажа. Создание оборудования в блочном виде позволяет сократить сроки его монтажа и уменьшить

78

объем строительно-монтажных работ в условиях про­ мысла. Вес и габаритные размеры блоков позволяют транспортировать их как по железной дороге, так и ав­ тотранспортом.

После окончания работ на выбранном участке обо­ рудование может быть перевезено и смонтировано на новом ^объекте.

Следует отметить, что при выборе компрессоров для «нутрипластового горения следует в каждом отдельном случае подбирать их (по производительности и давле­ нию) в зависимости от особенностей месторождения. Наиболее приемлемыми по своим параметрам являются компрессоры 305ВЛ.

Установка компрессора предусматривается на спе­ циальной раме, которая крепится к типовому фунда­ менту.

Такое исполнение станции связано с необходимостью снижения ее стоимости и сокращения сроков монтажа.

Основное требование, предъявляемое к компрессор­ ной станции: 'возможность обеспечения необходимой по­ дачи воздуха для разрабатываемого участка и непре­ рывной работы в течение длительного времени, особенно в период розжига пласта. Непрерывность работы лучше всего обеспечивается наличием нескольких компрессоров, выбранных таким образом, когда остановка любого ком­ прессора не влечет за собой нарушение технологического режима.

Необходимое давление нагнетания воздуха может быть установлено пробным нагнетанием передвижными компрессорами. Для указанной цели могут быть исполь­ зованы компрессоры УКП-80 или УКС-100.

При выборе компрессора (необходимо исходить из условия, чтобы его параметры соответствовали оптималь­ ному режиму работы и (конструкция удовлетворяла тре-

станций. Технологическая схема одного из вариантов станции на базе трех компрессоров 305ВП20/35 запроек­ тирована (В блочном виде. Размещение основного обору­ дования станции КС 60/35 предусматривается в четырех

79