нефть лекции
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Расчет изменения температурного поля пласта по схеме Ловерье
При проектировании тепловых методов сначала рассчитывается изменение температурного поля пласта.
Температурное поле пласта рассчитывается путём решения уравнения неразрывности температуры. Для одномерного случая оно записывается следующим образом:
Тx 2 |
Т |
Т |
2 |
cП П |
T |
, |
(18.1) |
|||
|
Т vжсж ж |
|
|
Т |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
x |
z |
|
t |
|
|
||
|
x2 |
z |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
где Т – коэффициент теплопроводности;
v– скорость движения жидкости;
ж
с– удельная объёмная теплоёмкость;
ж
2 |
Т |
|
|
– изменение температуры за счёт теплопроводности; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тx x2 |
|
|
|||
v |
с |
|
– конвективный перенос тепла; |
||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
|
||
|
|
|
|
2 |
Т |
ж ж |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
ж |
x |
|
|
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
|
– теплопотери в выше- и нижележащие пласты; |
||||
Тz z2 |
|
|
|
|
|
cT – изменение температуры пласта во времени;
ПП t
cП – удельная объёмная теплоёмкость пластовой системы (жидкость и порода):
cП П 1 m cск ск mcж ж .
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Теплопотери в кровлю и подошву пласта (рис. 18.1) являются большой проблемой при термическом воздействии на пласт. Причём, чем тоньше пласт, тем больше удельные потери.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Z
распределение температуры по глубине
теплопотери в кровлю
T0 |
Т |
теплопотери в подошву
Рис. 18.1 Распределение температуры внутри и вблизи продуктивного пласта при закачке теплоносителя
Решение уравнения (18.1) при соответствующих условиях (потери тепла только в бесконечные по толщине кровлю и подошву, теплоемкость нагретого пласта пренебрежимо мала, а теплопроводность его в вертикальном направлении бесконечно велика) получило название формулы Ловерье:
T ( ,t) T0 |
erfc |
|
(ı ), |
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
2 |
b(ı ) |
|
|
Tз T0 |
|
||||
|
|
|
|
|
||
где – баланс между сообщаемым теплом и потерями:
v с4 1xh2 – для плоскопараллельного случая;
вв в
4 1r2 – для плоскорадиального случая; qвсв
вh
T(r,t) – значение температуры на расстоянии r от скважины через время t; T0 – начальная пластовая температура;
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ТЗ – температура на забое;
erfc(x) – дополнительная функция ошибки, erfc(x) = 1 – erf(x);
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
1 – коэффициент теплопроводности окружающих пород;
ı– безразмерное время:
ıc 4 Пth2 ;
ПП
b |
c |
|
П – отношение удельных объёмных теплоёмкостей пласта и окру- |
|
сП |
|
|||
|
оп |
|
|
|
|
оп |
|
|
|
жающих пород; |
|
|||
(ı |
) – единичная функция Хевисайда может принимать только два значе- |
|||
ния: |
|
|
|
|
|
|
|
1, |
при ı . |
|
|
|
(ı ) |
при ı |
|
|
|
0, |
|
При закачке горячей воды в пласте образуются два фронта (рис. 18.2) – тепловой фронт (окончание зоны 1) и фронт вытеснения (окончание зоны 2).
ТЗ
Т0
Рис. 18.2 Изменение водонасыщенности и температуры по пласту при закачке горячей воды
Таким образом, на рис. 18.2 наглядно демонстрируется, что в случае, когда температура воды на тепловом фронте становится равной пластовой, вытеснение идёт как при обычном заводнении.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Со временем пласт прогревается, и фронт повышенной температуры распространяется вглубь (рис. 18.3).
Рис. 18.3 Динамика изменения температуры по пласту при закачке горячей воды
Чем дольше прогревается пласт, тем вклад термической составляющей в процессе вытеснения больше.
В формулу Ловерье входит величина температуры воды на забое. Поскольку далеко не все скважины, которые используются для закачки горячей воды, оборудуются забойными датчиками температуры, то возникает необходимость расчёта этого значения. Также эта необходимость возникает на этапе проектирования теплового воздействия при оценке теплопотерь по стволу скважины.
Большое распространение в таких инженерных расчётах получила формула А.Ю. Намиота:
TЗ 0 |
Г |
|
( |
0 |
Н 1) (Т |
|
|
|
ГТ |
) exp( Н ) , |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
у |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
2 ОП |
|
; |
|
|
||||
|
|
|
|
|
qвсв в ln |
r(t) |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
rc |
||||||||
|
|
|
|
|
r(t) 2 |
OПt |
; |
|
|
||||||
0 – температура нейтрального слоя (то есть температура на такой глубине, где прекращаются сезонные колебания температуры), 0С;
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ГТ – геотермический градиент, м/0С;
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Н– глубина, м;
– коэффициент теплопроводности окружающих пород;
ОП |
– коэффициент температуропроводности окружающих пород. |
|
|
OП Рассмотренные выше расчетные зависимости были выведены для случая |
|
непрерывной закачки. Однако такой вид воздействия применяется крайне редко. Чаще формируются тепловые оторочки. То есть сначала закачивается горячая вода (пар), а затем оторочка проталкивается обычной холодной водой.
При этом в пласте создается перемещающаяся в направлении процесса вытеснения нефти нагретая область. Существуют методики выбора оптимальных размеров тепловых оторочек при различных геолого-физических условиях пластов, темпах нагнетания в пласт теплоносителей, их параметрах и других технологических показателях разработки месторождений.
Использование тепловых оторочек позволяет получить несколько меньшую нефтеотдачу, чем при непрерывной закачке горячей воды в пласт. Но в таком случае затраты на подготовку и нагрев воды и, значит, удельные затраты на дополнительную добычу нефти значительно меньше.
Рассмотрим, как распределяется температура по пласту при закачке оторочки. Будем считать, что после закачки горячей воды в пласт начали нагнетать воду с начальной пластовой температурой. К температуре можем применить
принцип суперпозиции. Математически это выглядит так: |
|
|||||||||
T ( ,t) T0 |
erfc |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
(ı ) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Tз T0 |
|
|
2 b(ı ) |
, |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
erfc |
|
|
|
|
|
(ı ı1 |
) |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
2 b(ı ı1 )
где ı1 – безразмерное время закачки неподогретой воды.
Тогда графически динамика изменения температуры по пласту во времени будет выглядеть следующим образом (рис. 18.4):
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 18.4 Динамика изменения температуры в пласте при закачке оторочки горячей воды
Из рисунка 18.4 можно видеть, как при продвижении оторочки теплоносителя пик температуры снижается, а сама оторочка размазывается по пласту.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Лекция №19
План:
1.Применение паротеплового воздействия.
2.Расчет теплового поля по схеме Маркса-Лонгенхейма.
3.Некоторые практические аспекты технологий закачки пара.
4.Классификация тяжелых нефтей и битумов, их залежи на территории современного Татарстана.
Применение паротеплового воздействия
С нагнетанием пара связано большинство реализуемых на сегодняшний день термических МУН.
Процессы, происходящие в пласте при закачке пара, несколько сложнее, чем при закачке горячей воды. Эффект от закачки пара в нефтяные пласты обуславливается различными факторами, помимо перечисленных для технологий с горячей водой происходит и существенная дистилляция легких фракций, а также гидродинамическое вытеснение нефти паром. Вклад отдельных факторов в вытеснение нефти определяется геолого-физическими свойствами пласта и конкретным типом технологии.
Кроме того, пар является очень подвижной фазой и большую опасность могут создать прорывы пара. Практические аспекты применения технологий закачки пара будут рассмотрены позже. А сейчас отметим некоторые теоретические аспекты.
При проектировании и осуществлении закачки в пласт водяного пара важно знать термодинамическое состояние воды: в виде пара, в виде смеси воды и пара или даже в закритическом состоянии.
Область существования пара определяется P-T диаграммой для воды (рис. 19.1). Линия насыщения (кривая 1) разделяет области существования воды в жидкой и паровой фазах. При этом критическая зона характеризуется точкой 2. Для воды Pкр = 22,12 МПа, Ткр = 647,3 К.