Вытеснение нефти из пластов горячей водой и паром

Лекция №13. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений.

Тема 5. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений

Относительно большая доля известных запасов нефти во всем мире характеризуется высокой вязкостью нефти, что является одним из основных факторов, определяющих ее малую подвижность в пористой среде и неудовлетворительную эффективность извлечения. Вязкость нефти сильно зависит от температуры, которая в естественных условиях не всегда в пласте достаточно высока. Как показывают исследования и опыт разработки, для эффективного извлечения нефти вязкостью более 25-50 мПа*с требуется тепловое воздействие на пласты с целью снижения этой вязкости.

При нагревании нефти до 200-250⁰С вязкость ее может снижаться с 500-1000 до 5-20мПа*с.

На практике применяются различные методы искусственного теплового воздействия на пласты, содержащие высоковязкие нефти- внутрипластовое горение (сухое и влажное), вытеснение нефти паром, горячей водой и пароциклические обработки паром скважин.

С повышением температуры вязкости нефти и воды уменьшаются. При этом вязкость нефти, если она в обычных пластовых условиях значительно превышала вязкость воды, снижается более существенно. Соотношение подвижностей нефти и воды изменяется в лучшую сторону. Этот экспериментально установленный факт- главная причина использования закачки в пласт воды с повышенной температурой или вадяного пара для роста нефтеотдачи пластов, содержащих нефть увеличенной вязкости. Кроме того, при закачке в пласт горячей воды или водяного пара из нефти при соответствующих условиях испаряются легкие фракции углеводородов и переносятся патоками пара и воды по пласту к забоям добывающих скважин, дополнительно способствуя увеличению извлечения нефти из недр.

Горячую воду и пар получают в парогенераторах (котлах) высокого давления и закачивают в пласт через нагнетательные скважины специальной конструкции и со специальным оборудованием, предназначенным для работы в условиях высоких температур и давлений.

При проектировании и осуществлении закачки в пласт горячей воды и водяного пара важно знать термодинамическое состояние воды: жидкое, в виде пара, в виде смеси воды и пара или даже в закритическом состоянии.

Узнать это можно с помощью - диаграммы для воды, на которой линия насыщения разделяет области существования воды в жидкой и паровой фазах. При этом критическая зона характеризуется точкой. Для воды Если давление воды и ее температура таковы, что соответствующая этим значениям точка на этой диаграмме находится на линии насыщения, то вода пребывает одновременно и в парообразном и в жидком состояниях. Сколько в единице массы воды будет содержаться воды в жидком и парообразном состояниях, зависит от теплосодержания единицы массы воды. Если давление и температура пара соответствуют давлению и температуре на линии насыщения, то пар называется насыщенным. Над линией насыщения состояние воды будет только жидкое, а под нею - только в виде перегретого пара.

Пусть некоторый объем воды находится в состоянии, соответствующем линии насыщения. Масса пара в этом объеме равна М_П, а масса жидкой воды М_в. Имеем

(1)

Здесь сухость пара. Она изменяется от нуля, если термодинамическое состояние воды соответствует точкам, находящимся над линией насыщения т. е. вода является жидкостью, до единицы или 100%, когда вся вода представляет собой перегретый пар.

Линию насыщения на -диаграмме для воды принято аппроксимировать следующей простой зависимостью:

(2)

где -давление на линии насыщения, МПа; Т- температура, К.

По формуле (2) получают давление на линии насыщения с некоторой погрешностью вблизи точки, характеризующей критическое состояние воды.

В дальнейшем горячую воду и пар будем называть теплоносителями, закачиваемыми в нефтяные пласты в промышленных масштабах.

Важная характеристика процесса вытеснения нефти теплоносителями – пластовая температура и ее распределение. Поле температуры в пласте при закачке в него теплоносителя рассчитывают на основе уравнения теплопереноса. Рассмотрим вначале температурное поле при закачке в пласт наиболее простого теплоносителя – горячей воды. При этом будем полагать, что горячая вода закачивается в пласт с начальной температурой Т_ПЛ.

Итак в прямолинейный однородный пласт через галерею закачивается горячая вода с температурой Т₁ и расходом q. Следовательно, на входе в пласт постоянно поддерживается перепад температур . Пренебрегаем теплопроводностью пласта в горизонтальном направлении, но в отличие от рассмотренного в предыдущем параграфе идеализированного теплоизолированного пласта будем учитывать уход тепла по вертикали в его кровлю и подошву. В этом случае процесс теплопереноса описывается уравнением

(3)

В случае переменной температуры используем интеграл Дюамеля. В результате получим

(4)

Эта задача расчета температурного поля в пласте известна как задача Ловерье. Ее решают с использованием преобразования Лапласа, согласно которому вводится функция в виде

(5)

После постановки (5) в (3) и (4) получим следующее дифференциальное уравнение:

(6)

Решение уравнения (6) с учетом граничного и начального условий, если х=0 и при имеет вид

(7)

Функции - изображение по Лапласу функции – оригинала .

При переходе от изображения к оригиналу имеем

(8)

Из (8) видно, что при и а при и

Упрощению задачи расчета процесса вытеснения нефти из пласта горячей водой способствует то обстоятельство, что тепловой фронт, сильно отстает от фронта вытеснения нефти водой. Поэтому можно считать, что нефть из нагретой области, занимающей часть пласта , перемещается по ходу вытеснения быстрее, чем изменяется пластовая температура. С учетом этого можно предположить, что остаточная нефтенасыщенность в каждом сечении нагретой области равна предельной остаточной нефтенасыщенности , соответствующей данной температуре или данному перепаду температур . Это предположение равносильно утверждению о существовании зависимости.

(9)

Такая зависимость, можно считать, существует, так как экспериментально доказано, что коэффициент конечной нефтеотдачи при многократной промывке горячей водой зависит от ее температуры. Увеличивая температуру вытесняющей нефти горячей воды, можно добиваться все большего извлечения нефти из пласта. Подставляя в (9) величину определяемую формулу (8), получим распределение остаточной нефтенасыщенности в нагретой области .

Дата добавления: 2014-01-04