Методика оценки водовоздушного отношения

Потребность тепла для перевода в насыщенный водяной пар закачиваемой поды в расчете на единицу массы определяется следующим балансовым соотношением:

(1)

Где C_вода - удельная теплоемкость воды;

r_n - теплота парообразования;

х - сухость пара;

T_нп - температура насыщенного пара (кипения);

T_пл - температура пласта.

В балансовом соотношении (1) принято, что температура закачиваемой воды равна температуре пласта. Такое предположение возможно, так как закачиваемая вода будет быстро прогреваться до пластовой температуры. При этом будет формироваться оторочка воды с температурой, равной температуре закачиваемой воды.

Известно, что при потреблении одного килограм­ма кислорода выделение тепла составляет r_к = 10500..12600 кДж. Для перевода в пар 1 кг горя­чей воды потребность в кислороде R_к , составит

, кг/кг (2)

где К_ик — коэффициент использования кислорода в реакции окисления. При этом потребность в воздухе составит

, кг/кг (3)

Где s – доля кислорода.

Переходя к объемам, учитывая, что плотности воздуха и воды примерно равны 1,3 и 1000 кг/м³ , а s=0,2, получим

, нм³ /м³ (4)

Соответственно величина водовоздушного отношения, обеспечивающего перевод закачиваемой воды в пар, составит

, м³/нм³ (5)

Соотношение (5) может быть использовано лишь для ориентировочной оценки максимальной величины водовоздушного от­ношения, при повышении температуры от начальной пластовой до температуры парообразования Тип.

На практике часто возникает необходимость разогрева водовоздушной смеси от начальной пластовой температуры Тпл, до фиксированной температуры нагрева причем, Тпл может быть больше, меньше или равна температуре кипения Тнп. Надо отметить, что при пластовых давлениях более 22,1 МПа температуры кипения Тнп просто не существует, а граница между жидкой и газообразной фазами воды отсутствует. Кроме того, при приближении к критическим значениям удельная теплоемкость воды Свода и скрытая теплота парообразования rn существенно зависят от температуры.

С учетом этих соображений были получены общая формула и ее численное приближение:

, м³/нм³ (6)

Здесь = 1^оС, а Тпл и Тнп – округлены до 1^оС.

Для расчетов значений удельной теплоемкости воды С_воды(Т) и температуры кипения Т_ип(Р) от пластового давления Р используется пакет программ ''WaterSteamPro", который предназначен для вычислений теплофизических свойств воды и водяного пара в широком диапазоне исходных данных.

Коэффициент использования кислорода в расчетах принимается равным 1, так как именно в этом случае обеспечивается полное потребление кислорода в процессе реакций внутрипластового окисления, происходящих при осуществлении термогазового метода, что в свою очередь гарантирует безопасность данного метода. В расчетах для каждого рассмотренного случая значения давления принимаются постоянными.

По общей формуле (6) водовоздушное отношение рассчитывается по-разному в зависимости от соотношения температуры нагрева воды, температуры парообразования и величины пластового давления. Имеется три варианта:

1. Случай Баженовской свиты. Для нее характерны аномально высокие пластовые давления, Р_пл > Р_кр = 22,1 МПа, причем процесс парообразовашм отсут­ствует вообще, следовательно, r_n = 0:

, м³/нм³ (7)

Это выражение соответствует также другой ситуации, когда температура кипения не достигается, т.е. Т_нг<Т_нп

2. Традиционный случай, Т_нг=Т_нп:

, м³/нм^{3 ,} (8)

При этом достигается температура начала процесса парообразования, следовательно, r_n > 0, а водовоздушное отношение зависит от величины потребной сухости пара х, которая может принимать значения от 0 до 1.

3. Случай перегретого пара, Т_нг>Т_нп:

, м³/нм³ (9)

В последнем случае процесс парообразования полностью завершен, следовательно, гп > 0 и для всех определяемых значений водовоздушного отношения сухость пара равна 1. Согласно приведенной методике, были проведены расчеты применительно к пластовым условиям, характерным для месторождений Баженовской свиты. Начальное пластовое давление Рпл.нач. принято равным 35,0 МПа, а начальная пластовая температура Тпл.нач. составляет 110 °С.

По результатам расчетов были построены графические зависимости (рис. 3.3.- 3.6.), согласно которым для реализации процесса закачки водовоздушной смеси в принятых термобарических пластовых условиях (не­обходимости достижения температуры нагрева воды от 250 до 450°С и возможности изменения пластового давления в диапазоне 20 МПа от начального) значения водовоздушного отношения могут изменяться в пределах от 0,0007 до 0,005 м3/нм3.

При закачке обогащенного кислородом воздуха водовоздушное отношение может быть увеличено пропорционально содержанию кислорода в воздухе (рис. 3.6.), что может снизить затраты на компрессию воздуха. Однако экономическая эффективность и оптимальная концентрация кислорода для обогащенного кислородом воздуха требует дальнейшего исследования.

Рис. 3.4. Зависимость водовоздушного отношения от температуры нагрева Т_нг при различных пластовых давлениях

Р_пл ( Р _пл.нач. =35 МПа, Т _{нг. нач.} = 110 ^оС)

Рис. 3.5. Зависимость водовоздушного отношения от пластового давления Р_пл при различных температурах нагрева Т_нг

( Р _пл.нач. =35 МПа, Т _{нг. нач.} = 110 ^оС)

Полученный согласно первичной оценке диапазон изменения водовоздушного отношения необходимо учитывать при переходе к рассмотрению более сложных аналитических задач и проведении расчетов на численных моделях. Как показали дальнейшие расчеты на численных моделях, полученная первичная оценка в среднем достаточно хорошо совпадает с результатами гораздо более сложного и дорогостоящего термогидродинамического моделирования.

Рис. 3.6. Зависимость водовоздушного отношения от температуры нагрева Т_нг при различной степени обогащения кислородом воздуха s

( Р _пл =25 МПа, Р _пл.нач. =35 МПа, Т _{нг. нач.} = 110 ^оС)

Увеличение водовоздушного отношения (ВВО) приводит:

• к увеличению размера тепловой оторочки → к увеличению глубины прогрева окружающих слоев нефтематеринской породы;

• к увеличению скорости продвижения тепловой оторочки → к уменьшению глубины прогрева окружающих слоев нефтематеринской породы (рис. 3.7.).

Следовательно, должно существовать оптимальное значение для ВВО.

Рис. 3.7. Зависимость объема прогретой матрицы от водовоздушного отношения (ВВО) при ТГВ

Регулирование ВВО осуществляется на основе конкретного геологического строения залежей БС с необходимостью учета соотношения объемов дренируемых и недренируемых зон, а также их взаимного расположения.