Особенности внутрипластового горения
Внутрипластовое горение – это химико-физический окислительный процесс, при котором происходят химические превращения, сопровождающиеся выделением большого количества теплоты, а также образованием продуктов реакций.
Результатом горения внутри пласта происходит термическая перегонка нефти, а также унос продуктов разложения в зону перед фронтом горения. Остатки термической перегонки нефти представляют из себя топливо, поддерживающее процесс внутрипластового горения. Зоны горения двигаются от стенок нагнетательной скважины в радиальном направлении. Газы, которые образуются в процессе горения, выполняют функцию «проталкивателя» нефти к добывающим скважинам. Температура фронта горения находится в диапазоне от 450 до 500 градусов по Цельсию. При создании фронта горения происходит следующее:
- Образование сухой и выгоревшей массы пористой горной породы, которое сопровождается разрушением связей между твердыми частицами из-за термического влияния за фронтом горения.
- Переход легких компонентов нефти в газовую форму, которым насыщается горная порода перед фронтом горения.
- Конденсация продуктов перегонки нефти и образование подвижной и повышенной зоны нефтенасыщенности перед фронтом горения по мере уменьшения температуры.
- Крекинг углеводородов, входящих в состав нефти.
- Снижение степени вязкости добываемой нефти перед фронтом горения из-за ее нагревания и смешивания с более легкими фракциями нефти, которые переносятся потоком газов от фронта горения.
- Горение коксоподобного остатка, который образовался в результате крекинга.
- Переход пластовой воды в паровую фазу, которая находится перед фронтом горения.
- Плавление асфальтенов и парафинов в порах горных пород.
В результате внутрипластового горения образуется несколько зон, которые изображены на рисунке.
Рисунок 1. Зоны внутрипластового горения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
1 – нагнетательная скважин; 2 – эксплуатационная скважина; 3 – распределение нефтенасыщенности; 4 – распределение водонасыщенности; 5 – распределение температуры.
- I – выгоревшая зона, в которой присутствуют следы кокса или несгоревшей нефти, в которой воздух нагревается теплотой.
- II – зона горения, в которой температура может достигать 500 градусов по Цельсию. Здесь теплота передается в основном за счет процесса конвекции.
- III – зона испарения, в которой происходит разгонка нефти на фракции, а также расщепление остатков нефти из-за ее нагрева горячим газом, поступающий из зоны горения.
- IV – зона конденсации, где происходит конденсация углеводородов и паров воды из-за понижения температуры. Вода и нефть проталкиваются к эксплуатационным скважинам несконденсировавшимися газами и газы, которые образовались в результате горения оксида углерода и азота.
- V – зона увеличенной водонасыщенности, в которой содержится три компонента – нефть, воды и газы.
- VI – зона повышенной нефтенасыщенности, которая образуется в результате перемещения нефти из зон I – V и содержащая маловязкую нефть из-за ее обогащения легкими фракциями углеводородов.
- VII – невозмущенная зона, где пластовая температура практически остается неизменной.
Конвекция – это теплообмен, при котором энергия передается струями и потоками самого вещества.
Виды внутрипластового горения
Различают прямоточное и противоточное внутрипластовое горение. При прямоточном процессе внутрипластового горения очаг двигается по пласту в направлении нагнетаемого воздуха, то есть от нагнетательной к эксплуатационной скважине. В этом случае пласт разжигается от нагнетательной скважины. Данный процесс горения эффективен при добыче легкой нефти. При противоточном процессе горения очаг перемещается по пласту в направлении, которое противоположно нагнетаемому воздуху, то есть от добывающей к нагнетательной скважине. В этом случае разжигается на забоях скважин при последующей подаче окислителя через нагнетательную скважину в центре. При таком горении прогретая зона остается не за фронтом горения, что становится причиной более эффективного вытеснения нефти на поверхность.
Также существуют влажное, сухое и сверхвлажное внутрипластовое горения. Сухое внутрипластовое горение осуществляется при подаче окислителя атмосферного воздуха, содержание водяного пара в котором минимально. При влажном внутрипластовом горении на один кубометр воздуха добавляется один литр воды. При сверхвлажном внутрипластовом горении количество добавляемой воды достигает отметки в пять литров на один кубометр воздуха.
Контроль за процессом внутрипластового горения производится с помощью измерения температуры на забоях специальных и эксплуатационных скважин, а также при помощи анализа выходящих на поверхность газов, которые практически не содержат в себе оксид углерода.
