Регистрация / Вход
Прислать материал

Подбор оптимальных параметров и создание матрицы применимости для процесса внутрипластового горения

Сведения об участнике
ФИО
Сельтикова Екатерина Владиславовна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Науки о Земле, экология и рациональное природопользование
Раздел области наук
Поиск, разведка, разработка месторождений и добычи полезных ископаемых и их добыча
Тема
Подбор оптимальных параметров и создание матрицы применимости для процесса внутрипластового горения
Резюме
В работе рассматривается математическая модель одномерной плоской задачи о появлении и распространении очага внутрипластового горения в условиях неизотермической трехфазной фильтрации с фазовыми переходами и химическими реакциями в недеформируемой пористой среде. Взаимодействие между совокупностью процессов характеризуется набором безразмерных параметров. Для анализа задачи были выделены оригинальные безразмерные комплексы, составленные из параметров Франк-Каменецкого, Пекле, Био и нефтенасыщенности. На основе проведенных расчетов построен диагностический график, который позволяет определить возможность применения технологии на реальных месторождениях.
Ключевые слова
самовоспламенение, внутрипластовое горение, математическое моделирование, безразмерный анализ
Цели и задачи
Целью данной работы является математическое моделирование закачки воздуха в нефтегазонасыщенный пласт с учетом окислительных процессов, а также исследование динамики температуры в процессе внутрипластового горения в зависимости от параметров насыщающей пласт нефти.

Задачи проекта:
1. Исследование динамики температуры в процессе внутрипластового горения в зависимости от параметров насыщающей пласт нефти.
2. Безразмерный анализ процесса внутрипластового горения, выделение безразмерных комплексов для описания процесса, построение диаграммы самовоспламенения.
Введение

Рост доли трудноизвлекаемых запасов нефти во всем мире приводит к необходимости поиска новых и совершенствования известных методов повышения их извлечения. На данный момент коэффициент нефтеотдачи варьируется от 35% до 75%, в то время как в России коэффициент нефтеотдачи достигает 37%. Среди всех методов увеличения нефтеотдачи достаточно перспективным является метод внутрипластового горения (ВПГ), осуществляемый с помощью закачки воздуха в пласт под высоким давлением. С помощью данной технологии возможно довести нефтеотдачу до 50-80%. Также стоит отметить, что метод ВПГ рассматривается как один из наиболее возможных методов разработки Баженовской свиты.

Методы и материалы

Получить аналитическое решение для системы уравнений, описывающей процесс закачки воздуха в пласт, представляется возможным лишь в некоторых частных случаях, путем введения дополнительных допущений и предположений. Решение задачи в более полной постановке представляется возможным лишь с применением численных методов. Среди множества типов численных методов, применяемых для решения подобных задач, в данной работе был выбран метод контрольного объема [3]. Процедуру численного решения можно разделить на два этапа:

- на первом этапе осуществляется дискретизация уравнений, все дифференциальные уравнения сводятся к алгебраическим уравнениям относительно значений искомых переменных (насыщенности, давления, температуры и др.) в конечном числе точек в пределах области решения;

- на втором этапе производится решение алгебраических уравнений с помощью соответствующего численного метода.

Поставленная задача решалась численно в среде программирования Matlab  по неявной схеме. Выбор метода контрольных объемов основан на наличии следующих преимуществ этого метода:

- простота реализации;

- наличие отработанных алгоритмов;

- ошибка дискретизации падает с ростом числа вершин;

- основное внимание уделяется балансу потоков через грани контрольных объемов что является критичным для такого рода задач;

- автоматическое выполнение законов сохранения.

При выборе численного метода последнее преимущество было определяющим.

 

Описание и обсуждение результатов

В качестве исходных данных для расчетов взяты параметры Западно-Салымского месторождения, пласт АС11 [2]. Основные параметры процесса закачки воздуха в пласт можно разделить на три группы:

  1. Параметры химической кинетики (энергия активации, скорость окислительной реакции, удельная теплота горения, стехиометрические коэффициенты, молярная масса нефти);
  2. Эксплуатационные параметры (массы продуктов реакции, скорость нагнетания воздуха);
  3. Промысловые характеристики (вязкость нефти, нефтенасыщенность, пористость, пластовая температура).

Для проведения многопараметрических расчетов было выбрано по одному из варьируемых параметров из каждой группы. В данном случае это энергия активации, скорость нагнетания воздуха и нефтенасыщенность.

Выявлено, что чем меньше энергия активации, тем больше значение максимально достижимой температуры. Также замечено, что для энергии активации Ea = 110 000 Дж/моль самовоспламенение для данной нефти не происходит.Показано, что чем больше нефтенасыщенность пласта, тем больше максимально достижимая температура процесса и тем дальше продвигается фронт горения.При изменении скорости нагнетания воздуха  показано, что, чем больше скорость нагнетания, тем выше температура, но в таком случае нефть сгорает быстрее и устойчивый фронт горения не достигается.

Таким образом, варьируя три этих параметра, мы можем подбирать наиболее оптимальный вариант месторождения для проведения внутрипластового горения.

Для построения диаграммы самовоспламенения было проведено более 700 расчетов. В качестве основных параметров были выбраны нефтенасыщенность S, энергия активации Ea и скорость нагнетания воздуха V.

В качестве критерия определения самовоспламенения нефти выступает скачкообразное изменение температуры. Трехмерная поверхность  в координатах EaSразделяет собой 2 области: область ниже поверхности содержит значения, при которых происходит самовоспламенение нефти; область выше поверхности отображает значения, при которых самовоспламенение нефти не произойдет при данных условиях процесса.  Диаграмма самовоспламенения для различных нефтенасыщенностей в безразмерных координатах построена с помощью модифицированных значений Пекле Pe* и Франка-Каменецкого Fk*. Область ниже каждой из кривых  подразумевает отсутствие самовоспламенения нефти. При фиксированном значении Pe* кривая окажется выше при уменьшении к-та теплоотдачи и реакционной способности нефти. При фиксированном значении Fk* кривая сместится вправо при увеличении скорости закачки кислорода.

Таким образом, выбирая точку на любой из двух диаграмм, можно сказать: произойдет ли самовоспламенение нефти при этих параметрах или нет. Диаграмма воспламенения позволяет ускорить процесс отбора скважин-кандидатов для проведения закачки воздуха в пласт и подходящих режимов, которые позволят успешно проводить процесс внутрипластового горения.

Используемые источники
1. Амелин И.Д. Внутрипластовое горение. М., Недра, 1980. - 230 с.
2. Евсеева М.Я., Ушакова А.С., Волокитин Я.Е., Брусиловский А.И., Шаймарданов М.М. Аналитическая основа оценки применимости закачки воздуха в пласт на месторождениях западной Сибири // SPE 162064, 2012. – 19 c.
3. Патанкар С. В. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости: Пер. с англ. – М., Энергоатомиздат. – 1984. -152 с.
4. Akkutlu I.Y., Yortsos Y.C. The dynamics of in-situ combustion fronts in porous media // Elsevier. Combustion and Flame - 134 - 2003 - p. 229–247.
5. Burger J. Spontaneous Ignition in Oil Reservoirs - SPEJ. - 1976. - 16(2). - P. 73-81.
6. Sarathi Partha S. In-situ combustion handbook – principles and practices. Final report, 1999, - p. 212-217.
7. Verma V.B. A theoretical investigation of forward combustion in a one-dimensional systems // SPE 1978. - SPE 7526.
Information about the project
Surname Name
Seltikova Ekaterina
Project title
Selection of optimal parameters and construction of applicability matrix for the in-situ combustion process
Summary of the project
In this work we consider a one-dimensional mathematical model of the self-ignition and propagation of combustion zone in conditions of a non-isothermal three-phase filtration with phase transitions and chemical reactions in the undeformable porous media. In the process of analysis of the mathematical model the original dimensionless complexes were selected. These complexes are composed by parameters of Frank-Kamenetskii, Peclet, Bio and oil saturation, which characterize interactions of the aforementioned processes during the in-situ combustion. The results of multi-parametric analysis of the in-situ combustion problem based on these dimensionless complexes are presented. On the basis of performed computations the diagnostic graph, that allows to determine the possibility of application of the in-situ combustion technique, is constructed.
Keywords
self-ignition, in-situ combustion, mathematical modelling, dimensionless analysis