Взаимная динамика фронтов тепловыделения и вытеснения при внутрипластовом горении нефти. Одномерное моделирование

Численно решена одномерная осесимметричная и плоская задача о распространении фронтов горения и вытеснения нефти в нефтенасыщенном пласте. Рассматривались две горючие компоненты – подвижная (нефть) и неподвижная (кероген, нефтяной абсорбат). Проанализировано влияние расхода дутья, вязкости жидкой компоненты, концентрации кислорода в дутье и величины тепловых потерь (толщина нефтесодержащего пласта) на динамику фронтов тепловыделения и вытеснения нефти. В цилиндрической системе с течением времени уменьшается поток окислителя и происходит смещение максимума температуры от фронта горения твердой компоненты к фронту вытеснения («прыжок» фронта горения). Время наступления «прыжка» в зависимости от параметров может варьироваться от нескольких десятков до нескольких сотен суток, а расстояние, на которое осуществляется «прыжок», может достигать порядка 10 м. После «прыжка» скорость горения и температура продолжают падать и через промежуток времени, соизмеримый с временем, прошедшим до «прыжка», химическая реакция практически прекращается. При этом переход горения на жидкую фазу после «прыжка» заметно не сказывается на скорости фронта ее вытеснения. Время наступления «прыжка», а также скорость взаимного удаления фронтов горения (максимальной температуры) и вытеснения нефти приблизительно линейно зависят от расхода дутья и нелинейно – от вязкости нефти. При малой вязкости фронт вытеснения быстро отдаляется от фронта горения, момент «прыжка» фронта задерживается, расстояние между фронтами на момент «прыжка» достигает значений в 10 м и более. Концентрация кислорода в дутье существенно влияет на взаимное движение фронтов горения и вытеснения, поскольку динамика фронта вытеснения от нее не зависит, а скорость фронта горения пропорциональна концентрации кислорода. Повышение содержания кислорода в дутье сразу после «прыжка» позволяет локализовать область максимального тепловыделения (горения) вблизи фронта вытеснения нефти. Данная манипуляция может быть использована для управления устойчивостью фронта вытеснения, однако для ее практической реализации необходимо иметь информацию о концентрационных и температурных полях внутри пласта, которую можно почерпнуть лишь из косвенных измерений и моделирования. Результаты исследований могут быть применены при разработке проектов нефтедобычи c использованием внутрипластового горения.

1. Шейнман, А. Б. Подземная газификация нефтяных пластов и термический способ добычи нефти / А. Б. Шейнман, К. К. Дубровай. М.: ОНТИ, 1934. 95 c.

2. Боксерман, А. А. Термогазовый метод увеличения нефтеотдачи / А. А. Боксерман // Георесурсы. 2007. Т. 22, № 3. С. 18–20.

3. Чарный, И. А. Подземная гидрогазодинамика / И. А. Чарный. М.: Гостоптехиздат, 1963. 397 с.

4. Рубинштейн, Л. И. Температурные поля в нефтяных пластах / Л. И. Рубинштейн. М.: Недра, 1972. 276 с.

5. Муслимов, Р. Х. Опыт применения тепловых методов разработки на нефтяных месторождениях Татарстана / Р. Х. Муслимов, К. М. Мусин, М. М. Мусин. Казань: Новое знание, 2000. 226 с.

6. Алдушин, А. П. К анализу режимов внутрипластового горения / А. П. Алдушин, Б. С. Сеплярский // Докл. АН СССР. 1980. Т. 255, № 3. С. 616–620.

7. Богданов, И. И. Численное исследование начального этапа и развитых режимов внутрипластового горения / И. И. Богданов, Л. А. Чудов. М.: Изд. отдел ИПМ, 1983. 74 c. (Препринт / Институт проблем механики; 227).

8. Козначеев, И. А. Одномерное моделирование фронта внутрипластового горения нефти с учетом подвижной и неподвижной горючих компонент / И. А. Козначеев, К. В. Добрего // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 1. С. 48–61. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-1-47-60.

9. Akkutlu, I. Y. The Dynamics of In-Situ Combustion Fronts in Porous Media / I. Y. Akkutlu, Y. C. Yortsos // Combustion Flame. 2003. Vol. 134, No 3. P. 229–247. https://doi.org/10.1016/s0010-2180(03)00095-6

10. Добрего, К. В. Фильтрационное горение газов / К. В. Добрего, С. А. Жданок. Минск: Ин-т тепло- и массообмена НАН Беларуси, 2002. 204 с.