Устройство абсорбционных аппаратов

По конструкции подразделяются:

Оросительные со стационарной насадкой

Сетчатые

Барботажные

Механические

С подвижной насадкой

1) Оросительные со стационарной насадкой

1- пустотелая колонна

2- форсунка

3 – стационарная насадка

4 – опорная решетка.

L₀ м³/ч

d – диаметр одной капли

V=πd³/6

L₀/х =n число капель

f = πd² – поверхность одной капли

Поверхность абсорбции: F_абс=n πd²

Насадки различаются:

а) Колца Рашига

h=Д, 25х25……150х150,

Изготавливаются из стали, керамических материалов, пластмассы.

б) седла Инталлок

снаружи полые

в) хордовая насадка (из досок шириной 120 мм)

Очитка абсорбера от H₂S. Для 1000 м³.

2)Сетчатые

1 – корпус

2 – решетка, диаметр каждого отверстия 2,5 мм

3 – гидравлический запор,

4 – распределитель жидкости

За счет скорости газа 3-5м/с, возникает пенный режим на горизонтальных участках

Мелкие отверстия часто забиваются и требуют периодической чистки

При абсорбции NO_X+H₂O выделяется большое количество тепла.

3) Барботажные

→ 3 –барботажный колпачек

1- корпус,

2 – опорная решетка

L=40

4) Механический абсорбер.

1-корпус

2- рабочее перфорированное колесо,

3- вал

самые эффективные, но большой расход электроэнергии

2. Технология ИДТВ (П), отличие от ИДТВ, эффективность К_н

(Справочно, для более полного понимания ИДТВ, ИДТВ(П))

В технологической схеме разработки Гремихинского месторождения предусматривались два этапа опытно-промышленных работ: на первом этапе осуществление формирования первоочередного участка теплового воздействия, состоящего из семи площадных элементов, и на втором - развитие работ до 42 элементов теплового воздействия. В качестве теплогенерирующих средств использовались парогенераторы типа УПГ 9/120 и УПГ 60/160.

Принципиальная схема теплового воздействия (ВГВ):

элемент воздействия - 7-точечная обращенная схема размещения скважин (нагнетательная в центре) с расстояниями между скважинами 173 м;

темп нагнетания теплоносителя в каждый элемент (в центральную нагнетательную скважину) - 160 т/сут;

суммарная закачка теплоносителя в каждый элемент должна составлять 1,3 порового объема элемента воздействия при температуре агента на устье нагнетательной скважины 260°С;

последующая закачка холодной воды для "проталкивания" созданной тепловой оторочки в пласте должна составлять до 1,7 порового объема элемента.

Строительство паронагнетательных скважин осуществлено по специальной технологии, предусматривающей использование термостойких металлов эксплуатационных колот и термостойкого тампонажного цемента. Перед цементированием эксплуатационной колонны осуществляется предварительная ее растяжка (низ колонны заякоривается) с силой д₀ 100т.

Технологической схемой 1985 г. обосновано формирование 244 элементов теплового воздействия с использованием 6 установок УПГ 9/120 и 27 - с более высокой производительностью - УПГ 60/160.

Закачка теплоносителя начата в 1983 г.

Результаты ВГВ приведены далее в табл. 4.11.

Технология импульсно-дозированного теплового воздействия

(ИДТВ)

Одним из главных условий, определяющих рациональную разработку нефтяных месторождений при термическом воздействии на пласт, является повышение тепловой эффективности процесса. Под тепловой эффективностью процесса имеется в виду количество тепла, сохранившегося в пласте и полезно используемого для извлечения нефти, в долях от общего количества, введенного в пласт с поверхности или генерируемого в нем за определенный промежуток времени. Одним из недостатков термических методов является то, что в процессе закачки теплоносителя значительная часть вводимого в пласт тепла используется нерационально, т.е. теряется при движении по колонне нагнетательных труб, в призабойной зоне, в самом пласте и окружающих его породах, что, естественно, приводит к снижению эффективности метода и повышению себестоимости добычи нефти.

В связи с этим совершенствование технологии разработки нефтяных месторождений с применением закачки теплоносителя в пласт является одним из важных вопросов, этом главной целью совершенствования технологии является повышение тепловой эффективности процесса, т. е. когда на добычу одной тонны нефти, при прочих равных условиях расходуется меньше теплоносителя, а охват залежи воздействием повышается, что приводит к более полному излечению нефти из пласта и повышению коэффициента конечного нефтеизвлечения.

На основе анализа отечественного и зарубежного опыта нагнетания теплоносителя в пласты, содержащие высоковязкие нефти, проведения лабораторных и опытно-промышленных работ в сложных (для тепловых методов) геологических условиях была создана (авторы В.И. Кудинов, B.C. Колбиков, Н.В. Зубов, Б.М. Сучков, М.И. Дацик и др.) принципиально новая высокоэффективная, ресурсосберегающая технология импульсно-дозированного теплового воздействия (ИДТВ) на пласт. В основе этой технологии лежит решение наиболее проблемных задач разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами высоковязкой нефти, с целью повышения конечного нефтеизвлечения и ресурсосбережения.

Главное отличие новой технологии ИДТВ от известных состоит в особом режиме циклического нагнетания в пласт теплоносителя и холодной воды. Объемы порций теплоносителя К(Т) холодной воды К(Х) определяются в строго расчетных количествах по формуле:

где, Vпор - объем порового пространства пласта участка разработки, м³;

m - пористость пласта, доли единицы;

Tэф - эффективная температура вытеснения нефти, выше которой температура практически не изменяет вязкость нефти, ^oС;

Tо - начальная температура пласта, °С;

ρ_ж, ρ_т,ρ_х, - плотность соответственно добываемой жидкости, теплоносителя и холодной воды, кг/м³;

i_ж, i_т, i_х - теплосодержание соответственно добываемой жидкости, теплоносителя и холодной воды, ккал/кг;

с_о^ж - объемная теплоемкость пласта с насыщающими его жидкостями, ккал/м³- °С;

λ₀ - коэффициент теплопроводности окружающих пород, ккал/м³* ч*°С;

с₀ — объемная теплоемкость окружающих пород, ккал/м³- °С;

Н — толщина пласта, м;

q- темп нагнетания агента в пласт, м³/ч;

ά, β - безразмерные коэффициенты.

Потери тепла в породы, окружающие нефтеносный пласт, а следовательно, и тепловая эффективность процесса зависят в основном от разности температур между продуктивным пластом и окружающими породами. Поэтому при закачке теплоносителя высокого потенциала в больших объемах, т. е. при создании тепловой оторочки, размеры которой составляют 0,6-0,8 порового объема пласта на участке воздействия, создаются условия для больших непроизводительных потерь тепла.

На рис. 4.4 представлена зависимость вязкости пластовой нефти от температуры при давлении 10 МПа; на рис. 4.5 -номограмма зависимости объемов порций импульсов теплоносителя V(T) и ненагретой воды V(X) от эффективной

температуры вытеснения нефти Т_эф при разных температурах нагнетаемого теплоносителя Т_а При тепловом воздействии следует поддерживать в пласте температуру, не превышающую некоторой минимально необходимой для данного месторождения — эффективной температуры вытеснения Т_эф . Она определяется по графику зависимости вязкости нефти конкретного месторождения от температуры (рис. 4.4 ), т. е. принимается в качестве эффективной температуры то ее значение, при котором дальнейшее повышение температуры практически не влияет на снижение вязкости нефти.

После определения эффективной температуры вытеснения, естественно, принимается условие, что при суммарном нагнетании теплоносителя и холодного агента в объеме άV_пор средняя температура части пласта βV_пор должна быть равной Т_эф

В этом случае уравнение баланса тепла будет следующее:

где Q (Т) - объем нагнетаемого теплоносителя в пересчете на конденсат;

Q (X) - объем нагнетаемого холодного агента;

Q_{ - количество тепла, накапливаемого в пласте;

Q₂ - количество тепла, выносимого из пласта вместе с добываемой жидкостью;

Q₃ - количество тепла, теряемого в окружающие породы;

Q (Т) и Q (X) удовлетворяют соотношению

Q(T)+Q(X)= άV_пор (4.7)

Слагаемые правой части уравнения (4.6) приближенно могут быть представлены в аналитическом виде

, (4.8)

причем объемная теплоемкость пласта с насыщающими его жидкостями

где ρ_ск, ρ_ж - плотность соответственно скелета пласта и жидкости, содержащейся в нем;

с_ск и с_ж — соответственно удельная теплоемкость скелета пласта и жидкости.

Количество тепла, выносимого из пласта вместе с добываемой жидкостью,

а теплопотери в окружающие породы составляют

Легко видеть, что объемы порций теплоносителя V(T) и холодной воды V(X) связаны друг с другом соотношением

Подставив в (4.12) вместо Q(T) его значение из уравнения (4.6), получаем характеристику, определяющую технологический режим по данной технологии, т. е. выражение (4.5).

Приняв ά = 2, β = 1, построим номограмму зависимости отношения V(T)/V(X) от эффективной температуры вытеснения для различных значений температур теплоносителя (рис. 4.5).

Видно, что

т. е. коэффициент ά определяет суммарную закачку в пласт теплоносителя и холодного агента в долях от объема пор разрабатываемого участка пласта.

Опыт применения традиционных термических методов на конкретных месторождениях показывает, что для достаточного охвата пласта вытеснением необходимо прокачивать через пласт не менее двух объемов пор вытесняющего агента (ά > 2). Часто в технологических схемах срок разработки залежи высоковязкой нефти определяется суммарной закачкой агентов в размере 2-3 объемов пор. Так, например, в известном способе с использованием тепловых оторочек задают величину оторочки Q_n/V_пор пределах 0,4-1,0, а затем 2-3 объема холодной воды вытесняют остаточную нефть.

Значение ά=2 выбирается из практических соображений, т.к. с увеличением а увеличиваются теплопотери в окружающие пласт породы, и эффективность теплового воздействия постепенно снижается.

Коэффициент β используется для обозначения доли прогретой части пласта (β <1, если требуется прогреть не весь пласт, и β =1, если необходим прогрев всего пласта).

Основная практическая задача заключается в следующем: какое количество теплоносителя Q( Т) необходимо закачать в пласт и какое должно быть соотношение импульсов V(T)/V(X), чтобы при заданном объеме закачки теплоносителя и холодной воды в количестве двух поровых объемов Q(T)+Q(X)=2V , температура всей части пласта достигала в среднем значения Т_эф. Вот почему основным значением коэффициента β является значение β=1.

Таким образом, при ά=2 и β =1 по предложенной формуле определяем постоянное значение соотношения импульсов V(T)/V(X) на весь период теплового воздействия.

Использование для этой цели других значений β<1 нецелесообразно, т.к. в этом случае обеспечивается прогрев до Т_эф лишь части объема пласта, и необходимый тепловой фронт не достигает ряда добывающих скважин.

Тем не менее (хотя основными значениями и являются ά =2, β =1), формула записана для общих коэффициентов ά и β Преимущество при этом следующее. Например, с помощью общей формулы можно решить обратную задачу.

Допустим, технологический режим осуществляется с известным соотношением импульсов V(T)/V(X)=A. При анализе с целью регулирования процесса разработки важно знать динамику прогрева пласта в любой момент времени.

Задаваясь временем, соответствующим суммарной закачке агентов в количестве Q(T)+Q(X)=0,5V_пор; ά = 0,5, из формулы (4.5) определяем β т. е. определяем часть порового объема, прогретого до температуры Т_эф.

Так, если для Т_а=320 °С; χ = 0,4; Т_эф=50 °С процесс вести с отношением импульсов V( Т)/ V(X)=0,5, то к моменту суммарной закачки Q(T)+Q(X)=0,5V_пор; ά =0,5 по формуле получаем значение β =0,32. Это значит, что к данному моменту будет прогрето до Т_эф около одной трети объема пор пласта. Приведем пример конкретного расчета для определения соотношения V(T)/V(X).

После сокращения на V_пор формула (4.5) приобретает вид

В примере приняты следующие значения параметров: с_о^ж=500ккал/м³-°С; m=0,2;λ₀=1,8ккал/м-ч-°С; с₀=450ккал/м³-°С; q=150м³/сут=6,25м³/ч; h=30м; V_nop=nR²mH; R=150 м;

ρ_ж = 1000 кг/м³; i_x=20; T₀=20°С; ά=2; β=1. Значения р_т и i_Т задаются таблицей:

Среднее значение ρ_ж/_ж для отбираемой из пласта жидкости оценено выражением

Таким образом, после подстановки задаваемых параметров в формулу, имеем

По этой формуле легко построить приведенные на рис. 4.5 графики.

Например, для Т_а=320°С; ά=0,4; Т_эф=50°С получаем

У(Т)/ V(X)≈0,5

В данном случае импульс горячего агента равен половине импульса холодного. Закачивая в пласт вытесняющего агента в количестве двух объемов пор (ά =2), для суммарных расходов получаем

Для случая Т_а=250°С; Т_эф=50°С имеем

У(Т)/ V(X)=1,06

Таким образом, при температуре нагнетания Т_а=250 ° для получения в среднем по пласту температуры Т_эф=50°С необходимо выбирать импульсы горячего и холодного агентов равными: V(T)=V(X).

Аналогичные расчеты выполняются для любых других значений Т_а, Т_эф (рис. 4.6).

С целью изучения экономической и технологической эффективности технологии ИДТВ был осуществлен комплекс исследовательских и опытно-промышленных работ на Гремихинском месторождении в Удмуртии. Типовой режим испытания технологии ИДТВ показан в табл. 4.8.

Конечная цель проведенного испытания технологии ИДТВ сводилась к следующему:

установление технологичности и конкурентоспособности ИДТВ с другими, промышленно освоенными способами разработки месторождений высоковязких нефтей;

опытно-промышленное подтверждение технологической и экономической эффективности ИДТВ прежде всего как теплового метода разработки залежи, а также метода в сравнении с существующей технологией ВГВ;

установление возможности применения технологии ИДТВ в условиях отсутствия надежного теплоизолированного оборудования (НКТ, пакеров и др.) паронагнетательных скважин;

обоснование перспективности применения технологии ИДТВ на других месторождениях высоковязких нефтей.

Для оценки технологической эффективности применения ИДТВ было разработано региональное методическое руководство.

В основе руководства лежат два понятия об эффективное-

ти процесса: первое - ИДТВ как тепловой метод, когда за базу отсчета эффективности принимается естественный плас-товый режим (или режим разработки залежи на начало применения теплового метода), и второе -- ИДТВ как новый технологический способ теплового воздействия, когда за базу сравнения принимается известный тепловой способ (например, ВГВ).

Опытно-промышленное испытание технологии ИДТВ убедительно подтвердило более высокую эффективность процесса по сравнению с технологией ВГВ.

Анализ результатов промышленного испытания показывает, что технология ИДТВ обеспечивает значительное увеличение нефтеотдачи матриц по сравнению с общепринятой технологией нагнетания теплоносителя в пласт с последующим проталкиванием тепловой оторочки холодным агентом. ИДТВ как тепловой метод имеет более высокую тепловую эффективность, что подтверждается анализом динамики температурных полей.

При ИДТВ формируется сжатая высокотемпературная область с импульсным знакопеременным теплообменом между нагнетаемыми агентами и пластом.

На основной площади элемента формируются поля с "эффективной" температурой.

При ИДТВ имеет место ускоренное развитие теплового процесса в залежи за счет рационального использования теплогенерирующих средств. В периоды "холодных импульсов" высвобождающиеся теплогенерирующие установки используются на других скважинах или участках.

Опытно-промышленное испытание технологии ИДТВ подтвердило более высокую эффективность процесса по сравнению с технологией ВГВ. Показатели внедрения приведены далее в табл. 4.11.

Таблица 4.8

Типовой режим испытания технологии ИДТВ

Показатели Значения показателей

Поровый объем элемента воздействия,

тыс.м³ 456,6

Отношение общих объемов Q( T)/Q(X) 0,8

Количество общих объемов, тыс.т:

теплоносителя 547,9

холодной воды 684,9

Количество холодной воды для

проталкивания оторочки, тыс.т 137

Отношение импульсов И (Т)/И (X) \ ,4

Количество в импульсах, тыс.т:

теплоносителя 11,4

холодной воды 8,2

Темп нагнетания агентов, т/сут 160

Продолжительность импульса, сут:

И(Т) 89

И(Х) 64

Продолжительность переходного этапа, сут:

τ(ПТ) 2

τ(ПХ) 3

Общая продолжительность одного

цикла ИДТВ, сут 158

Продолжительность применения

технологии ИДТВ, сут (лет) 7594 (20,8)

Общая продолжительность разработки

элемента (с проталкиванием тепловой

оторочки), сут (лет) 8664 (23,7)

Температура теплоносителя, Т°С 260

Температура холодной воды, Т °С 10-12

Технология импульсно-дозированного теплового воздействия с паузой - ИДТВ(П)

В процессе испытания и внедрения технологии ИДТВ были продолжены научные исследования по дальнейшему усовершенствованию методов теплового воздействия на пласт. В результате создается технология импульсно-дозированного теплового воздействия на пласт с паузами - ИДТВ(П). Сущность технологии заключается в том, что при циклической закачке расчетных объемов теплоносителя и холодной воды на этапе нагнетания воды осуществляются периодические остановки процесса (паузы). Продолжительность каждой паузы равна времени восстановления пластового давления в скважинах при их остановке или смене режима эксплуатации, а суммарная продолжительность остановок в цикле не должна превышать времени, необходимого для закачки в пласт 10-15% объема воды в данном цикле. ИДТВ(П), в отличие от ИДТВ, позволяет активизировать не только внутрипластовые термокапиллярные и термоупругие процессы, но и проявлять гидродинамические упругие силы между нефтенасыщенными блоками малой проницаемости и высокопроницаемыми разностями окружающих пород (каналами активной фильтрации). Таким образом, достигается повышение охвата коллекторов вытеснением и, как результат, увеличение нефтеизвлечения из объекта разработки.

Опытно-промышленные работы по испытанию ИДТВ(П) начаты в 1989 г. на элементах паронагнетательных скв. 877, 884 и 886 Гремихинского месторождения. Использованы па-* регенераторы типа УПГ 60/160 Таганрогского машиностроительного завода "Красный котельщик" и центробежные насосы типа 9 Г, 9 МГР и НБЗ-50.

Режим нагнетания теплоносителя и холодной воды рас
считывается индивидуально для каждой скважины по схеме:
Q(T)/Q(X)=A, Q(T)/X(T)=A, (4.15)

Q(T)+Q(X)=3V_nop (4.16)

Или Q(T)=3V_nop *А/А+1 (4.17)

и Q(X) = 3V_nop *А/А+1_r (4.18)

где Q(T)— полное количество теплоносителя, закачиваемого в элемент;

Q(X) - полное количество холодной воды, закачиваемой в

элемент;

V_nop - поровый объем элемента воздействия;

А - значение отношения, отсчитываемое на номограмме.

Импульс теплоносителя в цикле принимается равным

И(Т)=( 0,02-0,03) V_пор (4.19)

и его продолжительность -

τ_х =И(Т)/(q_наг*К_эк) (4-20)

где q_наг - темп нагнетания теплоносителя;

К_эк — коэффициент эксплуатации паронагнетательной скважины.

Задается отношение импульсов

И(Т)/И(Х) = А', (4.21)

исходя из получения максимальной эффективности теплового воздействия (в том числе возврата тепла из окружающей паронагнетательную скважину среды). Тогда

И(Т)=И(Х)/ А'=(0,02-0,03)V_пор)/А' (4.22)

и продолжительность импульса И(Х):

(4.23)

где τ(П) - продолжительность пауз в импульсе И(Х).

В табл. 4.9 приведен типовой режим испытания технологии ИДТВ(П).

Развитие работ по испытанию и промышленному внедрению методов теплового воздействия на Гремихинском месторождении показало, что залежь нефти пласта А₄ башкирского яруса явилась благоприятным объектом, а применяемые технологии - эффективными и в технологическом, и в экономическом отношении.

Расчеты для характеристики пласта А₄ Гремихинского месторождения показывают, что от теплового воздействия в режиме ИДТВ(П) из низкопроницаемых "блоков" величина нефтеизвлечения составляет примерно 30 %, из которых 10-11 % являются эффектом использования пауз. В этом случае общий коэффициент нефтеизвлечения в зонах, охваченных тепловым воздействием, будет достигать величины 0,40-0,45.

Результаты опытно-промышленного испытания технологии ИДТВ(П) приведены в табл. 4.10.

Промышленное внедрение этой технологии на Греми-хинском месторождении осуществляется с января 1990 г. по настоящее время (табл. 4.11).