6.2.4. Совместная разработка залежи высоковязной нефти и гидратных отложений тепловым воздействием

Гидратные пласты могут находиться в контакте с пластами тяжелых нефтей и битумов. Здесь также мож­но предложить совместную разработку, при которой в нефтяной части залежи осуществ­ляют обычное внутрипластовое влажное го­рение, а за счет теплоты, поступающей в кровлю, разлагают газовые гидраты (рис. 6.4). Помимо нефти дополнительно будут добы­вать газ из гидратов, что повысит рентабель­ность подобного проекта разработки.

Для оценки эффективности предлага­емого теплового воздействия на гидраты рассматривается тепловой баланс, составлен­ный для условия сжигания нефти в ниже­лежащем нефтяном пласте:

(6.1)

где q^* - теплота от сгорания нефти; q_п.т. - потери теплоты в кровлю и подошву; q_пл -накопленная теплота в пласте.

Рис. 6.4. Схема совместной разработки залежи высоковязкой нефти и гидратных отложений мето­дом внутрипластового горения:

1 - залежь высоковязкой нефти или битума; 2 - гидратная залежь; 3 - многолетнемерзлые породы; 4 - очаг горения; 5 - зона разложившихся гидратов; 6 - колонна HKT для добычи гидратного газа; 7 - эксплуатационная колонна для закачки окислителя (воз­духа); 8 - добывающая нефтяная скважина

В свою очередь, количество генериро­ванной теплоты от сгорания нефти опре­деляется выражением:

(6.2)

где А - теплота сгорания нефти в пласте, Дж/кг; z_к - содержание горючего матери­ала нефти (кокс) в единице объема пла­ста, кг/м³; h_н - толщина нефтяного плас­та, м; b - ширина пласта, м; ω_ф - ско­рость фронта горения, м/с.

Для дальнейших расчетов пренебрегают теплотой q_пл. При небольшой тол­щине нефтяного пласта это допущение вполне приемлемо. Тогда на разложение гидратов будет расходоваться только та часть теплоты, которая идет в кровлю не­фтяного пласта. Предполагая, что вся теп­лота, поступающая к газогидратному телу, расходуется только на его разложение, получим следующее выражение:

(6.3)

где q - теплота, расходуемая на разложе­ние гидратов; m - пористость гидратона-сыщенного пласта; Н - теплота фазового перехода при разложении гидратов, Дж/кг; ρ_г - плотность гидрата, кг/м³; h_г - толщина разложившегося гидратного пласта, м.

Решая совместно уравнения (2), (3), получаем соотношение толщины нефтя­ного пласта h_н, необходимого для разло­жения гидратного пласта толщиной h_г:

(6.4)

Рассматривается следующий пример. Под газогидратной залежью име­ется пласт тяжелой нефти толщиной h_н. Содержание горючего кокса в по­роде z_к равно 25 кг/м³, теплота сгорания кокса А = 25,14∙10⁶ Дж/кг, теплота фазо­вого перехода гидратов Н = 0,5∙10⁶ Дж/кг, пористость гидратного пласта m = 0,3 и плотность гидратов ρ_г = 910 кг/м³. Окон­чательно получается:

То есть при сжигании тяжелой нефти в пласте толщиной 1 м можно растопить гидратный пласт толщиной 2,3 м.

Для оценки эффективности добычи теп­ловым методом вводится понятие тепловой эффективности как отношение теплоты, получаемой от сжигания добытого метана из гидратов, к количеству теплоты, затра­ченной на его разложение:

(6.5)

где q_cм - теплота от сжигания метана, до­бытого из гидратов; - массовая доля газа в гидрате (0,13); G - теплота сгорания метана (51,2∙10⁶), Дж/кг. Для рассмотрен­ного примера это соотношение составит:

Таким образом, на затраченный 1 Дж теплоты дополнительно добывается 6,6 Дж энергии.