火烧油层注气加热过程的模拟计算研究

在火烧油层的注气加热过程中,需要根据点火需求优化注气参数。考虑了空气在井筒、油层的流动及换热过程,包括空气进入油层的混合过程、水蒸发进入空气和湿空气降温后凝结为水的组分及相态变化、油层之间的导热过程,建立了相应的瞬态模型,提出了基于龙格库塔法的求解方法。利用该模型及求解方法进行了模拟注气验证,并用于油田的实际火烧油层点火过程的监测系统。研究表明:点火过程中加热带扩展速度非常有限(6 d后加热带半径仍小于0.6 m),并且受油层中含水率影响较大,加热带温度主要受电加热器功率和注气速度影响,受注气时间长短影响较小。点火过程中应保持电加热器功率和注气速度稳定。

富油煤原位热解对流加热过程传热规律数值模拟

富油煤是集煤、油、气属性于一体的煤炭资源,主要赋存于中低阶煤类中,具有高焦油产率的特点。富油煤的原位热解是将煤层不经开采直接于地下加热方式热解产出小分子油气的一种技术,从而达到高效、清洁利用富油煤资源的目的。为明确多因素在注气体原位热解传热过程中的影响规律,探索加热过程中制约热解效果的矛盾关系,通过Fluent数值模拟方法,构建了煤层、加热井及生产井为一体的三维模型,研究了加热介质、流体流速、流体温度、裂缝分布等因素对整体煤层温度场分布的影响规律。数值模拟结果表明:不同加热介质对煤层温度提升的效果差异不显著,与水蒸气和氮气相比,CO 2作为加热介质的效果相对较好。在单一裂缝的加热条件下,采用不同流速,有效加热区域的占比难以提升至25%以上,煤层平均温度均低于380℃。提升加热介质的温度对整体升温速率提升较显著,每提升加热介质温度50℃,可提高有效加热区域8%,提升煤层平均温度29℃。在3条裂缝加热条件下,加热速率较单井模式下大幅提高,可在2 a内将整个煤层温度提升至100%有效加热范围。多条横裂缝中的流体分布不均匀情况可通过添加纵裂缝的方式改善。通过探究不同因素对富油煤热解过程热能传导与利用的影响,强化富油煤加热过程中传热及提升热能利用效率。

不同布井模式下富油煤原位热解传热规律数值模拟

原位热解技术是可将富油煤在地下煤层中直接进行加热而无需开采的一种新型富油煤开发利用技术,能够实现对富油煤资源的高效清洁利用。为了探究布井模式对加热过程中升温效果的定量影响,通过Fluent数值模拟的方法,研究了不同布井数量(单口注热井、四口注热井、六口注热井)、不同加热介质流速(2 m/s,4 m/s,6 m/s,8 m/s,10 m/s,12 m/s)、不同加热介质温度(500℃,550℃,600℃,650℃,700℃)等因素对煤层整体温度场均匀性以及煤层加热速率的影响。此外,探究了多井注热对不同井间的流量配置偏差的调节作用。结果表明:多井注热的模式改善了裂缝中流体分布不均匀的问题,六井注热有效区域是单井注热有效区域的2.2倍,煤层平均温度提高了约100℃。六井注热模式下,提高流速和提高加热介质温度均可大幅改善煤层升温的速率,当加热介质为650℃,入口折算流速为10 m/s时,加热三年后的有效加热区域范围已经达到70%。单井的流量出现偏差时,有效加热区域占比从50.7%下降至47.9%。当三口井同时出现流量偏差时,井群的调节能力减弱,有效加热区域占比从50.7%下降至44.9%。布井模式的优化提高了富油煤层原位加热速率。

油页岩原位裂解开采温度场数值模拟与设计方案优化

根据吉林松原油页岩原位开采试验的布井方式、油页岩及流体物性参数等情况,构建了油页岩原位开采的单压裂隙-单注气井基本模型(模型Ⅰ),采用Fluent软件进行了油页岩热流体加热过程温度场模拟。为了研究不同原位开发方案的效率,在模型Ⅰ的基础上,通过增加压裂隙数、注气井数,建立了双压裂隙-单注气井模型(模型Ⅱ)、双压裂隙-双等深注气井模型(模型Ⅲ)和双压裂隙-双不等深注气井(模型Ⅳ),分别开展了注气速率为5、10 m/s及注气加热1 500 d情况的模拟。模拟结果表明,当油页岩层压裂程度越高、模型注气速率越高、注气井数量足够和注气井贯穿压裂隙加热油页岩层时,油页岩的开发利用越彻底,设计方案最优。