Исследование распределения температуры и скорости потерь тепла внутри паровой камеры при процессе ES-SAGD (Expanding-Solvent SAGD)

Для экономии энергии и уменьшения вредного воздействия на окружающую среду в процесс ES-SAGD (Expanding-Solvent Steam-Assisted Gravity Drainage) вводят растворители в фазу пара. Тем не менее значительные потери тепла могут возникать из-за ранней конденсации пара, что связано с теплообменом и фазовым поведением внутри паровой камеры в ходе ES-SAGD. Цель работы — изучить распределение температуры внутри паровой камеры и оценить общую скорость потерь тепла при ES-SAGD с использованием полуаналитической модели. В математической модели профили температуры и массы внутри камеры заданы неявно, а не трактуются как условия за краем камеры. Учитывая раннюю конденсацию пара и фазовые превращения внутри камеры, модель динамически связывает уравнения тепло- и массообмена. Такой подход позволяет наглядно наблюдать скорость потерь тепла как внутри камеры, так и в надлежащих слоях (overburden). Модель решается итерационно после определения скорости пара на краю камеры с использованием теории стабильности фронта пара. Наконец, предложенная модель валидируется путем сравнения рассчитанного температурного профиля с результатами численного моделирования. Аналитическое исследование показывает, что для растворителей с меньшей молекулярной массой температура начинает снижаться глубже от края камеры к концевой зоне инжекции, а разница температур между двумя концами больше, чем у более тяжелых растворителей. Исходя из рассчитанных температурных профилей, более тяжелые растворители, вероятно, не улучшают тепловую эффективность, тогда как более легкие растворители могут снизить потери тепла в надлежащие пласты, особенно на поздней стадии ES-SAGD. При этом, хотя легкие растворители обычно применяют для уменьшения потерь тепла в надлежащие пласты, потери тепла внутри самой паровой камеры при использовании легких растворителей более значительны, чем при использовании тяжелых. Следовательно, с учетом суммарных потерь тепла в надлежащие пласты и внутри паровой камеры, пар/нефтьное соотношение (SOR) при ES-SAGD в некоторых ультратолстых коллекторах может быть неблагоприятным даже по сравнению с обычным SAGD. На основе анализа скоростей потерь тепла в надлежащие пласты и внутри камеры предложены ряд рекомендаций по выбору растворителя для процесса ES-SAGD. Предложенные рекомендации помогут лучше прогнозировать и проектировать будущие проекты добычи тяжелой нефти с применением ES-SAGD.