Conspect Ingineria zacamintelor....pdf

8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf

1/68

1

Cuprins1.

Notiuni elementare de geologia zacamintelor de gaze naturale

Hidrocarbura, Bitumene naturale, Gaze associate, Gaze cucondensate, Gaze sarace, Formarea hidrocarburilor pag 3 .

2. Roca mama, Roca rezervor sau magazine, Roca colector, Rocaprotectoare pag 3.

3. Clasificarea Zacaminteleor - Zacamintele stratiforme,Zacamintele massive, Zacaminte delimitate litologic pag 3.

4. Porozitatea - Porii rocilor, Metoda determinarii directe aporozitatii pag 5. (subiect examen)

5.

Compresibilitatea mediului pag 5.

6.

Permeabilitatea - Factorul de recuperare, Darcy, Tipuri de

permeabilitate, Fenomene secundare pag 6. (subiect examen) 7.

Efectul Klinkenberg pag 7.

8.

Saturatia in fluide pag 8.9.

Presiunea si temperature dezacamant. Ecuatia fundamentala in

exploatarea zacamintelor de hidrocarburi Presiunea de

abandonare, Presiunea litostatica, Anomalii de presiune, Regimulstatic, Palniile depresionare, Masuratorile statice, Regimul

dinamic pag 8.10.

Temperatura de zacamant, Transmisibilitatea termica,

Coductibilitatea termica, Masurarea temperaturii de zacamant,

Masurarea temperaturilor in sondele netubate, Masurarea

temperaturii in sondele tubate pag 8.11.

Propitatile gazelor naturale Gazele naturale, Gazele naturale suntclasificate in patru categorii pag 9.

12. Legile gazelor Legea Boyle – Mariotte, Legea gazelor perfecte,Numarul lui Loschmidt, Starea normala fizica, Starea standard,

Factorul de abatere Z, Densitatea gazelor, densitatea relative a

gazelor , Factorul de volum al gazelor, Compresibilitatea gazelor,Vascozitatea gazelor naturale, Vascozitatea (frecarea interna) pag

11.

13. Comportarea sistemelor de hidrocarburi in conditii de zacamant

pag 14.14. Curba de comportare in exploatare a zacamintelor de gaze pag

12. (subiect examen)

15.

Ecuatia fundamentala ale miscarii fluidelor in zacaminte de

hidrocarburi pag 16.16.

Domeniul de existenta a ecuatiei liniare a filtratiei pag 16.


2/68

2

17. Ecuatia neliniara a filtratiei, Ecuatia continuitatii, Ecuatiamicroscopica a continuitatii aferenta unui fluid monofzic

exprimata in coordinate carteziene, Ecuatia microscopica acontinuitatii aferenta unui fluid monofazic exprimata in

coordinate cilindrice, Ecuatia macroscopica a continuitatiiaferenta unui fluid monofazic, Ecuatia de stare pag 16.

18. Modele zerodimensionale folosite in exploatarea zacamintelor degaze. pag 23.

19. Zacaminte de gaze cu frontierele impermeabile pag 24.20.

Zacaminte de gaze cu influx de apa. pag 25.

21.

Miscari generate de sonde in zacaminte de gaze pag 26.

22.

Ecuatia cu derivate partiale a pseudopresiunii pag 26.

23. Miscari unidimensionale pag 27.24.

Miscari radial plane pag 29.

25.

Miscarea stationara pag 30.26.

Miscarea semistationara pag 33.

27. Miscarea tranzitorie pag 35.

28.

Notiuni elementare privind investigatia hidrodinamica a sondeipag 36.

29.

Investigarea formatiunilor productive in regim stationar defiltrare a gazelor. pag 38.

30.

Investigarea formatiunilor productive in regim nestationar de

filtrare a gazelor pag 48.

31.

Cercetarea formatiunilor (orizonturilor) productive de gaze prin

inchiderea lor pag 50. (subiect examen) 32.

. Cercetarea formatiunilor productive de gaze naturale prin

deschiderea lor pag 58.Cercetare orizonturilor productive de gaze prin metoda izocronala pag

64.


3/68

3

Conspect Ingineria zacamintelor1. Hidrocarbura – o combinatie organica formate din carbon hidrogen

descoperite in diverse stari: gazoas, lichida, solida.

Bitumene naturale – sunt combinatia celor trei stari de agregare ahidrocarburilor. Caracteristici bitumenele naturale gazoase metanuleste cel mai raspandit si ocupa spatiile libere ale mediului poros si

permeabil.

Gaze asociate – contin metan, etan, propan si butan (metanul 70-90 %)

Gaze cu condensate – se extrag din zacaminte cu gaze cu condensate.Gazul metan se gaseste si in zacaminte de carbuni sau produse in urma

activitatilor vulcanice sau post vulcanice.Gaze sarace – formate predominat din metan cu continut redus de

hidrocarburi.

Gaze bogate – formate din metan si diferite proportii de hidrocarburiprezente in stare de vapori.Formarea hidrocarburilor :

a) factor biologic ( organisme si microorganisme).b)

factor biochimic ( bacteriile anaerobe).

c) factor geochimic caracterizat prin separarea functiei dedensitatea produsilor unui zacamant.

2. Roca mama – este locul unde apar transformarile materiei orgnice inprezenta sendimentului mineral formand bitumenele fixe si mobile. (Ex

roci: argiloase, calcaroase, marnoase).Roca rezervor sau magazin – are rolul de a o cantona sau ceda in porii

ei hidrocarburile si care poseda propietati deosebite ( porozitatea,permeabilitatea, saturatia ).

Exemple: calcare fisurate, dolomite, pietrisuri, gresii, nisipuri fine,

nisipuri grosiere, nisipuri marnoase.Roca colector – este aferenta rocii rezervor saturate cu hidrocarburi

gazoase sau lichide.

Roca protectoare – roci groase si rezistente la deformatii si careprotejeaza atat la partea superioara cat si la partea inferioara,

acumularile de petrol si gaze.Exemple roci protectoare: marnele, argilele, sarea, calcarele avand un

grad de compactizare ridicat si fara fisuri.3. Zacamintele – reprezinta acumularea de gaze sau petrol sau gaze si

petrol, ocupand un loc bine definit, izolat de roci impermeabile.


4/68

4

Grupe de zacaminte: zacaminte stratiforme, zacaminte masive,zacaminte delimitate litologic.

Zacamintele stratiforme – specific acestui tip de zacamant estesuccesiunea de strate productive si impermeabile cu aproximativ aceiasi

grosime si inclinare pe intinderi mari. (slab boltite, puternic boltite).

Zacamintele masive – la acest la acest tip de zacamant lipsescintercalatile de roci impermeabile; delimitarea zacamintelor facanduse

la partea superioara cu roci impermeabile iar la cea inferioara cu apade zacamant. roci

Zacaminte delimitate litologic – acest tip de zacamant este delimitat dintoate partile de roci impermeabile (argile sau marne) fie nisipuri fine

imbibate cu ape.


5/68

5

4. Porozitatea – propietatea unor medii unde se gasesc spatii lipsite dematerie solida adica porii.

Porii rocilor – sunt niste canale care comunica sau nu intre ele in care segasesc plasate hidrocarburi cu o anumita presiune si temperature.

Reltia porozittatii:

Vb

Vpm Unde: m-porozitatea %

Vp- volum porii

Vb- volum brut a rociiStiind ca: Vb=Vs+Vp Unde:Vs – volumul solidelor

a) Porozitatea primara – specifica depozitelor de sedimente rezultatain urma cimentarii si compactarii.

b)

Porozitatea secundara – specifica fracturarilor de sendimenterezultata in urma cimentarii si compactarii

c) Porozitatea absoluta – definite ca volumul total in porii.d)

Porozitatea efectiva – definita ca fiind voluml porilor

intercomunicanti.Porozitatea cunoaste doua tipuri de aranjamente: Cubic si Romboedric

m = 47,67% m = 25,55%

Metoda determinarii directe a porozitatii - permite vizualizarea siintrepretarea sumara a tortuozitatii si gradelor de interconexiune si

accesibilitate.Metoda determinarii indirecte a porozitatii – se bazeaza pe

determinarea razelor de curbura ale meniscurilor in deplasare.

5. Compresibilitatea mediului – este propietatea corpurilor de a-si

micsora volumul sub actiunea fortelor de compresiune.

Relatia compresibilitati:

p

Vb

Vbb

1

unde: Vb - volum brut ;

p – valoarea presiunii aplicata rocii

Stiind ca : Vb = Vs + Vp


6/68

6

Compresibilitatea ocupa un rol important in stabilirea formelor deenergie de zacamant in special in regimul elastic sau in mecanismul de

dislocuire determinat de destiderea apei.6. Permeabilitatea – este propietatea adiacenta curgeri fluidelor prin

mediii poroase sub actiunea unui gradient de presiune in conditiile incare mediul poros este saturat cu fluid.

Exemplu: spuma de marefiind foarte poroasa nu se imbiba cu apaFactorul de recuperare – la zacamintele de gaze 85 – 95 % si la

zacamintele de petrol 35 – 45 %.Darcy – a concluzionat ca debitul de fluid este proportional cu

suprafata de curgere, cu diferenta de presiune aplicata esantionului de

curgere precum si cu un factor de permeabilitate specific fiecarui mediu

poros; debitul de fluid fiind invers proportional cu lungimeasegmentului poros si vazcozitatea fluidului.

Relatia matematica aferenta modelului de simulare a curgerii:

l

p p A

K q

21

Relatia permeabilitati mediului:

21

p p A

l q K

Unde: q – debitul de lichid [cm3/s].

A – aria suprafetei a fluidului [cm].P1;P2 – presiunea intrare; iesire [Kgf/cm2]

μ – vascozitatea dinamica a lichidului [ cP]

l – lungimea esantionului [cm]

K – permeabilitatea mediului [D]Milidarcy-ul => 1D = 1000mD

1 Darcy = 0,981*10-12[m2]In S.I (sistem international) permeabilitatea se masoara in [m2]

Permeabilitatea este o componenta a conductivitatii unui fluid in mediuporos.

Permeabilitatea mai poate fi considerata o functie de punct .


7/68

7

Determinarea exacta a permeabilitati se face in laborator specializatefolosind un aparat numit PERMEAMETRU.

Tipuri de permeabilitate:

a) Permeabiltatea absoluta sau totala – este suma permeabilitatilortuturor canalelor sau microcanalelor existenta in roca.

Relatia:

21 P P A

l q K

b) Permeabilitatea efectiva – este suma permeabilitatilor tuturorcanalelor capilare si subcapilare prin care poate avea loc curgerea

fluidelor exceptii facand: marnele si argilele. c)

Permeabiltatea efectiva de faza – este propietatea mediului poros

de a permite curgerea mai multor fluide existente in rocanotanduse astfel: pentru gaze Kg; pentru apa Ka; pentru titei si

condensat Kt,c.d)

Permeabilitatea relative – este raportul dintre permeabilitatea

efectiva si permeabilitatea absoluta cu valori cuprinse intre 0 si 1notanduse astfel: pentru gaze Krg sipentru aps Kra.

Fenomene secundare – ce pot aparea la miscarea gazelor prin mediileporoase specifice sunt:

a) Fenomenul de adsorbtie – solvatare se manifesta prin obturareasectiunii de curgere a lichidului cu diverse substante fixate pe

peretii canalelor, coducand la o reducere a permeabilitatii.

b)

Fenomenul de electrofiltratie – ii este specific fenomenul degenerare a unor sarcini electrice, care transforma energicmecanica in energie electrica aceasta energie se transforma in

caldura generate de conductibilitatile mari ale mineralelor si afluidelor.

Existenta acestor fenomene se datoreaza gazelor lichide in mediile

poroase prin care se scurg gazelle cu apa.

7. Efectul Klinkenberg - efectul de alunecare

Datorita erorilor sistematice aparute la masurarea permeabilitatii cu

gaze, valori mai mari decat permeabiltatea reala sa folosit un gaz lapresiuni mai mici iar datorita faptului ca drumul liber mediu amoleculelor de gaz este de acelasi ordin de marime cu diametrul

interstatiilor, apare fenomenul de alunecare a gazului.


8/68

8

Klikenberg a determinat asa numita permeabiltate aparenta a mediuluigazos pe carote uscate ( permeabilitate reala si presiune medie) cu

relatia:

pm

b K Ka 1

Unde: Ka – permeabilitatea aparenta pentru gaze.K – permeabilitatea reala

Pm – presiunea medie in proba analizatab – coeficentul lui Klinkenberg b = 0,75 k -0,39

Aparitia coeficentului lui Klinkenberg (b) in determinareapermeabilitatii reale a unui gaz, fiind cea mai apropiata de fenomenul

fizic, consta in aceea ca la un gaz apar frecari datorita ciocnirilor

moleculelor intre ele si de pereti vaselor.

8. Saturatia in fluide – se formeaza atunci cand spatial poros este ocupat

in totalitate de fluide (gaz, apa).Saturatia - este raportul dintre volumul porilor ocupati de fluid si

volumul total al porii rocilor.Relatia saturatiei in gaz si apa:

100Vt

Vg Sg si 100

Vt

VaSa stiind ca St = Sg + Sa

Unde : Sg,Sa – saturatia in gaze respective apa [%].

St – saturatia totalaVgVa – volumul porilor saturati cu gaz, respectiv cu apa [cm3], [m3].

Vt – volumul total al porilor rocii [cm3

], [m3

].Apa intersitiala sau remanenta – este acea apa de zacamant care a

ramas blocata in porii cu cele mai mici dimensiuni in urma exploatarii

gazelor. Ea poate fi situata intre (10 ÷ 30 %).Zonele de tranzitie apa - gaz se gasesc in locurile unde fluidele sunt

supuse fenomenului de accesiune capilara, adica apa din zonele cu apapoate urca in anumite conditii pana la o anumita inaltime in zona

saturate cu gaze.

9. Ecuatia fundamentala in exploatarea zacamintelor de hidrocarburi.

E = f (R,V,P,T,t)Unde : R – alcatuirea structurala a mediului

V – volumul mediului.T – temperature mediului.

t – timpul geologic.

Presiunea de abandonare – se regaseste atunci cand presiunile foartemari existenta la inceputul exploatarii scad considerabil.


9/68

9

Acest fenomen se regaseste in formatiunile gazeifere care produc gazeprin mecanismul de destindere.

Presiunea de zacamant poarta rolul motor in exploatarehidrocarburilor find diferita de la un orizont la altul.

Presiunea litostatica – este apasarea pachetelor de roca aflate deasupraunui punct mobil si imaginar care penetrant creste. Ea nu depinde de

suprafata de care actioneaza si de greutatea rocii si adancimea ei.“Pithos” = piatra, roca.

Relatia presiunii litostatice:

10

r r H

Pl

Unde : Pl – presiunea litostatica [ Kgf/cm2].

γr – greutatea specifica a roci [ Kgf/dm3].H – adancimea pachetului de roca [m].

Relatia presiunii fluidelor din pori:

10

H Piz a

Unde : Piz – presiunea initiala de zacamant

γa – greutatea specifica a apei de zacamantH – adancimea la care se afla fluidele in zacamant.

Anomalii de presiune – negative (Ps < 0 ) sau positive (Ps > 0).

Piz = Pag PsUnde : Pag – presiune limita apa – gaz

Ps – presiune suplimentara


10/68

10

Regimul static – se realizeaza prin oprirea debitari gazelor inchizand

sondaPalniile depresionare – apar atunci cand timpul de inchidere a sondei

creste foarte mult (apare aplatizarea conturului de alimentare)

Inaintea inchideriPz1≠Pz2≠……≠Pz9

Daca timpul de inchidere t →∞ Posibil Pz1 = Pz2 = ………=Pz9

Masuratorile statice – se fac in prealabil inainte de :

- pregatirea si verificarea manometrelor.

- pregatirea sondei prin refulare, eliminare emanati,verificarea prizelor manometrice.

- introducerea in sonde manometre de adancime.

- prognozarea reduceri productiei zilnice.

Masuratorile presiuni statice se fac pe tubing (Pst) si la colona (Psc).

Relatia presiunii statice de zacamant: (medii)

n

i

n

i

hi

hi Psi

Pzmed

1

1

.

Unde : Psi – presiunea statica de zacamant

hi – grosimea efectiva productive adiacenta sondei

Regimul dinamic – este regasit in urmatorii parametrii:a)

valori de presiune in regim dinamic masurate la tubing si coloana.

b)

debite de productie zilnice si cumulative de gaze extrase .Studiile complexe de zacamant sunt efectuate cu ajutorul parametriilorprelevati in regim static si dynamic plus alte date adiacente exploatarii.

10. Temperatura de zacamant – la fiecare suta de metrii avansaretemperatura creste in medie cu 3,03 0C; ea remanand relative consanta

pe tot parcursul exploatarii zacamatului.Relatia gradientului geotermic:


11/68

11

Zo Z

ToTz

Z

T g

Z

t

Unde : Tz – valoarea temperaturii la adancimea ZTo- valoarea temperaturiimedii anuale in locul masurat

Transmisibilitatea termica – este fenomenul de transmitere a calduriirocilor.

Coductibilitatea termica – se bazeaza pe propietatea rocilor de aconduce current termic numit (conductibilitate).

Masurarea temperaturii de zacamant – se face cu termometreleinregistratoare de adancime care sunt introduce in sonde.

Masurarea temperaturilor in sondele netubate – se face prin :

- detectarea stratelor de gaze.

- Detectarea stratelor de apaMasurarea temperaturii in sondele tubate – se face prin :

-

determinarea nivelului de ciment in spatele coloanei testate.- stabilirea zonei de curgere a apei in spatele coloanei.

11. Propitatile gazelor naturaleGazele naturale – sunt sisteme de hidrocarburi aflate in zacamant sub

forma de vapori.Gazele naturale sunt clasificate in patru categorii:

a) Gaze neasociate – sunt siseme de hidrocarburi aflate sub forma devapori – gaze libere in lipsa petrolului si a condesatului.

b) Gaze asociate – sunt sisteme de hidrocarburi aflate sub forma de

gaze libere cantonate in zona roci protejata la inferior de o zona

saturata de petrol sau condesat.c)

Gaze dizolvate – sunt sisteme de hidrocarburi care se gasesc in

stare de vapori gasindu-se in zacamintele initiale sau intermediarese gasesc dizolvate in petrol.

d) Gaze injectate – sunt sisteme de hidrocarburi in faza de vapori

injectate in zacaminte pentru mentinerea presiunii zacamantului.

12. Legile gazelorLegea Boyle – Mariotte:

P1V1=P1V1 = …… = ct

Legea lui Charlesct

T

V

Legea gazelor perfecte:Pv=nR uT

Unde : n – numarul de moli [kg/kmol]R u – constanta universala a gazelor Ru = 8,314[ j/mol/k]


12/68

12

T – temperatura absoluta [K]P,V – presiune; volumul gazului [N/m2 sau m3]

Numarul lui Avogado :6,023 * 1023

Numarul lui Loschmidt:2,69 * 1019

Relatia constatei gazului:

M

Ru R Unde : M - masa moleculara a gazului [ Kg / Kmol]

Pentru - metan (CH4) => R = 518*m(Kg*K)

Pentru - etan (C2H6) => R = 276 (j/Kg*K)Pentru - propan (C3H8) => R = 188,54 (j/Kg*K)

Starea normala fizica – este caracterizata de temperatura normalafizica si temperatura normala fizica.

Starea standard – este caracterizata de temperature standard sipresiunea standard.

Factorul de abatere Z – este masura compresibilitati gazului real incomparatie cu gazul perfect.

Ecuatia de stare a gazelor perfecte “Ecuatia Van der Walls”:

T RbvV

a p U

_

2

Unde : a,b – constante ale fluiduluiR U – constanta universala a gazelor

V – volumul gazelorP – presiunea gazelorT – temperature absoluta

Legea de stare a gazelor perfecte a fost extinsa:pV = nZR UT

Unde : Z – factor de abatere de la legea de stare a gazelor perfecte.

Factorul de abatere Z – poate fi exprimat pe baza legii starilor

corespondente si este de forma:

Z = f (Pr,Tr) Unde: Pr – presiunea redusa ; Tr – temperatura redusa.Densitatea gazelor – se poate determina si din ecuatia de stare a gazelor

reale cu relatia :

M

mn Unde : m- masa celor n kilmoli; M- masa moleculara.

Relatia de calcul a unui gaz monocomponent:


13/68

13

ZRuT

PM

V

mc

V

mnb

nZRuT pV a

).

).

).

Unde : ρ – densitatea; P – presiunea gazului; M – masa moleculara; Z –

factorul de abatere; Ru – constanta universala; T- temperatura

absoluta.

Relatia volumului specific:

l V

Densitatea relativa a gazelor

Relatia densitati relative a gazelor in raport cu aerul:

aer

a

r

Unde : ρaer = 1,293 [kg/m3] iar la 00C = 1,013 [bar]ρrCH4(metanului) = 0,716 [bar].

Factorul de volum al gazelor – este raportul dintre volumul fazei

gazoase in conditii de zacamant rezultat dintr-un m3 de gaze in conditii

normale.Relatia factorului de volum :

Vgo

Vgz bg

Unde : bg – factor de volum; Vgz – volumul fazei gazoaseCompresibilitatea gazelor - este exprimata prin coeficentul de

compresibilitate a gazelor si este dat de relatia:

P

Z

Z P sau

P

V

V

111

Vascozitatea gazelor naturale – este asemanatoare cu fenomenul de

curgere a fluidelor lichide, gaze sau combinatia lor.

Vascozitatea (frecarea interna) – este propietatea pe care o au fluidelereale de a opune rezistenta in cazul in care doua straturi paralele se

deplaseaza cu viteze diferite.Vascozitatea gazelor datorita compozitiei lor poate sa scoata odata cu

densitatea sau poate sa creasca odata cu presiunea si temperatura cuunele anomalii la presiunii mari.;

Relatia de calcul a vascozitatii (relatia lui Sutherland):


14/68

14

T

C

C

T t

1

2731

2730

Unde : μt – vascozitatea dinamica t0C;

μ0 – vascozitatea dinamica t0 = 00CT – temperature absolutaC – constanta lui Sutherland: 112 pentru oxygen, 164 pentru

metan, 225 pentru etan si 322 pentru propan.13. Comportarea sistemelor de hidrocarburi in conditii de zacamant

Datorita compozitiei, comportarii si a propietatilor sistemelor dehidrocarburi zacamintele se impart in:

- zacaminte de gaze

- zacaminte de gaze cu condensat

-

zacaminte de petrol- zacaminte de petrol si gaze

Starea de agregare inseamna stabilirea in functie de variatia a unuiparametru de stare, numarul si natura fazelor prezente.

14. Curba de comportare in exploatare a zacamintelor de gazea) punctul triplu – apare atunci cand cele trei faze (solid, lichid, gazos)

se gasesc impreuna in echilibru.

b) punctual critic – corespunde unei presiuni si temperaturi pentru care

faza lichida si gazoasa coexista.c) punctul cricondenterm (CT) – este punctul de temperature maxima

unde faza gazoasa si cea lichida se gaseste in echilibru.d) punctul criconderbar (CP) – este punctul de presiune maxima unde

faza gazoasa si cea lichida se gaseste in echilibru.e) curbe de egal titlu – sau curba de egala fractie de lichid. Toate

curbele de egal titlu converg in punctul critic.In timpul unei exploatari unei zacamant temperatura ramane constanta

la o anumita adancime ea poate lua urmatoarele valori TZ(temperatura de zacamant )mai mica decat temperatura critica .

Domeniu 1- temperatura de zacamant cuprinsa intre temperatura

critica si temperatura cricondetermului .Domeniu 2 – temperatura de zacamant mai mare decat temperaturacricondetermului

Domeniu 3 – temperatura de zacamant mai mare decat temperaturacricondetermului

Domeniul I este specific comportarii normale.


15/68

15

- primele bule de vapori apar in punctele de intersectie a secmentelorAA5 si BB’ cu curba de 100% faza lichida. AA5 si BB’ reprezinta

posibile valori de presiune care se pot intalni in timpul exploatariizacamantului.

- compozitia sistemului se modidica pe masura ce presiunea scade(A=>A5; B => B’) in sensul cresterii comcentratiei in faza vapori atigand

valoaea maxima pe curba de 100% faza vapori.

Domeniul II

- daca presiunea initiala de zacamant este mai mare decat

prersiunea critica (sistemele aflate in condiitile D, E, F, G)

sistemul se afla initial in stare unica gazoasa.

- la atingerea presiunii initiale de condensare ( punctele D1,E1, F1 si G1 aflate pe curba de 100% faza vapori) in system

apare prima picatura de lichid.- domeniu in care ca rezultat al expansiunii izoterme apare

condensarea este domeniu de comportare anormala sau

retrograda, cunoscut si prin asa numita condensareanormala sau retrograda.

- acest domeniu sestabileste prin unirea punctului critic sicricondentermului, prin punctele de tangenta ale dreptelor

reprezentand expansiunea izoterma la diferite temperature,

cu liniile de egala concentratie in faza lichida sau vapori

(punctele C, D6, E5, G3, CT).


16/68

16

Domeniul III este domeniul in care temperatura de zacamant este maimare decat temperatua cricondetermului in acest domeniu sistemul este

initila in stare gazoasa si ramane in stare gazoasa in timpul expansiuniizoterme de ex: H – H1este o comportare normala.

15. Ecuatia fundamentala ale miscarii fluidelor in zacaminte dehidrocarburi

Sistemul are patru ecuatii fundamentale

1.

Ecuatia de echilibru dinamic sau ecuatia filtratiei.2.

Ecuatia continuitati sau ecuatia conservarii masei sau cea de

bilant material

3. Ecuatia de stare

4.

Ecuatia bilantului de caldura16. Domeniul de existenta a ecuatiei liniare a filtratieiGraficul vitezei de filtratie in raport cu fradientul hidraulic.


17/68

17

Zona de repaus – zona fara miscare cu continut ridicat de

particule colidale in medii poroase.

Zona preliminara – existenta in mediile poroase superficial

active in prezennta apei la argile si marne.

Zona liniara – este zona in care fortele eletromoleculare si cele

de inertie suntneglijabile in raport cu fortelr de presiune,gravitationale si de frecare.

Zona postliniara laminara – apartine intervalului de valori ale

gradientului hidraulic in care miscarea fluidului este laminaradar creste fortele de inertie duc la abaterea graficului de ladreapta lui Darcy.

Zona postliniara turbulenta – incepe de la valoarea

gradientului hidraulic greu de precizat , determinand o parte

din gradient aplicat fluidului sa fie disipat pentru a invingefortele de inertie.

17. Ecuatia neliniara a filtratieiAtunci cand fortele de inertie sunt egale cu cele de frecare, de presiune

si gravitationale – ecuatia dinamici fluidelor in mediu poros se numesteecuatia neliniara si este data data de relatia:

h pb si K

aundebvavdx

dp

........

2

βh – coeficent de rezistenta hidraulica inertiala.18. Ecuatia continuitatii.


18/68

18

Masa intrata – Masa iesita +_Masa datorata surselor +Masa transferatainterfazic + Masa de reactie chimica = Masa acumulata.

19. Ecuatia microscopica a continuitatii aferenta unui fluid monofzicexprimata in coordinate carteziene.

In cazul in care ecuatia continuitattii sau ecuatia conservarii masei defluid se aplica unui domeniu de dimensionare infinitezimale ea se

numeste ecuatia microscopica a continuitatii.


19/68

19


20/68

20

20. Ecuatia microscopica a continuitatii aferenta unui fluid monofazicexprimata in coordinate cilindrice.


21/68

21


22/68

22

21. Ecuatia macroscopica a continuitatii aferenta unui fluid monofazic- in cazul in care columul de control are dimensiuni finite ecuatia

continuitatii sau ecuatia de bilant masic se numeste ecuatiamacroscopica a continuitati si poate fi obtinuta prin integrarea ecuatiei

microscopice pe volumul macroscopic considerat.


23/68

23

22. Ecuatia de stareStare unui fluid oarecare poate fi caracterizata de o relatie implicita

intre masa specifica ρ, presiunea p, si temperature absoluta T:f(ρ, p, T) = 0.

Se numeste ecuatie de stare si se particularizeaza functie de tipulfluidului:

- pentru lichide incompresibile ρ = ρ0 = ct

- pentru lichide compresibile ρ = ρ0 e β(p-p0)

- pentru fluide (gaze reale) compresibile

23. modele zerodimensionale folosite in exploatarea zacamintelor de

gaze.- modele zerodimensionale sunt modele care au la baza ecuatia

macroscopica a bilantului material.- parametrii zacamantului pot fi exprimati prin intermediul ecuatiei

amintite prin utilizarea valorilor medii ponderate volumice.- denumirea modelelor provine din faptul ca prin folosirea parametrilor

medii ponderate volumic , miscarea nu va mai depinde de nici ovariabila spatiala.

- un proces care nu depinde de nici o variabila spatiala se numesteprocess zerodimensional si este descries de un model zerodimensional.

- modelele zerodimensionale utilizate in exploatarea primara azacamantului de hidrocarburi sunt de regula modele volumice bazate pe

ecuatia macroscopica a bilantului material exprimata, in raport cu

domeniul de control marginit de frontiera initiala a zacamantului sbforma de volum.


24/68

24

24. Zacaminte de gaze cu frontierele impermeabile.- zacamintele din aceasta categorie produc gaze datorita expansiunii lor

realizandu-se astfel regimul de depletare.- volumul gazelor intrate = voluml gazelor iesite prin frontiera

zacamantului = 0.- volumul datorat surselor (sondelor) exprimat in conditii standart

= - Gp.- volumul gazelor existent in zacamant la timpul t + Δt) = volumul

porilor saturati cu gae in cazul neglijarii compresibilitatii apeiinterstitiale si rocii volumul rezultat din destindere elestica a apei

interstiale si a rocii = [ mV(1 – Sai) – (mVSaiβa + mVβp) Δp] g b

1 .

- volumul gazelor din zacamant inmomentul initial in conditii normale =rezerva geologica = G


25/68

25

25. Zacaminte de gaze cu influx de apa.

- aceste zacaminte se mai numesc zacaminte cu impingere de apa.- termenul care se modifica in acest caz este acela care defineste volumul

de gaze existent in zacamant la timpul de exploatare t + Δt.


26/68

26

26. Miscari generate de sonde in zacaminte de gaze- miscarile generate de sonde in zacaminte de gaze sunt miscari

unidimensionale si miscari plane.27. Ecuatia cu derivate partiale a pseudopresiunii


27/68

27

28. Miscari unidimensionale


28/68

28


29/68

29

29. Miscari radial plane


30/68

30

30. Miscarea stationara- miscarea stationara este caracterizata prin faptul ca debitul de gaze

produs este constant ceea ce implica ca si presiunea ( in sonda) sa fieconstanta.

- conditia matematica ca miscarea radial plana a gazelor sa fiestationara este ca derivata pseudopresiunii in raport cu timpul sa fie

nula (ӘU /Әt = 0)


31/68

31


32/68

32


33/68

33

31. Miscarea semistationara

- se precizeaza faptul ca miscarea radial plana semistationara saustabilizata are loc atunci cand scaderea presiunii pe directia sonda –

frontiera impermeabila este constanta.Sonda de gaze ii revine o zona cilindrica marginita de o frontiera

impermeabila.


34/68

34


35/68

35

32 . Miscarea tranzitorie- acest tip de miscare corespunde miscarii nestationare propriu-zise si

este specific momentului pornirii sondelor de gaze.- durata acestei miscari este data de timpul necesar propagarii

variatilor descrescatoare ale valorilor de presiune din sonda catrefrontiera exterioara a zacamantului.

- presupunand ca perturbarea de presiune create in sonda cuocaziapuneri ei in productie nu a ajuns la frontiera zonei aferenta

sondei se considera ca zacamantul are o intindere infinita iarexploatarea se va face printr-o singura sonda. In acest context se pot

asocial urmatoarele conditii:

U = Ui; t = 0; 0 ≤ r ≤ ∞;

U = Ui; r = ∞; t > 0.


36/68

36

33. Notiuni elementare privind investigatia hidrodinamica a sondei

- reevaluarea parametrilor fizici actuali ai zacamantului este posibilaprin efectuarea de cerecetari gazohidrodinamicie prin intermediul

sondelor amplasate pe structurile gazeifere.- concluziile care se desprind in urma cercetarilor, permit

redimensionarea regimurilor tehnologice de extractie sau evaluareacomportarii viitoare a zacamantului factor determinant in stabilirea

performantei sale.- in procesul de cercetare o importanta deosebita o are determinarea

debitelor maxime admisibile ale sondelor si a factorilor ce limiteaza

aceste debite coeficentii de rezistenta la filtrarea gazelor spre o zona

productive si deasemenea stabilirea debitelor potentiale ale sondelor.- metodele de cercetare hidrodinamica sunt in general diverse dar se

impart in schimb in doua categorii functie de regimul de miscare ahidrocarburilor in mediul poros permeabil.

Se disting astefel: cercetari ale formatiunilor productive in regim

stationar de miscare respective in regim nestationar de miscare.- suportul teoretic al acestor metode de cercetare este reprezentat de

solutiile ananalitice ale sistemului de ecuatii fundamentale de miscare afluidelor prin medii poroase.

Ecuatiile componente ale sistemului sunt:

a) ecuatia echilibrului dinamic sau ecuatia filtratiei sau ecuatia lui

Darcy.

b)

Ecuatia continuitatii numita si ecuatia conservarii masei sauecuatia de bilant material.

c) Ecuatia de stare.d)

Ecuatia bilantului de caldura aplicabila atunci cand temperatura

in zacamant variaza in timpul exploatarii datorita folosirii unor

metode termice de recuperare a hidrocarburilor(in acest caz doara petrolului).

- acest sistem de de patru ecuatii fundamentale permite, prin

rezolvarea lui cand aceasta este posibila determinarea

legilor de variaza in timp si spatiu a presiunii vitezei (camarimea vectoriala) masei specifice si temperaturii.

- Rezolvarea ecuatiilor nominalizate se face in corelare cu

respectarea unor conditii specifice de miscare a fluidelor in

mediul poros si anume: conditii de tip stationar,semistationar si nestationar.


37/68

37

34. Investigarea formatiunilor productive in regim stationar de filtrarea gazelor.

- studierea miscarii gazelor in mediul poros permeabil este asociata unuimodel fizic, de altfel cel mai raspandit, in care miscarea gazelor catre o

sonda este de tipul radial plana si simetrica. Se specifica ca aceastasonda se afla plasata in centrul acestui model de forma cilindica.

- ecuatia difuziei specifice acestui regim de curgere exprimata incoordinate cilindrice.

01

2

r

pr

r r


38/68

38

Schema modelului fizic aferent miscarii radial plan simetrice

- desi conditiile miscarii stationare nu sunt ideplinite niciodata integral

ele sunt frecvent acceptate ratie faptului ca operatiile de productie suntproiectate la debite constante periodic

- inlocuind aceste constante in solutia generala se obtine distributia

depresiune pe directia sonda – cotur alimentare: P2 = f (r)


39/68

39


40/68

40


41/68

41


42/68

42


43/68

43

Factor skin


44/68

44


45/68

45


46/68

46


47/68

47


48/68

48

35. Investigarea formatiunilor productive in regim nestationar defiltrare a gazelor

- miscarea nestationara a fluidelor prin medii poroase este caracterizataprin variatia in timp a parametrilor hidrodinamici.

- stabilirea acestei variatii isi gaseste utilitatea in studiile privindevaluarea comportarii in exploatarea a acesto parametric, de car

depinde adaptarea procedeului adecvat de stimulare a afluxului dehidrocarburi.

- in filtrarea nestationara debitul de fluid intrat intr-un element devolum este diferit de cel care iese din acel element


49/68

49

- rezolvarea acestei ecuatii este depedenta de unele conditii nestationare

care se rezuma la luarea in considerare a urmatoarelor aspecte:- existenta intr-o formatiune productive a regimului nestationar se

datoreaza unor perturbatii create.- aceste perturbatii dureaza o anumita perioada si sunt materializate

printr-o alternanta a debitului.

- pe parcursul valabilitatii conditilor nestationare se considera cadistributia de presiune in formatiunea productive (orizont, zacamant)

nu este afectata de prezenta limitelor exterioare astfel incat formatiunearespective poate fi considerate ca fiind infinita.

- in stabilirea distributiei de presiune intr-un asemenea zacamant in

contextual existentei conditiilor de filtratie nestationarea a gazelor

reprezinta unul dintre scopurile investigatiilor hidrodinamice.


50/68

50

36. Cercetarea formatiunilor (orizonturilor) productive de gaze prininchiderea lor

Prin intermediul acestei metode se urmareste evaluarea unorparametric fizici si hirdodinamici ai orizontuluicum ar fi capacitatea de

cuegere, permeabilitatea efectiva, coeficentul de difuzie hidraulica,mobilitatea fazelor, porozitatea, indicii de productivitate, presiunea

statica etc.

- in mod concret, specific acestui tip de cercetare, este fapul

ca o sonda este in productie un interval detimp sufucentpentru ca in jurul zonei de influx strat – sonda distributia

de presiune sa fie uniforma, iar apoi, sonda se va inchide in

vederea refacerii presiunii statice.

- evolutia in timp a valorilor de presiune cu sonda, oprita este

inregistrata cu manometrul de adancime, rezultand asanumita curba de refacere a presiunii din sonda.

- Reprezentarea curbelor de refacere a presiunii intr-omadalitate convenabila(ex pe axa absciselor valorile de timp


51/68

51

vor fi incadrata intr-un anumit ciclu numeric) vor conferiacestor curbe pe langa aspectul calitiv sip e cel cantitativ in

urma caruia se obtin valori ale unor parametric utili inevaluarea si interpretarea tuturor parametrilor

hidrodinamici specifici acestui tip de investigatie.


52/68

52


53/68

53

Curba de refacere a presiunii aferente unei sonde de gaze


54/68

54


55/68

55


56/68

56

Factorul skin in regim nestationar


57/68

57


58/68

58

37. Cercetarea formatiunilor productive de gaze naturale prindeschiderea lor

- aceasta metoda de cercetare consta in producerea unei sondeapartinatoare orizontului in studio la un debit Q ( constant daca este

posibil) o anumita perioada si iregistrarea variatiei in timp a presiunii

dinamice de adancime.


59/68

59


60/68

60


61/68

61


62/68

62


63/68

63


64/68

64

38. Cercetare orizonturilor productive de gaze prin metoda izocronala- testarea izocronala a orizonturilor productive este o metoda complexa

de investigare si consta din alternarea la timpi egali a inchideriirespective deschiderii sondelor.

- obtinerea de rezultate concludente in contextual acestei metode esteconditionata de inchiderea sondelor afernte orizontului respective si

urmarirea evolutiei in timp a presiunii statice de adancime prininregistrarea ei.

- aceste masuratori se efectueaza daca este posibil simultan la catevasonde representative orizontului.

- durata masuratorilor este conditionata de timpul in care se atinge

valoarea presiunii statice relative stabilizate a orizontului.

-metoda de testare izocronala denumita si metoda timpului egal deinchidere – deschidere a sondeo are avantajul ca poate oferi informatii

rapide de felul cum evolueaza zacamintele depletive de gaze.- aceasta metoda este elastica din punct de vedere al simularii infinite a

timilor egali de inchidere si deschidere a sondelor.

- un posibil test izocronal implica urmatoarele faze:a) inchiderea tuturor sondelor orizontului productive in vederea

refacerii presiunii statice. Acest lucru reprezinta situatia ideala si ar fiposibila in cazul orizonturilor exploatate printr-un numar ,ic de sonde

de gaze naturale. Pentru formatiunilor productive exploatate printr-un

numar semnificativ de sonde situatie de altfel des intalnita in zacaminte

gazeifere din Ardeal inchiderea tuuror sondelor implica printer altele

luarea unor masuri compensatorii in ceea ce priveste productia de gazede pe o anumita directie de consum.

In aceasta situatie testarea izocronala se poate efectua in contextulideiienuntate prin inchiderea sondei care va fi investigate si a catorva sonde

adiacente ei.

c)

masurarea valorilor presiuni statice prin intermediulmanometrelor de adancime la una sau mai multe sonde

representative ale orizontului.

d) Consemnarea in acest interval de timp a valorilor presiunilor

dinamice de la capul de eruptie si a debitului de gaze.e) Inchiderea sondei (sondelor) un anumit interval de timp

consemand valorile de presiune.

f)

Reluarea de cateva ori ( de obicei de trei ori) a operatiilor de la

punctele c, d si e. Pe perioada cat se deruleaza testul izocronal,manometrul de adancime inregistreaza variatia in timp a


65/68

65

presiunii care este intr-o corelatie directa cu debitul de gazemasurabil la suprafata.


66/68

66


67/68

67


68/68

68

Factorul Efectul Skin

Prezenţa zonei de permeabilitate modif., în imediata vecinătate a

găurii de sondă, poate fi rezultatul unei blocări parţiale a porilor,

datorită pătrunderii particulelor marnoase sau a filtratului de noroi deforaj care astupă o parte din pori şi duce la o permeabilitate k 1k 2. Acest fenomen este cunoscut sub numele deefect de deteriorare (efect skin) , putând fi exprimat din punct de vedere

cantitativ prin factorul de skin (S) . Acesta este definit ca o cădere depresiune suplimentară (pozitivă sau negativă) adimensională.

Factorul de skin se mai poate calcula şi cu relaţia:

s

c

p

sc

r

r

Qb

p phk S ln

π22

Conspect Ingineria zacamintelor....pdf

Documents

Transcript of Conspect Ingineria zacamintelor....pdf