-
70
METODE CHIMICE DE CRETERE A RECUPERRII IEIULUI
Capitolul 4
DEZLOCUIREA NEMISCIBIL PRIN INJECIE DE SOLUII DE POLIMERI
3.1. Principii generale legate de dezlocuirea nemiscibil a
ieiului
Ca rezultat al aciunii energiei naturale de zacamnt si/sau al
energiei suplimentare introduse in aceasta prin aplicarea unor
metode de recuperare nemiscibil, are loc un proces de dezlocuire a
fluidelor din stratul productiv, dezlocuire care poate fi analizata
atat la nivelul porilor dezlocuire microscopica, cat si la scara
intregului zacamant dezlocuire macroscopica.
La scara micro, eficienta de dezlocuire se caracterizeaza
printr-un factor de spalare naturala EM, care reprezinta fractiunea
de fluid dezlocuit din zona contractata de faza dezlocuitoare ( in
care aceasta a patruns).
EM depinde de raportul mobilitatilor fazelor dezlocuite si
dezlocuitoare si este bine descris de numarul capilar Nc :
tt
aa
t
a
k
k
m
mM
//
== (raportul mobilitatilor celor dou faze)
vNc = (numr capilar)
Dezlocuirea macroscopica se caracterizeaz printr-un factor de
inundare volumetrica a zacamantului, EVOL.
EVOL reprezint raportul dintre volumul porilor contactat de faza
dezlocuitoare si volumul total de pori al zonei dezlocuite (arat,
in functie de pozitia frontului, cat din volumul poros a fost
inundat la un moment dat, sau cat din totalul spatiului poros a
fost contactat de front).
EVOL depinde de neuniformitatea zacamantului si de modul de
amplasare a sondelor.
Factorul de recuperare, definit ca raport intre cumulativul
extras si resursa geologica existenta, poate fi determinat prin
produsul intre eficienta microscopica de splare si factorul de
inundare (sau eficienta macroscopica).
ER = EM x E VOL
Posibilitati de marire a eficienei microscopice, E M :
Modificarea raportului mobilitatilor in sensul scaderii M, prin
:
- scaderea mobilitatii fazei dezlocuitoare (exemplu : apa cu
polimeri)
- cresterea mobilitatii titeiului (exemplu : metode termice
)
-
71
Modificarea numarului capilar Nc :
Viteza de filtrare este de ordinul cm /zi.
Se observ c este necesar ca numarul capilar sa creasca pentru ca
in zacamant sa ramana o saturatie in titei cat mai mica.
Pentru injectia conventionala de apa Nc 106.
La injectia de apa cu polimeri Nc tinde ctre 10 2.
Pentru aceasta este necesar ca tensiunea interfaciala sa aiba
valori cat mai mici; apare necesitatea utilizriie solutiilor
alcaline, care au capacitatea reducerii de circa o mie de ori
(valorile obinuite pentru au ordinul de mrime de 25 35 mN /m ).
Posibilitati de marire a eficienei volumetrice, EVOL:
Modificarea valorii M
Amplasarea judicioasa a sondelor
Determinarea corect a raportului intre cumulatorul extras si
cumulativul de agent de dezlocuire ptruns in zona productiva (ori
nu este bine masurat, ori se canalizeaza).
Selectarea metodei presupune ca, n funcie de condiiile concrete
din strat s se opteze pentru:
- scaderea respectiv aplicarea injectiei de solutii alcaline sau
tensioactive;
- scaderea M - de regula prin cresterea viscozitii fazei
dezlocuitoare ( soluii de polimeri).
Dezlocuirea nemiscibila a titeiului presupune curgerea prin
zacamant a cel putin doua faze; dezlocuita si dezlocuitoare.
Curgerea omogena este descrisa acceptabil de legea lui Darcy,
care a fost verificata experimental cu rezultate bune.
Darcy: vf=k/ /gradmp/
In cazul curgerii heterogene insa, aplicarea acestei legi da
rezultate diferite de realitate, in principal datorita trecerii de
la permeabilitatea absoluta la permeabilitati efective fata de
fiecare faz. In plus, la interfaa dintre doua faze nemiscibile,
apar presiuni capilare, conform legii lui Laplace.
vf=kei/i /gradmp/
La curgerea bifazica, dezlocuirea nu este posibila decat pentru
valori medii ale gradientului motor de presiune mai mari decat a
valoare prag care rezulta din valoarea limit a gradientului capilar
de presiune. Peste aceasta valoare, curgerea se amorseaza, iar
viteza de curgere tinde spre proporionalitate cu excedentul
gradientului motor de presiune.
Altfel spus, mediul poros opune cauzei (gradm p), o rezistenta
(gradc p), care trebuie nvins pentru amorsarea curgerii.
Figura 33
20 40 60 St
Nc
10
10
10
1
-6
-4
-2
-
72
Pentru dezlocuirea de tip nemiscibil, exista in principal doua
teorii :
Teoria dezlocuirii tip piston de la primul contact, apa
dezlocuieste titeiul in zona inundata, ramanand o saturatie
remanenta constanta in titei.
Teoria dezlocuirii tip piston spart (exemplu : teoria Bucklay
Leverett), care consider ca saturaia remanenta se reduce treptat
dup trecerea mai multor volume de apa, iar n spatele frontului de
dezlocuire se formeaz o zon cu saturaie variabila. (Demonstraie
fig. 34).
22
11
2
1
S =1t
S =1d0 10 1 krd
krt
33
3 3
fd0 df / dSd d
Satu
ratia
Sondainjectie
Figura 34. Schema pentru stabilirea eficienei dezlocuirii
nemiscibile printeoria Bucklay Leverett:
1. d > t , 2. d < t , cu faza dezlocuitoare mai umezitoare
dect cea dezlocuit; 3. Inversarea udrii rocii.
Observaie:
Trebuie reamintit c teoria elaborat de Bucklay i Leverett se
bazeaz pe o ecuaie de bilan:
creterea saturaiei n ap n urma frontului de dezlocuire este
datorat volumului de ap intrat n
zcmnt, adic:
ddT qdfq = , unde Tq este debitul total n curgere, iar dq
debitul de faz dezlocuitoare.
Ecuaiile de baz sunt:
dtdfqAmdxdS dTd =
dT
d
dT fAm
q
dS
df
Am
q
dt
dx'== , df ' fiind derivata fraciei de faz dezlocuitoare.
t
d
d
ttd
d
T
dd
k
kqq
q
q
qf
+
=+
==
1
1
-
73
Concluzia :
Intr-un proces de dezlocuire nemiscibila, pentru ca saturaia
remanenta in titei in urma frontului sa fie ct mai redus, este
foarte util ca faza dezlocuitoare sa fie mai vascoasa decat cea
dezlocuita i, in plus, sa umecteze mai bine roca.
Poziia frontului de dezlocuire i saturaia remanent n iei variaz
n timp, ca n figura 35.
0
1
Sai
Str
Sa
Saturatia medie in urma frontului
S.I. S.R.
Distanta radiala, m
Figura 35. Variaia saturaiei remanente n urma frontului de
dezlocuire
3.2. Utilizarea polimerilor in procese de dezlocuire a
titeiului
Primele cercetari in Romania s-au facut in 1956, cand s-au
executat teste de dezlocuire n laborator, bazate pe folosirea
melasei. In 1965 s-a propus pentru prima oara injectia de soluii de
polimeri pentru cresterea factorului de recuperare n zcmintele de
iei.
Polimerii cei mai utilizati pentru modificarea calitatilor apei
de injectie pot fi grupati in doua mari categorii :
- polimeri sintetici
- biopolimeri
Pentru a fi eficienti in procesul de dezlocuire a titeiului,
polimerii trebuie sa prezinte o buna solubilitate in apa si sa
satisfaca o serie de conditii legate de interactiunea cu mediul
poros : pH, salinitatea, concentratia si natura sarurilor,
temperatura si prezenta oxigenului.
Indiferent de tip, polimerii trebuie ca, in concentratie mica,
sa reduca de cateva ori mobilitatea apei de injectie, sa nu
blocheze formatiunea si sa se adsoarba in cantitati foarte mici pe
suprafata rocii.
Biopolimerii : sunt rezultatul unui proces de fermentatie a unor
bacterii, cel mai cunoscut produs fiind guma de Xantan. Bacteria
este cultivata intr-un mediu favorabil de fermentare, producand
polimer ca rezultat al procesului metabolic.
Polimerii sunt separati ulterior de restul materialului de
cultura si sunt comercializati intr-o forma care contine 8 13%
produs activ.
-
74
Biopolimerul prezinta doua mari avantaje :
- este aproape insensibil la salinitatea apei de zacamant;
- suporta gradienti de forfecare ridicati .
Dezavantajele biopolimerilor :
- posibilitate de blocare a formatiunii;
- degradarea solutiilor sub actiunea bacteriilor prezente in
zacamant;
- pret de cost foarte ridicat (aceasta face ca polimerii
sintetici sa fie preferati in procesele de dezlocuire).
Dintre polimerii sintetici, cel mai utilizat este poliacriamida
partial hidrolizat (PAH sau PAAH ). Are o structura moleculara
liniara, alcatuita dintr-un lan lung de atomi de carbon, la care
sunt legate alternativ grupri de carboxil de Na si de amide :
- (CH2 - CH ) x - (CH2 - CH )y -
gruparea C =O C =O gruparea
amida carboxil
NH2 O -Na
Raportul celor doua grupri : carboxil/amid = y/x se numeste grad
de hidroliz si
influenteaza adsobtia polimerului pe suprafata mineralelor din
roca.
Industrial, PAH se obtine dupa schema urmatoare :
gaze naturale amoniac propilena acrilonitril acrilamida
poliacrilamida.
(aceasta se poate utiliza i in procesul de foraj, pentru
blocarea stratelor cu pierderi de circulaie).
Poliacrilamida partial hidrolizata se poate obtine fie dupa
polimerizarea acrilamidei, prin hidrolizare, fie direct, prin
copolimerizarea acrilamidei si a acrilatului de sodiu.
Polimerii sintetici folositi in recuperarea titeiului sunt
cunoscuti dupa diferire denumiri comerciale :
POLIAS Romania (produs la Rasnov)
PUSHER 700 -SUA
POLYDIA P.D.C. Japonia
PAAH prezinta un grad de hidroliza cuprins intre 0,15 0,25, are
un caracter slab bazic (pH = 7,58,5), masa moleculara de ordinul 3
7*106, iar dimensiunea medie a moleculei este de pana la 106 m. Se
prezinta sub forma de pulbere de culoare alba i este un produs
netoxic, necoroziv, cu grad foarte mic de inflamabilitate.
PAAH prezinta trei mari inconveniente :
-
75
- sensibilitate la salinitatea apei de zacamant, in special in
prezenta ionilor bivalenti de Ca ++
si Mg++ .;
- rezistenta mecanica limitata, in special la gradenti de
forfecare ridicai;
- stabilitate chimica limitata.
Pentru a diminua aceste neajunsuri, solutia clasica, incolora,
de polimer, care se injecteaza in zacamant, se prepara, de regula,
in doua etape succesive :
1. Se disperseaza polimerul praf in apa dulce , realizandu-se o
solutie concentrat, de 0,5% (5000 ppm ). Se are in vedere in
aceasta etap evitarea aglomerarii polimerului in cocoloae,
realizndu-se o buna dispersie, prin reglarea automata a cantitatii
de polimer care se dizolva in jetul de apa (figura 36).
2. Se dilueaza solutia concentrata obtinuta in etapa 1 cu apa de
zacamant tratata, realizandu-se concentratia stabilita pentru
injectie, de regula 0,05% =500 ppm (uneori 250 600) (fig. 37).
Apa folosita la preparare se analizeaza din punct de vedere al
salinitatii totale si, in special, al concentratiei in ioni Ca++ si
Mg++.
S-a constatat ca vascozitatea solutiilor de polimeri scade cu
cresterea salinitatii apei pana la o concentratie in NaCl de circa
3%.
Prezenta cationilor de Ca++ si Mg++ amplifica acest efect,
scaderea vascozitatii fiind mai pronuntata decat in prezenta
cationilor monovalenti de Na+ si K+ (creste consumul de PAH pentru
obinerea aceleiai viscoziti a soluiei).
Un alt component al apei de preparare ce trebuie analizat este
ionul feros. Acesta nu afecteaza direct polimerul, dar ridica PH-ul
prin trecerea lui in oxizi ferici care, pe de o parte pot precipita
in porii zacamantului, pe care ii blocheaza, iar pe de alta parte
pot intra in reactii de oxidoreducere cu polimerul. Aceste reactii
duc la aparitia gelurilor care colmateaza stratul rezultnd blocarea
lui.
-
76
-
77
3.3. Comportarea soluiilor de polimeri n condiii de laborator i
de zcmnt
Comportarea reologic a fluidelor poate fi apreciat pe baza
relaiei generale de definiie a viscozitii:
dn
dv = , unde: - este tensiunea tangenial
viscozitatea dinamic
dn
dv - gradient de vitez pe direcia n
Astfel, fluidele utilizate n exploatarea zcmintelor de
hidrocarburi pot fi clasificate n dou mari categorii:
- fluide newtoniene, caracterizate prin faptul c, la presiune i
temperatur constant, viscozitatea rmne constant, indiferent de
gradientul de vitez;
- fluide nenewtoniene, la care viscozitatea este dependent de
gradientul de vitez (n acest caz se introduce noiunea de
viscozitate aparent a fluidului care curge prin mediul poros).
La rndul lor, fluidele nenewtoniene pot fi mprite n:
- fluide cu comportare pseudoplastic, la care ap scade cu
creterea grad v i
- fluide cu comportare dilatant, la care ap crete cnd grad v
crete.
Soluiile de ap cu polimeri se pot comnporta diferit n funcie de
viteza cu care ele curg prin strat, aa cum se poate observa n
schema din figura 38. Se disting patru zone cu comportare reologic
diferit, astfel:
I. La valori mici ale vitezei de deplasare prin mediul poros,
valoarea ap este maxim, aproximativ constant, dac soluia de polimer
este suficient de diluat, astfel nct s nu apar tensiuni de
forfecare; n acest domeniu comportarea este newtonian.
II. Comportare pseudoplastic (ap scade la creterea grad v)
III. Comportare newtonian, ap are valori minime i aproximativ
constante la valori relativ mari ale vitezei de curgere;
IV. Comportare dilatant, datorat apariiei efectelor
viscoelastice (ap crete cu grad v).
Majoritatea soluiilor de polimeri, indiferent dac acetia sunt
sintetici (ex. PAAH) sau biopolimeri (ex. guma de Xantan), se
comport n zcmnt ca fluide nenewtoniene. Pentru intervalul de vitez
ntlnit n mod obinuit n mediul poros, la debite de injecie moderate,
comportarea este pseudoplastic, deci viscozitatea aparent scade la
creterea gradientului de vitez. Rezult deci c utilizarea unor
debite de injecie prea mari poate conduce la comportare dilatant,
dar de regul numai pe zone restrnse n jurul sondei de injecie.
Figura 38
Viscozitate aparenta,
ap
dv/dn
I II III IV
-
78
Comportarea soluiilor de polimeri este influenat de anumiti
factori, ntre care salinitatea apei de zcmnt cu care se face
diluarea soluiei, concentraia i masa molecular a polimerului,
prezena n ap a ionilor de Ca i Mg, aa cum se poate vedea din din
diagramele prezentate n figurile 39-43 (cercetri de laborator
efectuate cu poliacrilamida).
Fig. 39. Influena concentraiei polimerului
asupra viscozitii soluiei
Fig. 40. Influena masei moleculare a
polimerului asupra viscozitii soluiei
Viscozitate aparenta, ap
Viteza de filtrare, v
Teste executate cu PAAH
f
Apa distilata1000 ppm NaCl10 000 ppm NaCl20 000 ppm NaCl
(2%)
Fig. 41. Influena salinitii apei de preparare asupra
viscozitii soluieide poliacrilamid.
Viscozitate aparenta,ap
Viteza de filtrare, v f
Apa distilata30 000 ppm N
(3%
aCl
)
Teste executate cuGUMA de XANTAN
Fig. 42. Influena salinitii apei asupra
comportrii biopolimerilor.
-
79
Viscozitate aparenta, ap
Viteza de filtrare, v f
2
3
5
6
7
1
Solutii de PAAH preparate cu:
1. Apa distilata2. 5000 ppm NaCl3. 2500 ppm Mg Cl4. 2500 ppm
CaCl5. 5000 ppm MgCl6. 5000 ppm CaCl7. 2500 ppm Mg Cl + 2500 ppm
CaCl
22
2
2
2 24
Fig. 43 Comportarea soluiilor de polimer n
prezena cationilor bivaleni Ca++ i Mg++
Se observ c viscozitatea soluiei scade mult n prezena cationilor
bivaleni de calciu i magneziu. Ionul Ca++ este mai activ, deci mai
periculos dect ionul Mg++ n ceea ce privete reducerea de
viscozitate.
Prezena n combinaie a celor doi ioni bivaleni n apa de preparare
sau n apa de zcmnt este i mai duntoare pentru soluiile de
polimeri.
Acesta este motivul pentru care, nainte de injectarea dopului de
polimer, sunt necesare unele msuri destinate reducerii ionilor de
Ca i Mg sau pentru diluarea apei de zcmnt puternic mineralizate
3.4. Cercetarea n laborator a caracteristicilor soluiilor de
polimeri
1. Viscozitatea aparent a soluiei
S-a definit anterior parametrul M, ca raport al mobilitilor
celor dou faze, dezlocuitoare i dezlocuit. Pentru un proces de
injecie clasic de ap se poate scrie:
a
t
t
a
t
t
a
a
t
a
k
k
k
k
m
mM
===
In cazul dezlocuirii ieiului cu o soluie de polimer, raportul
mobilitilor devine:
p
t
t
p
t
t
p
p
pk
k
k
k
M
== .
La msurarea n laborator cu un viscozimetru de tip Ostwald,
variaia viscozitii soluiei de polimer n funcie de concentraia
acestuia este aproximativ liniar.
In cazul curgerii prin mediul poros, curgere la care poate fi
aplicat Legea lui Darcy, se obin indirect, prin calcul, valori mult
mai mari pentru vioscozitatea soluiei apare astfel noiunea de
viscozitate aparent.
-
80
Conform legii lui Darcy, viteza de filtrare se poate calcula cu
relaia
gradpk
v f
= , de unde rezult gradpv
k
f
p
ap =
OBS: Se modific de fapt i permeabilitatea mediului poros, kp
fiind o permeabilitate efectiv a acestuia fa de soluia de polimer
care l traverseaz. In mod practic, determinarea viscozitii aparente
se poate realiza n laborator, prin masurarea volumului de soluie de
polimer Vpol care trece printr-un model sau carot cu lungimea L i
sectiunea de curgere A, dup algoritmul urmtor:
AtvtqV fppol ==
gradpAtk
Vap
p
pol
=
AtL
pkV
ap
p
pol
=
tL
p
V
Ak
pol
p
ap
=
Viscozitateasolutiei
Viscoz
itate m
asurata
(Ostw
ald)
Viscozitate aparenta(in mediul poros)
1
10
100
1 2 3 4Concentratia in polimer, %
0,05
Figura 44. Curba de variaie a viscoziotii aparente, n comparaie
cu viscozitatea msurat
Viscozitatea aparent are valori de 5...25 de ori mai mari dect
cea msurat, dac se consider c permeabilitatea efectiv este constant
pentru ap i respectiv pentru soluia de polimer. In realitate, innd
seama de reducerea permeabilitii efective n cazul trecerii soluiei,
care poate fi considerat ca o rezisten opus curgerii datorit
reinerii moleculelor de polimer n porii rocii, scderea mobilitii
poate fi explicat prin dou fenomene care nu pot fi separate ca
efect, nici ca pondere:
- creterea viscozitii apei de injecie, ca urmare a aditivrii cu
polimer
- reducerea permeabilitii efective a rocii colectoare.
-
81
2. Factorul de rezisten
Micorarea mobilitii soluiei de polimer fa de cea a apei cu care
s-a fcut prepararea poate fi exprimat prin raportul celor dou
mobiliti, R, numit factor de rezisten, definit ca:
tp
ta
a
p
p
a
p
p
a
a
p
a
M
M
k
k
k
k
m
mR
====
,
unde: Ma-t - este raport al mobilitilor ap-iei, la dezlocuire cu
ap,
Mp-t raportul mobilitilor polimer- iei, la dezlocuirea cu soluii
de polimeri.
Variaia factorului de rezisten poate fi analizat n timp, n
funcie de volumul de soluie circulat, pe o carot reprezentativ din
zcmntul supus injeciei de polimeri
De regul R crete repede pn la cca 20Vp circulate, dup care
creterea devine din ce n ce mai lent. Pe baza unei curbe de acest
gen, obinut n laborator se poate aprecia c polimerul utilizat nu va
conduce la blocarea porilor n zcmnt.
Trebuie ns precizat c n laborator volumul de pori al carotei sau
modelului utilizat este foarte mic, deci se pot vehicula volume
importante de soluie, ce pot ajunge pn la 100 Vp. In zcmnt volumul
de soluie injectat va fi, n orice caz, mult mai mic dect volumul
porilor.
Factorul de rezisten
ta, R
Raport intre volumul injectat si volumul porilor, Vinj / Vp 10
20 50 100
Fig. 45. Curba tipic a factorului de rezisten
Totui, n zona din apropierea sondei de injecie, este posibil s
apar un blocaj, deoarece prin aceast zon ptrund n timp cantiti mari
de polimer, iar reinerea pe roc poate fi important.
De exemplu, la un debit de injecie de 60 m3/zi, timp de 10 ani,
cumulativul de soluie injectat vafi: 60 x 350 x 10 = 210 000
m3.
Pentru deblocare se poate executa un tratament cu hipoclorit de
sodiu, aplicabil n general pentru nlturarea blocajelor cu material
organic sau de natur bacterian. Sunt necesare dou etape
succesive:
1. Se injecteaz 2m3/m perforat soluie hipoclorit de sodiu, cu
concentraia de 5%, n 5 reprize, cu pauz de 15 minute ntre ele;
urmeaz un dop de ap dulce pentru separare.
2. Se face o acidizare cu o soluie compus din amestec de acid
acetic, clorhidric, fluorhidric, aldehid formic i inhibitori; dup o
pauz de reacie de 8 ore, drenarea se face prin pistonare.
-
82
3. Factorul de rezisten rezidual
Pentru aprecierea reducerii permeabilitii rocii colectoare dup
trecerea unui dop de soluie de polimeri, a fost definit factorul de
rezisten rezidual, ca raport intre mobilitatea apei nainte de
trecerea polimerului i mobilitatea apei dup trecerea dopului de
polimer:
ap
a
ap
a
a
a
a
ap
a
a
ap
ar
k
k
k
k
k
k
m
mR ====
Se observ c acest factor se refer de fapt la rapotul
permeabilitilor efective ale rocii fa de apa de injecie, nainte i
dup trecerea dopului de soluie de polimer.
Deoarece exist riscul blocrii stratului la creterea volumului
injectat, este necesar o selectare prealabil a soluiei: astfel o
soluie de polimer cu un factor de rezisten R = 8...12 poate bloca
formaiuni cu permeabilitate k < 200 mD, n timp ce pentru strate
cu k > 1000 mD soluiile cu R = 3...4 sunt total ineficiente.
4. Reinerea polimerului n mediul poros
Interaciunea soluiei de polimer cu roca are ca efect reinerea
substanei active din soluie i modificarea proprietilor acesteia. In
principal, sunt de evideniat dou aspecte:
- reinerea mecanic a macromoleculelor de polimer n porii foarte
fini,
- reinerea prin adsorbia polimerului pe suprafaa udat, fenomen
dependent de compoziia rocii (mult mai accentuat n prezena
argilelor).
Ambele mecanisme conduc n final la diminuarea concentraiei
soluiei i scderea viscozitii acesteia, iar efectul cumulat se poate
aprecia n laborator prin msurarea concentraiei efluentului dup
trecerea mai multor volume de pori. Se constat c reinerea
polimerului este aproape total la aproximativ 1 Vp injectat, dup
care concentraia crete i se apropie de valoarea iniial la
vehicularea unui volum de soluie egal cu mai multe volume de pori
(fig. 46).
Cum msurarea concentraiei efluentului este dificil de realizat,
aceasta se poate determina ntr-un mod indirect, prin intermediul
unei curbe etalon de viscozitate (fig. 47). Practic se msoar
viscozitatea efluentului, iar valoarea obinut se raporteaz pe curb,
rezultnd astfel concentraia.
2 4 6 8Vinj /Vp
C efluent
Cinitial
Fig. 47. Variaia concentraiei efluentului n funcie
de volumul de soluie injectat n prob
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
Viscozitateasolutiei de polimeri,
sp
initial
efluent
C CinitialefluentC, % PAAH
Fig. 48. Curba etalon de viscozitate
-
83
5. Factorul de sit
Este definit ca raportul dintre viscozitatea soluiei de polimer
i cea a apei de preparare:
a
pF
=
Acest parametru este util att pentru aprecierea reinerii
polimerului n roc, ct i pentru determinarea gradului de forfecare
(laminare) a soluiei la trecerea prin instalaiile de suprafa sau
prin mediul poros. Se determin cu ajutorul unui aparat numit
viscozimetru cu site sau viscozimetru de filtrare (fig. 48), ca
raport ntre timpul de curgere al soluiei de polimer i respectiv al
apei de preparare, pentru un volum dat.
Volumul utilizat este 30 cm3, iar pentru apa de zcmnt cu care se
prepar soluia de injecie cu concentraia de 0,05% timpul de scurgere
este aproximativ 9 secunde.
Pentru soluia de polimer se au n vedere condiii stricte de
prelevare, transport i introducere n aparat, proba fiind luat de la
capul de injecie al sondei i trecut n viscozimetru fr contact cu
aerul.
Dac factorul de sit iniial, determinat anterior, imediat dup
dizolvarea polimerului, a avut o valoare mai mare dect cel obinut
la proba luat de la capul de injecie (de exemplu 10 fa de 6),
aceast scdere poate fi cauzat de:
- nerespectarea concentraiei soluiei;
- calitatea apei de diluare;
- prezena oxizilor de fier n rezervoare sau conducte (motiv
pentru care se prefer rezervoare de inox sau fibr de sticl);
- contactul soluiei cu oxigenul;
- masa molecular prea mic a polimerului.
Reper
Reper
Pachet de 5 site 0,25 mm (100 mesh)
Fig. 48. Viscozimetru de filtrare
O corelare ntre factorul de sit i factorul de rezisten arat o
dependen liniar: prin urmare, la un factor de sit diminuat rezult i
un factor de rezisten mai redus dect cel proiectat (fig. 49). Pe de
alt parte prin corelarea factorului de sit sau factorului de
rezisten cu concentraia n polimer (fig. 50) se poate aprecia gradul
de degradare a soluiei de polimer pn la capul de injecie prin
forfecarea n pompe, filtre, conducte etc.
-
84
R
F
Rr
Fr
Fig. 49. Corelarea factorilor de sit i de rezisten
R
Concentratie, ppm
Rr
Cefluent200 400
Fig. 50. Corelarea factorului R cu concentraia
3.5. Posibilitati de degradare a solutiilor de polimeri si
evitarea acesteia :
1. Depozitarea polimerilor care se prezint sub form de granule
(pulbere), se face n saci de polietilen, deoarece substana este uor
higroscopic (absoarbe umiditatea din aer).
2. Temperatura ridicat, de 125150 0C, degradeaz att polimerul
(granule), ct i soluiile de polimeri. In general, o temperatur de
circa 300 in instalaiile de preparare i de 60 700 in zcmnt nu
afecteaz calitatea soluiei.
3. Degradarea chimic :
- Contactul cu oxigenul dizolvat in apa de preparare i de
diluare a soluiei, sau aflat in rezervoare, reduce cu 25%
viscozitatea soluiei, determinat prin factorul de sit.
- Prezena oxizilor de fier i n special a hidroxizilor ferici
reduce mult viscozitatea soluiei de polimeri, fapt explicat prin
ruperea macromoleculelor. Acest efect este i mai pronunat daca apa
de preparare conine oxigen.
Prevenire :
- Tratarea apei de preparare se face n sistem nchis pentru
ndepartarea total a suspensiilor solide, ieiului, compuilor cu fier
i oxigenului.
- Indeprtarea oxigenului se face prin tratare cu hidrosulfit de
sodiu ( Na2S2O4 ) sau cu aldehida formica (primul produs este mai
performant). Hidrosulfitul reduce cantitatea de oxigen pana la 0,2
ppm i dizolv hidroxizii ferici, la un pH neutru, asigurnd
stabilitatea ndelungat a soluiei.
Aldehida formic poate forma geluri blocante cu unele sorturi de
PAA.
- Prepararea, stocara i pomparea soluiei de polimer se vor face
tot in sistem nchis, echipamentele fiind anticorozive (conducte
inox, rezervoare din fibr de sticl, pern de gaze inerte in rezervor
).
- Salinitatea mare a apei de diluare conduce , aa cum s-a artat
anterior, la scderea accentuat a viscozitii soluiei . Prezena
ionilor bivaleni in ap amplific acest fenomen.
-
85
4. Degradarea mecanic - apare prin forfecarea i laminarea
soluiei la trecerea acesteia cu vitez mare prin instalaiile de
suprafa: pompe, duze reglabile, coturi, teuri, filtre, ca i prin
perforaturile sondei (scderea presiunii dup strangulare duce la
ruperea moleculelor de polimer, ceea ce implic scderea accentuat a
viscozitii soluiei).
Prevenire :
- Pompele centrifuge sunt nlocuite cu pompe cu piston;
- Ar fi necesar utilizarea unor pompe de debit scazut, care s
injecteze separat n fiecare sond; cum acest lucru este dificil de
realizat n practic, la pomparea n mai multe sonde cu o singur pomp
duzele reglabile se nlocuiesc cu serpentine din eav cu =6 8 mm,
care reduc debitul prin frecare;
- Teurile i coturile n unghi drept sunt nlocuite cu curbe de
acelai diametru;
- Coloana se perforeaz cu numr mare de gloane i se ndeprteaz
eventualele blocaje;
- Soluia se filtreaz cu filtre de psl, pnz etc, care se pot spla
invers ( nu prin nisip).
Oprirea repetat i de durat a injeciei duneaz procesului de
dezlocuire: moleculele de polimer se aglomereaz n porii rocii, iar
la repornirea injeciei presiunea poate avea valori mult mai mari
dect nainte de oprire: pentru acelai debit de injecie vitezele de
curgere devin mai mari datorit strangulrilor care apar n zcmnt, i
rezult ruperea moleculelor, cu scderea viscozitii soluiei.
Prevenire : reluarea injeciei la debit moderat, urmat de
creterea progresiv a acestuia.
5. Degradarea soluiei n zcmnt - este datorat reinerii substanei
active pe suprafaa rocii prin fenomene de adsorbie. Apare diluarea
soluiei la faa frontului de dezlocuire, n timp ce partea final a
dopului i pstreaz o concentraie mai apropiat de cea iniial
(ntotdeauna fenomenul de reinere este mai accentuat la primul
contact cu roca).
Pe de alt parte, n spatele frontului de dezlocuire apare o
rezisten rezidual la curgere, care se manifest prin reducerea
permeabilitii att fa de dopul de polimer, ct i fa de apa care l
mpinge prin zcmnt. Datorit diferenelor de mobilitate ntre ap i
polimer, n spatele dopului de soluie care dezlocuiete ieiul, se pot
forma canalizri ale apei de injecie, care are tendinta s nainteze
mai repede dect soluia. Fenomenul este accentuat mai ales dac
volumul dopului este redus, sub 0,3Vpori.
Din acest motiv se recurge la folosirea unor dopuri programate
cu concentraia iniial mai mare, care descrete treptat, rezultatul
fiind o deplasare mai uniform a frontului de dezlocuire:
-
86
Titei
Solutie depolimer
Apa deinjectie
Titei
Solutie polimer
Apa deinjectie
S.I.
S.R. S.R.
S.I.
Dop normalV = 0,2 Vinj p
Dop programatV = 0,1 Vinj p
Rec
uperare, %
10
20
30
V / Vinj p
Injectie cla
sica de apa
Solutie
polimer -
Dopnormal
DopProg
ramat
1 2 3
Figura 51. Punerea n eviden a avantajelor utilizrii dopului
programat.
3.5. Alte utilizri ale polimerilor
La orice proces de dezlocuire cu soluii micelare, tensioactive
sau alcaline, la care mobilitatea soluiei este mai mare dect a
ieiului, dup dopul respectiv de soluie se injecteaz un dop de
soluie de polimer pentru mpingerea dopului iniial, acesta fiind
dezlocuit la rndul lui prin injecie normal de ap. Se controleaz n
acest mod mobilitatea i se realizeaz o deplasare uniform a
frontului de soluie activ, mrindu-se astfel factorul de recuperrare
(fig 52).
1 2 3 4 5
Recuperare
Vinj / Vp
Solutii de polimeri
NaOH +polim
eri Solutii
micelareS
olutiim
icelare + p
olimeri
Injectie de apa
Figura 52. Controlul mobilitii frontului de dezlocuire cu
ajutorul polimerilor.
-
87
3.6. Criterii de selecie a zcmintelor pentru aplicarea
unui proces de cretere a recuperrii de injecie de polimeri
Se cere o foarte bun cunoatere a zcmntului din punct de vedere
geologic i o anumit experien a operatorului n domeniul recuperrii
secundare a ieiului.
Principalele criterii de selecie sunt legate de :
a. Roca colectoare
- Sunt preferate colectoarele constituite din gresii si nisipuri
consolidate;
- De evitat rocile cu un coninut ridicat n CaCO3 Mg CO3, mai
ales cele cu grad mare de fisurare, deoarece pot avea loc canalizri
ale dopului de polimer.
Prezena unor zone mari de cap de gaze sau acvifer duce la
pierderi excesive de soluie de polimeri, explicat prin diferenele
de mobilitate.
Heterogenitatea mare a zcmntului i coninutul ridicat n argile
sunt de evitat.
Nu sunt apte pentru proces colectoarele care au grosimea brut
mult mai mare dect grosimea net.
Adncimea condiioneaz procesul prin presiune i temperatur:
- adncimea minim - 300 m;
- adncimea maxim - astfel nct temperatura i salinitatea apei sa
nu duc la degradarea soluiei ( maximum 1250C, dar mai sigur sub 900
C pentru poliacrilamida i 700 pentru guma de Xantan).
Porozitatea si permeabilitatea sa fie situate,de preferat, n
gama valorilor medii i mari :
m = 15 35%
k > 100 mD.
Starea de saturaie a zcmntului la iniierea procesului : este
avantajos ca St > 50%, adic procesul s se iniieze ct mai
devreme, pentru aplicarea acestuia ca metod secundar i eventual
chiar primar de recuperare.
b. Fluidele din zcmnt
Se prefer ieiurile cu = 5 125 mPa.s. Dac exist ali parametri
favorabili, se poate merge chiar pn la = 200 cP.
Densitatea ieiului t = 850 900 kg / m3 Salinitatea apei de zcmnt
< 20 000 ppm Na Cl (2%) i lipsit de Ca ++ si Mg ++
Observaii :
Se va analiza starea tehnic a sondelor i eventualele dificulti
ce pot s apar ca urmare a iniierii procesului: nisipri, depuneri de
parafine, fenomene de coroziune etc.