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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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 .
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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:
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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]
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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:
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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):
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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).
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
19/68
19
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
20/68
20
20. Ecuatia microscopica a continuitatii aferenta unui fluid monofazicexprimata in coordinate cilindrice.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
21/68
21
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
27/68
27
28. Miscari unidimensionale
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
28/68
28
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
29/68
29
29. Miscari radial plane
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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)
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
31/68
31
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
32/68
32
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
34/68
34
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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)
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
39/68
39
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
40/68
40
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
41/68
41
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
42/68
42
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
43/68
43
Factor skin
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
44/68
44
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
45/68
45
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
46/68
46
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
47/68
47
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
52/68
52
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
53/68
53
Curba de refacere a presiunii aferente unei sonde de gaze
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
54/68
54
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
55/68
55
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
56/68
56
Factorul skin in regim nestationar
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
57/68
57
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
59/68
59
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
60/68
60
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
61/68
61
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
62/68
62
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
63/68
63
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
65/68
65
presiunii care este intr-o corelatie directa cu debitul de gazemasurabil la suprafata.
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
66/68
66
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
67/68
67
8/18/2019 Conspect Ingineria zacamintelor....pdf
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