1 Factori de care depinde energia naturala a zacamintelor/randamentul de utilizare al energiei naturale de zacamant (factori naturali si factori tehnici). Energia naturala a zacamintelor depinde de: -dimensiunile zăcămantului (cuprinzand zona productivă si acviferul); -conditiile initiale de presiune si temperatură; -caracteristicile rocii rezervor si fluidelor continute in acesta. Randamentul de utilizare al energiei de zăcămant depinde de: Factori naturali: - caracteristicile rocii colectoare (permeabilitate, porozitate, compresibilitate, umectabilitate, etc.) -caracteristicile fluidelor din zăcămant (vascozitate, densitate, compozitie etc.) Factori tehnici: -Gabaritul de exploatare (număr total de sonde, mod de amplasare); Sistemul de extractie utilizat; -Ritmul de exploatare (exemplu duzele la sonde eruptive) -Ritmul de injectie (la zăcăminte exploatate cu injectie de apă) - Conservarea in zăcămant a agentilor naturali de dezlocuire. In cazul zacamintelor de gaze naturale exploatarea are loc sub actiunea energiei naturale a zacamantului rezultata din expansiunea gazelor, iar in cazul existentei unui acvifer activ si ca urmare a avansarii acestuia. 2 Forme de energie naturala si mecanisme de exploatare determinate de forma de energie la zacamintele de titei. La zăcămintele de titei formele de energie naturală sunt : 1. expansiunea sistemului rocă –fluide; 2. expansiunea gazelor dizolvate, care se continuă cu expansiunea gazelor iesite din solutie, pe măsura ce presiunea scade sub presiunea de saturatie (sau presiunea initială de vaporizare, notată de obicei piv) 3. expansiunea gazelor libere (din capul liber de gaze); 4. expansiunea apei din acviferul adiacent; 5. energia gravitatională. 1. expansiunea sistemului rocă –fluide: -expansiunea rocii se manifestă printr-o reducere a volumului de pori ca urmare a „dilatării” (măririi) părtii solide a acesteia la scăderea presiunii. 2. Mecanismul expansiunii gazelor dizolvate, continuat cu expansiunea gazelor iesite din solutie (regimul de gaze dizolvate) este cel mai intalnit si conduce la recuperări ale titeiului ce nu depăsesc 22 – 25% din zăcămant (atunci cand nu există acvifer activ sau cap liber de gaze). Dacă zăcămantul are un cap initial de gaze si eventual acvifer activ, recuperarea poate atinge valori de ordinul 35%. 3.Mecanismul expansiunii gazelor din capul liber de gaze va conduce, evident, la cresterea recuperării titeiului din zăcămant. Se interzice exploatarea gazelor din gaz-cap, deoarece s-ar pierde rapid energia, iar titeiul care migrează in zona ocupată initial de gaze ar deveni practic nerecuperabil. 4. Mecanismul bazat pe impingerea naturală de apă, in cazul acviferelor cu intindere mare, poate fi astfel condus incat presiunea zăcămantului să fie mentinută la un nivel practic constant, prin corelarea debitului extras din zăcămant cu cumulativul de apă pătruns din acvifer. Este necesar ca presiunea să fie păstrată deasupra presiunii de saturatie pentru a mentine in zăcămant o curgere omogenă a titeiului (fără gaze). Factorul final de recuperare poate ajunge la circa 50%. 5. Mecanismul de exploatare gravitatională (regimul gravitational) - se intalneste la zăcămintele cu inclinări si permeabilităti mari si este predominant in faza finală de exploatare. De la suprafată, prin alegerea unei metode adecvate de exploatare, se pot controla aceste mecanisme naturale, astfel incat să predomine mecanismul care asigură eficienta maximă in exploatarea zăcămantului.
3 Metode de recuperare a titeiului prin suplimentarea energiei de zacamant (metode conventionale si neconventionale). Principii generale. Suplimentarea energiei de zacamant – metode: -I- Conventionale: -injectie de apa (in acvifer); -injectie de gaze (in capul de gaze);
-II- Neconventionale: -Termice –>injectie de abur; combustie subterana; injectie de fluide calde; incalzirea sondei la niv. stratului -Chimice->injectia de solutii de polimeri; injectia de solutii alcaline; injectia de surfactanti -Miscibile->injectia de solventi gazosi si lichizi; injectia de Co2 -In perspectiva->metode nucleare; folosirea bacteriilor; folosirea spumelor; noi agenti chimici. 4 Resurse si rezerve de hidrocarburi. Clasificare
5 Metode pentru determinarea acumularilor de hidrocarburi ( resurse geologice initiale). -se determina din datele existente la momentul respectiv prin metoda volumetrica ,
-volumul spatiului poros
6 Comportarea in exploatare a zacamintelor de titei care produc cu energie propie. Zacaminte de petrol nesaturat. Zăcăminte care produc in regim de gaze dizolvate (RGD):
Zacamintele de titei ocupa pe diagrama de stare domeniul situat la stanga izotermei punctului critic .Daca presiunea de zacamant este superioara presiunii de saturatie (punctul A0) ,titeiul este saturat curgerea in zona productiva fiind omogena. Forma de energie este elastica ->datorita gradientilor de presiune strat-sonde roca se destinde marinduse volumul in timp ce volumul de pori se reduce. 7 Comportarea in exploatare a zacamintelor de titei care produc cu energie propie. Zacaminte de petrol cu cap liber de gaze (CLG). Gazele cantonate in capul liber de gaze se destind si pătrund in zona productivă, dezlocuind petrolul. Zăcămantul produce ca urmare a expansiunii gazelor din CLG si al expansiunii gazelor iesite din solutie. -curgere bifazica; presiunea este sub presiunea de saturatie.
8 Comportarea in exploatare a zacamintelor de titei care produc cu energie proprie. Zacaminte cu impingere substantiala de apa. Zăcăminte cu impingere substantială de apă =>Se observă că, prin controlul numărului de sonde aflate in productie se incearcă ca presiunea dinamică să fie mentinută deasupra presiunii de saturatie, ps -stabilim o presiune constanta
9 Obtinerea si analiza comportarii aburului. Titlul aburului. (analiza in coordonatele p-v) Analizand un procesde vaporizare izoterm a comportarii aburlui intr-o diagrama (presiunea-volum specific) Titlul aburului , de obicei aburul are titlul de 0.8 adica 80% din greutate reprezinta vapori saturati, iar restul de 20% lichid cu saruri (daca toata apa ar fi fost transformata in vapori ->sarurile dizolvate in apa se depun in interiorul generatorului =>stricandul) 10 Injectia de abur. Principii generale. Mecanisme de recuperare a titeiului din strat. La primul contact dintre abur si titei, aburul cedează căldura titeiului, a cărui vascozitate scade. Aburul condensează si, in continuare, apa caldă formată avansează dezlocuind titeiul si cedand treptat din căldură pană la echilibru. Mecanisme de recuperare: - dezlocuirea cu vapori si apă caldă in conditiile unui raport al mobilitătilor mai favorabil ; - distilarea cu abur; - efectul miscibil al solventului. 11 Mecanisme de transfer al caldurii la injectia de fluide calde. Parametri care se modifica pe traseul de la suprafata pana la stratul productiv la injectia de fluide calde. Fluidele calde, respectiv aburul, in drumul spre si prin strat cedează căldură mediului inconjurător. Cu cat cantitatea de căldură cedată este mai mare, cu atat efectul procesului scade.
Pierderile de căldură de la generator la sondă ( in conductele de legătură), acestea se datorează transferului de căldură de la agentul cald la mediul inconjurător prin conductie, convectie, radiatie sau printr-o combinatie a tuturor acestor genuri de transfer.
12 Pierderi de caldura la utilizarea injectiei de abur ca metoda de recuperare secundara. Pierderile de căldură prin conductele care transportă aburul de la punctul termic la sondă. Transmiterea căldurii de la fluidul care curge prin conductă la stratul laminar de fluid de pe peretii interiori ai conductei, se face prin convectie; in interiorul stratului laminar, prin peretele conductei si prin stratele izolatoare care acoperă conducta, prin conductie, iar de la conductă la mediul inconjurător prin convectie si radiatie. 13 Legea conservarii energiei aplicata la injectia de fluide calde. ---nu am gasit nimic 14 Parametri de care depinde coeficientul global de transmitere a caldurii. a) determinarea temperaturii cu care fluidul cald ajunge in dreptul stratului productiv b) cantitatea de caldura cedata statelor traversate ,respective cantitatea de caldura ramasa inmagazinata in fluidul cald cand acesta ajunge la intrarea in strat. 15 Principiile generale ale combustiei subterane directe. In cazul C.S.D., frontul de ardere se deplasează de la sonda de injectie către cea de reactie, in sensul curgerii aerului injectat. De obicei sondele sunt amplasate in panouri astfel incat aerul injetat printr-o sonda de injectie se deplaseaza catre 4 sonde de reactie. Important pt conducerea procesului este ca frontul sa se deplaseze cat mai uniform radial fara canalizari catre sondele de reactie.
1-nisip ars curat (aerul introd prin SI circula catre frontul de ardere; temp creste pe masura ce dist fata de front scade). 2-frontul de ardere (zona de combustie 400-600°) 3-zona de vapor si cracare (apare trecerea in faza de vapori a fract usoare din titei; vaporii de titei sunt antrenati in curentul de curgere al gazelor arse fierbinti catre zona din fata, mai rece, unde condenseaza. fractiile grle din titei care nu distileaza se transf in cox, ce serveste drept combustibil). 4-zona de condensare (degajare mare de temp). 5-banc de apa/banc de titei (vaporii care condens form un banc de apa, respectiv un banc de titei; apa are tendinta sa inlocuiasca nemiscibil titeiul). 6- este zona rece neafectata de incalzire si care se gaseste inca la temp de zac. 16 Mecanise de dezlocuire la procesul de combustie subterana. 1). Spălarea cu gaze la temperatură mare care are loc in zona de vaporizare si care, pe de o parte, lasă pentru zona de ardere numai cocsul necesar, iar pe de altă parte antrenează in
zona de condensare un amestec de vapori de apă, vapori de titei si gaze arse fierbinti. 2) Spălarea cu abur, care in urma condensării formează bancul de apă si dezlocuieste nemiscibil titeiul, antrenand si fractiile volatile rezultate din distilarea acestuia. 3). Spălarea miscibilă - care este datorată condensării componentilor usori ai titeiului vaporizat si intrării in solutie a CO2 din gazele arse calde : ia nastere o emulsie trifazică care este antrenată in continuare, crescand si mai mult saturatia in titei in fata bancului de apă si formand astfel ≪ bancul de titei ≫ care se deplasează către sondele de productie. 17 Profilul temperaturii frontului de ardere la un proces de combustie subterana. Demonstrati posibilitatea incetarii arderii. Temperatura e mai mare spre centrul formatiunii si scade cu apropierea de culcus si acoperis datorita pierderilor catre stratele adiacente. Daca mentinem debitul de injectie constant , temperatura scade in timp pe masura extinderii frontului de ardere.
Se observă ca daca debitul de aer injectat este constant, pe masura ce frontul de ardere se departeaza de sonda de injectie, el primeste tot mai putin aer, iar cantitatea de aer ce revine la 1m3 de zacamant ars (cocs depus) scade. In consecinta, se inregistreaza o scadere a temperaturii frontului de ardere, deci apare posibilitatea incetării arderii(limita minima de 315°C). 18 Combustia subterana umeda. Comparatie cu CSD. CSU reprezintă o combinatie intre CSD si injectia de apa si se bazeaza pe faptul ca, injectand apa, se mareste eficienta de inundare si creste capacitatea fluidelor de a inmagazina caldura si de a o transporta in fata frontului de ardere, spre sondele de reactie. Apa si aerul sunt injectate simultan sau alternativ in aceeasi sonda, dupa ce s-a format frontul de ardere prin combustie obisnuita (directa). O parte din apa umple porii rocii din spatele frontului, iar altă parte il traverseaza. In contact cu roca fierbinte, apa se transforma in abur, care se deplaseaza in fata frontului si mareste eficienta de dezlocuire a titeiului (in zacamant exista o cantitate mai mare de agent de lucru – abur). -comparatie-> fata de CSD reducerea uneori pană la jumatate a necesarului de aer; ramane o anumita cantitate de cocs nears; utilizare mai eficienta a caldurii. 19 Combustia subterana inversa. Comparatie cu CSD. Presupune deplasarea frontului de ardere de la sonda de productie către cea de injectie de aer, iar titeiul incalzit este impins spre sonda de productie prin zona incalzita. Metodă de recuperare a titeiurilor foarte vascoase; Titeiul produs este deci de calitate superioara, fiind constituit in principal din fractii usoare (CH4 –care se aprinde de abia la peste 800°C). -comparatie CSI-> fata de CSD: se consuma mai mult aer; o parte din titei ramane in zacamant 20 Cocsul secundar: explicati aparitia acestuia la combustia subterana inversa. Cocs depus in spatele frontului de ardere nu este ars din lispsa oxigenului care s-a consumat in totalitate in frontul de ardere. 21 Comparati CSD, CSU si CSI d.p.d.v. al saturatiei remanente in titei in urma frontului si respectiv al consumului de aer. Saturatia remanenta in titei cea mai mare la CSI deoarece apare si coxul secundar care nu se arde; la CSU nu arde tot coxul; iar la CSD se arde tot coxul, ramanand in urma frontului de ardere numai nisip ars curat, deci saturatia remanenta in titei e 0. La consumul de aer, la CSI se consuma cel mai mult aer, deoarece ard si o parte din fractiile intermediare ce traverseaza frontul, apoi CSD, si la CSU se consuma cel mai putin aer, pana la juma ca la CSD.
22 Demararea procesului de combustie Subterana (C.S.) Inainte de aprinderea stratului, in sonda se injecteaza aer la un debit de 20 000 –25 000 Nm3/zi, timp de cateva zile, in vederea saturarii cu aer a zonei din jurul găurii de sondă (g.s.). Aceasta saturare cu aer este necesara pentru a realiza ulterior o deplasare normala a frontului de ardere si a stabili o permeabilitate efectiva pentru aer. După saturarea zonei din jurul g.s. cu aer, debitul este redus foarte mult, astfel incat el sa corespunda amestecului necesar de gaze –aer, a carui ardere trebuie sa produca aprinderea titeiului. Pentru a realiza aprinderea, trebuie sa se dezvolte in g.s. o cantitate de caldura de aproximativ 15.10 6 kcal, in timp de 3-4 zile. In functie de puterea calorica a gazului injectat, rezulta debitul cu care trebuie să se injecteze gazele, precum si volumul si debitul de aer corespunzator arderii complete a acestora. 23 Descriere schematizata a aprinzatorului de strat utilizat pentru demararea CS. 1. Coloana de exploatare perforată 2. Camera de ardere (material ceramic, protejat in tub metalic perforat) 3. Rezistentă electrică pentru aprinderea gazelor 4. Termocuplu 5. Camera de amestec cu orificii in contracurant 6.Tevi de extractie exterioare, diametru 3 1/2 (sau 2 7/8) in 7. Cablu electric pentru termocuplu 8. Tevi de extracŃie interioare, diametru 1 1/2 (sau 1,315) in 9. Cablu electric pentru rezistentă.
24 Instalatia de suprafata la o sonda echipata pentru subterana.
combustie
25 Caracteristici pe care trebuie sa le indeplineasca zacamintele supuse la CS. - Adancimea stratului trebuie sa fie mai mare de 70 -100 m. - Grosimea efectiva a stratului sa fie mai mare de 2,5 –3 m . - Porozitatea – mai mare de 18–20 %. - Permeabilitatea – mai mare de 100 mD la titeiuri grele si vascoase - Greutatea specifica titeiului -intre 0,825 – 0,985 kgf / dm3. - Vacozitatea – mai mare de 2 cP. - Tipul rocii rezervor – in general nisipuri si gresii; la nisipurile „murdare”, prezenta argilelor creste capacitatea de adsorbtie a cocsului pe suprafata porilor; s-a aplicat si in roci calcaroase.
- Saturatia in titei – corespunzătoare unui continut in titei la initierea procesului mai mare de 90 l/m3 roca, ceea ce, la o porozitate de 30%, inseamnă St > 30%. - Calitatea titeiului – titeiurile care contin asfaltene si naftene depun cocs suficient si care arde mai bine decat la titeiurile parafinoase. - Factori favorabili – temperatura formatiunii mai mare;- permeabilitatea pe verticala mica;- viituri de nisip slabe sau lipsa 26 Principiul de calcul al debitului de aer primar la CS. -- nu l-am scris intentionat ( prea complicat :))) ) 27 Principiul de calcul al debitului de aer secundar la CS. ---- la fel ca cel de sus 28 Metodologia de proiectare a unui proces de CS. Se procedează la proiectarea procesului pe baza datelor obtinute in laborator cu probe de rocă si titei din zăcămant, sau pe baza datelor cunoscute de la alte procese similare. Principalii parametri care trebuie cunoscuti pentru a proiecta un proces de combustie sunt următorii: 1. cantitatea totală de aer necesar; 2. debitul de aer injectat, durata procesului si presiunea de injectie; 3. cantitatea totală de titei care va fi produsă si factorul de recuperare; 4. echipamentul necesar si tehnologia de operare. Intr- o primă fază C.S. se initiază ca experiment de santier intr-un panou experimental in 5 puncte, cu supratata de 0.5, 1, sau 4 hectare. Acest experiment are scopul de: - a verifica in conditii de zăcămant calitătile de aprindere si de mentinere a arderii de către titeiul din porii rocii; - a verifica si corecta rezultatele calculelor de prevedere bazate pe date de laborator sau pe informatii din literatura de specialitate; - a verifica solutiile pentru prevenirea sau combaterea coroziunii, nisipului si emulsiilor; - a obtine datele necesare proiectării instalatiilor de injectie si pentru evaluarea tehnico –economică a procesului. - a stabili tehnologia de aplicare pe scara industrială, precum si modul de urmărire si dirijare a procesului. 29 Ecuatia de Bilant material
30 Utilizarea ecuatiei de bilant material pentru determinarea resurselor de petrol -ne da informatii asupra ponderii cu care diferitele forme de energie participa in procesul de exploatare la un moment de timp t. 31 Principiile dezlocuirii nemiscibile cu solutii de polimeri.Tipuri de polimeri care pot fi utilizati pentru cresterea recuperarii titeiului. Ca rezultat al actiunii energiei naturale de zacamant si/sau al energiei suplimentare introduse in aceasta prin aplicarea unor metode de recuperare nemiscibilă, 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. Dezlocuirea nemiscibila a titeiului presupune curgerea prin zacamant a cel putin doua faze dezlocuita si dezlocuitoare. Intr-un proces de dezlocuire nemiscibila, pentru ca saturatia remanenta in titei in urma frontului sa fie cat mai redusă, este foarte util ca faza dezlocuitoare sa fie mai vascoasa decat cea dezlocuita si, in plus, sa umecteze mai bine roca. Tipuri de polimeri: sintetici: -poliacriamida partial hidrolizata biopolimeri- rezultati in procesul de fermentatie a unor bacterii (insensibil la salinitatea apei de zacamant; suporta gradienti mari de forfecare) 32 Modul de preparare a solutiilor de polimeri. Instalatii, concentratii uzuale. Conditionarea si tratarea apei utilizate la solubilizarea polimerului. 1. Se disperseaza polimerul praf in apa dulce , realizandu-se o solutie concentrată, de 0,5% (5000 ppm ). Se are in vedere in aceasta etapă evitarea aglomerarii polimerului in „cocoloase”, realizandu-se o buna dispersie, prin reglarea automata a cantitatii de polimer care se dizolva in jetul de apa 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.
33 Vascozitatea aparenta a solutiilor de polimei. Fluidele utilizate în exploatarea zăcămintelor de hidrocarburi pot fi clasificate în: fluide newtoniene, caracterizate prin faptul că, la presiune şi temperatură constantă, viscozitatea rămâne constantă, indiferent de gradientul de viteză; fluide nenewtoniene, la care viscozitatea este dependentă de gradientul de viteză (în acest caz se introduce noţiunea de viscozitate aparentă a fluidului care curge prin mediul poros). La rândul lor, fluidele nenewtoniene pot fi împărţite în:- fluide cu comportare pseudoplastică, la care μap scade cu creşterea grad v şi fluide cu comportare dilatantă, la care μap creşte când grad v creşte.
34 Comportarea solutiilor de polimeri in conditii de laborator si de zacamant. --nu il fac 35 Factori care influenteaza comportarea solutiilor de polimeri in mediul poros. Viscozitatea aparentă are valori de 5...25 de ori mai mari decât cea măsurată, dacă se consideră că permeabilitatea efectivă este constantă pentru apă şi respectiv pentru soluţia de polimer. In realitate, ţinând seama de reducerea permeabilităţii efective în cazul trecerii soluţiei, care poate fi considerată ca o rezistenţă opusă curgerii datorită reţinerii moleculelor de polimer în porii rocii, scăderea mobilităţii poate fi explicată prin două fenomene care nu pot fi separate ca efect, nici ca pondere: -creşterea viscozităţii apei de injecţie, ca urmare a aditivării cu polimer -reducerea permeabilităţii efective a rocii colectoare. 36 Retinerea polimerului in mediul poros. Cauze, mod de apreciere, consecinte. Interactiunea solutiei de polimer cu roca are ca efect retinerea substantei active din solutie si modificarea proprietătilor acesteia. In principal, sunt de evidentiat două aspecte: - retinerea mecanică a macromoleculelor de polimer in porii foarte fini, - retinerea prin adsorbtia polimerului pe suprafata udată, fenomen dependent de compozitia rocii (mult mai accentuat in prezenta argilelor). Ambele mecanisme conduc in final la diminuarea concentratiei solutiei si scăderea viscozitătii acesteia 37 Posibilitatile de degradare a solutiilor de polimeri si evitarea degradarii. 1. Depozitarea polimerilor care se prezintă sub formă de granule (pulbere), se face in saci de polietilenă, deoarece substanta este usor higroscopică (absoarbe umiditatea din aer). 2. Temperatura ridicată, de 125–150 0C, degradează atat polimerul (granule), cat si solutiile de polimeri. In general, o temperatură de circa 300 in instalatiile de preparare si de 60 –700 in zăcămant nu afectează calitatea solutiei. 3. Degradarea chimică : - Contactul cu oxigenul dizolvat in apa de preparare si de diluare a solutiei, sau aflat in rezervoare, reduce cu 25% viscozitatea solutiei, determinată prin factorul de sită. - Prezenta oxizilor de fier si in special a hidroxizilor ferici reduce mult viscozitatea solutiei de polimeri, fapt explicat prin ruperea macromoleculelor. Prevenire : - Tratarea apei de preparare se face in sistem inchis pentru indepartarea totală a suspensiilor solide, titeiului, compusilor cu fier si oxigenului. 4. Degradarea mecanică - apare prin forfecarea si laminarea solutiei la trecerea acesteia cu viteză mare prin instalatiile de suprafată: pompe, duze reglabile, coturi, teuri, filtre, ca si prin perforaturile sondei (scăderea presiunii după strangulare duce la ruperea moleculelor de polimer, ceea ce implică scăderea accentuată a viscozitătii solutiei). Prevenire : - Pompele centrifuge sunt inlocuite cu pompe cu piston; - Teurile si coturile in unghi drept sunt inlocuite cu curbe de acelasi diametru; - Coloana se perforează cu număr mare de gloante si se indepărtează eventualele blocaje; - Solutia se filtrează cu filtre de paslă, panză etc, care se pot spăla invers ( nu prin nisip). 5. Degradarea solutiei în zăcământ - este datorată retinerii substantei active pe suprafata rocii prin fenomene de adsorbtie. 38 Argumente pentru utilizarea polimerilor in procese de dezlocuire. Folosirea polimerilor cu masa moleculara mare, solubili in apa, la cresterea factorului final de recuperare a petrolului acopera un spectru larg de aplicatii. In mod frecvent, polimerii sunt adaugati apei de injectie pentru a imbunatati eficienta dezlocuirii titeiului intr-un proces de spalare cu apa a unui zacamant care contine titei vascos.
39 Utilizarea dopului „ programat” la injectia de solutii de polimeri. Scop, avantaj Pe de altă parte, in spatele frontului de dezlocuire apare o „rezistentă reziduală” la curgere, care se manifestă prin reducerea permeabilitătii atat fată de dopul de polimer, cat si fată de apa care il impinge prin zăcămant. Datorită diferentelor de mobilitate intre apă si polimer, in spatele dopului de solutie care dezlocuieste titeiul, se pot forma canalizări ale apei de injectie, care are tendinta să inainteze mai repede decat solutia. Fenomenul este accentuat mai ales dacă volumul dopului este redus, sub 0,3Vpori. Din acest motiv se recurge la folosirea unor „dopuri programate” cu concentratia initială mai mare, care descreste treptat, rezultatul fiind o deplasare mai uniformă a frontului de dezlocuire:
40 Criterii pentru selectarea zacamintelor la injectia de solutii de polimeri. Se cere o foarte bună cunoastere a zăcămantului din punct de vedere geologic si o anumită experientă a operatorului in domeniul recuperării secundare a titeiului. Principalele criterii de selectie sunt legate de : a. Roca colectoare - Sunt preferate colectoarele constituite din gresii si nisipuri consolidate; - De evitat rocile cu un continut ridicat in CaCO3 s Mg CO3, mai ales cele cu grad mare de fisurare, deoarece pot avea loc canalizări ale dopului de polimer. - Adancimea conditionează procesul prin presiune si temperatură: -Porozitatea si permeabilitatea sa fie situate,de preferat, in gama valorilor medii si mari : m = 15 –35% si k > 100 mD. b. Fluidele din zăcământ • Se preferă titeiurile cu μ = 5 – 125 mPa.s. Dacă există alti parametri favorabili, se poate merge chiar pană la μ = 200 cP. • Densitatea titeiului ρt = 850 – 900 kg / m3 • Salinitatea apei de zăcămant < 20 000 ppm Na Cl (2%) si lipsită de Ca ++ si Mg ++ 41 Principiile si conditia de utilizare a solutiilor alcaline in procesele de recuperare secundara a petrolului. -e un proces de recuperare sec sau tertiara care poate fi aplicat la zacamintul partial inundat sau dupa inceperea injectiei de apa -conditia de aplicare e ca titeiul din zacamant sa aiba un caracter acid -este practic o continuare a injectiei de apa sau unui proces de injectie al apei imbunanatit prin cresterea pH-ului solutiei injectate -dezlocuirea cu solutii alcaline se bazeaza pe uramtoarele mecanisme: 42 Mecanisme care explica cresterea recuperarii titeiului cu solutii alcaline: -reducerea tensiunii interfaciale -modificarea capacitatii de udare -emulsionarea -solubilizare unor pelicule interfaciale rigide
43 Variatia tensiunii interfaciale la solutiile alcaline. -daca se reprezinta grafic tensiunea interfaciala functie de pH se va obtine: -solutiile alcaline se caracterizeaza prin pH>12 -in acest domeniu,variatia tensiunii interfaciale cu pH-ul ,inregistreaza un minim care se situeaza,de obicei,intre 0.02-0.5% -reducerea tensiunii se explica prin aparitia unor sapunuri naturale prin reactia dintre acizi naturali din titei si solutiile alcaline.
44 Modificarea umectabilitatii rocii si efectul acesteia asupra recuperarii la injectia de solutii alcaline. Suprafata mediului poros prez o afinitate penttu una din fazele prezente in functie de caracterul acesteia si de natura mineralelor din roca. Majoritatea zacamintelor se caracterizaza prin faptul ca roca este udata preferential de apa. In timpul geologic de contact insa pot avea loc fenomene de adsorbtie a componentilor polari din titei a.i. roca sa devina oleofila (udata de titei).In acest caz titeiul e faza care se depune pe peretii canalelor de curgere ca o pelicula aderenta ceeea ce mareste satur remanenta in titei. daca roca e udata preferential de apa solutia alcalina face ca udarea sa fie perfecta; daca roca e udata preferential de titei, solutia alcalina conduce la inversarea udarii. 45 Criterii de selectie a zacamintelor pentru dezlocuirea titeiului cu solutii alcaline. -principalul criteriu este indicele de aciditate organica a titeiului sa fie cel putin 1 pana la 1.5mg NaOH/gram titei - din punct de vedere al stratului mai mica de 1700 m, temperatura ami mica decat 70 grade celsius, grosime mai mare de 4 m, saturatie in titei la initierea procesului mai mare de 40%. -salinitatea apei mai mica de 20% - la injectia de solutie alcalina se poate recupera pana la 50% din titeiul existent in zacamant la initierea procesului
46 Prezentare schematica a tehnologiei de aplicare a unui proces de dezlocuire a titeiului cu solutii alcaline. 1) dop de prespalare- cu rol de indepartare a cationilor bivalenti de Ca si Mg si de diluare a apei de zacamant daca salinitate este mare. 2) dop de solutie alcalina cu volum cuprins intre 15-20% din volumul de pori si concentratie descrescatoare de la 0.5 la 0.02% NaOH 3) pt evitarea canalizarii se face injectie de dop de solutie de polimeri, pt controlul mobilitatii frontului de dezlocuire 4) se dezlocuiesc dopurile cu apa de injectie. 47 Principiul realizarii miscibilitatii la injectia de gaze. -gazele sunt miscibile cu titeiul in anumite conditii de presiune si temperatura, realizarea acestor conditii in timpul dezlocuirii cu un dop de gaze ar face ca titeiul sa devina miscibil cu dopul de gaze la un capat, in timp ce la celalalt capat gazul este dizlocuit nemiscibil de catre apa de injectie, faza dezlocuitoare cu vascozitate mai mare si care uda mai bine roca decat gazul.
48 Conditii de realizare a miscibilitatii la injectia de gaze sarace. -injectie continua de gaze sarace la presinui de 400-450 bar (necesitatea unei statii de compresoare) - de preferat initierea acestei metode de la inceputul exploatarii -aplicabil la zacaminte cu ce contin titeiuri usoare, volatile cu vascozitate redusa -recomandat la zacaminte cu adancime mai mare de 2500m, presiune mare, inclinare mare, permeabilitate uniforma, fara fisuri. A-gaz injectat; B-titei sarac ; V1-faza gazoasa cu compozitia V1; 49 Conditii de realizare a miscibilitatii la injectia de gaze bogate. -necesita presiuni mai mici de injectie de gaze bogate (150 de bar cel mult) -dopul de gaze bogate – trebuie sa fie deplasat prin injectie de dop gaze sarace care la randul sau va fi dezlocuit cu apa sarata.
50 Comparatie intre procesele de dezlocuire miscibile cu gaze sarace si gaze bogate avantaje si dezavantaje in fiecare caz -in cazul dizlocuirii cu gaze sarace presiunea de injectie este mare (400-450 bar) asigurata de o statie de comprimare gaze, manevrarea gazelor de presiune inalta->pericolele aferente => comparativ cu injectia de gaze bogate a carei presiunii este de ordinul a 150 de bar .....neajunsul find necesitatea de gaze bogate(costisituare d.p.d.v. economic). 51 Prezentati schematic procesele de dezlocuire miscibila cu gaze sarace si gaze bogate si alegeti varianta mai usor aplicabila. Influenta presiunii asupra miscibilitatii fazelor
52 Solutii micelare: componenti si comportare fata de titei. Procese de dezlocuire miscibila si nemiscibila. -solutiile micelare sunt niste microemulsii alcatuite de regula din: 1. hidrocarburi pure sau in amestec de hidrocarburi 2. apa de zacamant (nemiscibila cu sistemul de hidrocarburi) 3. o substanta tensioactiva(surfactant cu rol de emulgator) -surfactantul e de regula un sulfonat de sodiu sau de sodiu si amoniu obtinut industrial prin reactie intre petrolurile naturale si acid sulfuric -gradul de dispersie al emulsiei, este foarte mare,astfel ca solutiile micelare sunt omogene ,transparente si stabile la temperaturi ridicate -pentru asigurarea in timp a acestei stabilitati se adauga un al 4-lea component numic cosurfactant sau cotensida -cei 4 componenti se amesteca in diferite proportii astfel incat pot rezulta emulsii de tip apa-ulei sau ulei-apa -trebuie mentionat ca la deplasarea prin zacamant solutiile micelare inglobeaza fazele din pori iar tipul emulsiei se poate schimba.
Procese de dezlocuire miscibila si nemiscibila:
-I- ->solutie micelara tip apa in titei (sau apa in ulei) total miscibila cu titeiul si in echilibru cu apa; -petrolul este preluat total din porii in care patrunde solutia micelara, dar apa nu poate dezlocui in totalitate microemulsia( la capat dopul se solutie micelara este nemiscibil dezlocuirea are loc la tensiuni interfaciale foarte mici) -II- ->solutie micelara tip titei-apa total miscibila cu apa si in echilibru cu titeiul in acest caz ca emulsia va fi dezlocuita in totalitate dar ea nu va prelua tot titeiul cu care este miscibila. -III- -> Solutie micelara tip a/t sau t/a –dopul va fi nemiscibil la ambele capete dar dezlocuirea va avea loc la tensiuni interfaciale foarte mici. (cel mai avantajos proces) -IV- -> solutie micelara tip a/t sau t/a – dop total miscibil la ambele capete -> singurul caz de dezlocuire total miscibila cu solutii micelare. (proces scump- nerentabil) 53 Posibilitati de inversare a microemulsiei la curgerea prin zacamant a solutiilor micelare. -la deplasarea prin zacamant solutiile micelare inglobeaza fluidele prezente in pori, iar tipul emulsiei se poate astfel inversa. 54 Comportarea de faza a solutiilor micelare. Schematizarea procesului de dezlocuire.
-I- ->solutie micelara tip apa in titei (sau apa in ulei) total miscibila cu titeiul si in echilibru cu apa; -petrolul este preluat total din porii in care patrunde solutia micelara, dar apa nu poate dezlocui in totalitate microemulsia( la capat dopul se solutie micelara este nemiscibil dezlocuirea are loc la tensiuni interfaciale foarte mici) -II- ->solutie micelara tip titei-apa total miscibila cu apa si in echilibru cu titeiul in acest caz ca emulsia va fi dezlocuita in totalitate dar ea nu va prelua tot titeiul cu care este miscibila. -III- -> Solutie micelara tip a/t sau t/a –dopul va fi nemiscibil la ambele capete dar dezlocuirea va avea loc la tensiuni interfaciale foarte mici. (cel mai avantajos proces) -IV- -> solutie micelara tip a/t sau t/a – dop total miscibil la ambele capete -> singurul caz de dezlocuire total miscibila cu solutii micelare. (proces scump- nerentabil)
55 Utilizarea Co2 in procese de recuperare a titeiului. - usor de procurat din natura sau subprodusi din procese industriale la preturi relativ scazute -Co2 este foarte solubil si se dizolva la fel de usor in titei si in apa de zacamant. - la intrarea in solutie a Co2 in titei scade mult vascozitatea titeiului si densitatea sa astfel mobilitatea creste devenind mai apropiata de mobilitatea apei. -reducerea tensiunii interfaciale intre titei si apa de zacamant -reducerea umflarii argilelor -crestere usoara a permeabilitatii rocii ca urmare a acidizarii(slabe) cu acid carbonic rezultat din dizolvarea Co2 in apa din strat. -presiuni de injectie relativ reduse (sub 120 bar) fata de 400-450 bat la injectia de gaze sarace pt dezlocuire miscibila. 56 Comportarea de volum a titeiului la injectia de Co2
La injectia de Co2 scade mult vascozitatea titeiului si densitatea sa,volumul fazei lichide incepe sa scada (curba 2) >fractiile grele din titei vor trece in faza gazoasa( stare supercritica) –proces miscibil. La dizolvarea Co2 in apa are ca efect cresterea vascozitatii apei si reducerea mobilitatii acesteia -> proces nemiscibil -> dezlocuirea titeiului de apa devine favorabila. 57 Efecte care apar la utilizarea Co2 pentru dezlocuirea titeiului. -volumul fazei lichide incepe sa scada, fratiile grele vor trece in faza gazoasa cu mobilitate mu lt mai mare - scade mult vascozitatea titeiului si densitatea,astfel ca mobilitatea lui creste -dizolvarea CO2 in apa, in care este la fel de solubil, are ca efect cresterea vascozitatii apei si reducerea mobilitatii acesteia –proces nemiscibil-> exploatare favorabila. -mai apar si alte efecte:reducerea tensiunii interfaciale,reducerea umflarii argilelor, si o usoara acidizare cu acid carbonic(H2CO3) care mareste permeabilitea -din punct de vedere a presiunii injectate poate fi aplicata la 120bar 58 Comparati rezultatele miscibilitatii CO2 –titei cu cea intalnita la dezlocuirea miscibila cu gaze. -comportarea de faza arata ca domeniul bifazic este mult mai redus decat in cazul dezlocuirii prin injectie de gaze la aceasi presiune
-CO2 are o solubilitate mai mare in apa si titei , reduce densitatea titeiului , reducerea tensiunii interfaciale, reducerea umflarii argilelor -presiune de injectie a CO2 sub 120 de bar comparativ cu cea a gazelor sarace de 400-450 bar pt dizlocuirea miscibila 59 Dezlocuirea miscibila cu gaze sarace, gaze bogate si CO2 . Analiza comparativa.
Presiunea de injectie a CO2 este de regula sub 120 bar, fada de cea cel mult 150 de bar la injectia de gaze bogate /compartativ cu cea de injectie a gazelor sarace 400-450 bar.
60 Ce metoda de recuperare secundara considerati ca fiind mai avantajoasa? Dar mai usor de aplicat? Argumente. -cea mai avantajoasa metoda de recuperare secundara ar fi dupa parerea mea injectai de fluide calde mai exac cu abur datorita cresterii mobilitatii titeiului, distilarea hidrocarburilor usoare ce au un efect de dop de solvent impins de apa calda -generatoarele de abur au capacitati mari si utilizeaza drept combustibil titei brut sau gaze de sonda -cea mai usor de aplicat ar fi dezlocuirea titeiului prin injectia de solutii micelare dar datorita costului solutiilor micelare ridicat nu e avantajos de aplicat.
