Proiect la ingineria zacamintelor de gaze

UNIVERSITATEA DE PETROL-GAZE PLOIESTI

FACULTATEA DE INGINERIA PETROLULUI SI GAZELOR

SPECIALIZAREA - INGINERIE DE ZACAMANT

PROIECT LA INGINERIA

ZACAMINTELOR DE GAZE

CAPITOLUL I

ECUATIA ENRGIEI-ECUATIE FUNDAMENTALA IN PROIECTAREA EXPLOATARII ZACAMINTELOR DE HIDROCARBURI FLUIDE

Zacamintele de hidrocarburi fluide pot fi asimilate cu niste acumulatoare de energie.O parte din aceasta energie se consuma pentru deplasarea fluidelor prin mediul poros catre talpile sondelor de extractie , iar o parte pentru deplasarea prin tevile de extractie.

Nivelul energetic al unui zacamant depinde de conditiile de geneza.

Energia este , intr-un context mai general , proprietatea materiei de a se afla intr-o continua transformare.In cadrul zacamintelor de hidrocarburi fluide , materia se gaseste sub urmatoarele stari de agregare : solida – rocile colectoare si cele protectoare si hidrocarburile 848j93i solide ; lichida-hidrocarburile lichide si apele de zacamant ; gazoasa-hidrocarburile gazoase si alte sisteme de gaze.

Transformarile materiei dintr-o stare de agregare in alta pot fi descrise cu ajutorul unor ecuatii de stare , prin intermediul parametrilor de stare.Energia implicata in aceste transformari poate fi exprimata printr-o ecuatie generala , de forma :

E= f(R,V,T,p,t)

unde : R- parametrul alcatuirii structurale a sistemului analizat

V- volumul ocupat de sistemul respectiv

T – temperatura absoluta din sistem

p – presiunea din sistem

t – timpul

Pe baza acestei ecuatii se poate modela atat geneza zacamintelor , cat si procesul de exploatare.Pentru aceasta este necesar sa se realizeze modelarea cat mai exacta a parametrilor ecuatiei fundamentale a energiei , precum si a interactiunilor dintre acestia.

CAPITOLUL II

ESTIMAREA RESURSELOR

Saturatia in apa interstitiala

In porii rocii colectoare pot fi prezente urmatoarele fluide : apa, titei si gaze . Deci , se poate vorbi de o saturatie in apa , o saturatie in titei si o saturatie in gaze.

Numeric , saturatia se exprima ca raport intre volumul de fluid din pori si volumul respectiv de pori si poate lua valori intre 0 si 1 , respectiv intre 0% si 100% .

In zona productiva saturatia in fluide este o functie de timp . In momentul initial al exploatarii , vom avea urmatoarea distributie a saturatiilor:

Sg + Sai = 1

Pentru acest zacamant s-a determinat o valoare a saturatiei interstitiale de apa de 25%.

Astfel : Sg = 1-0.25 = 0.75 sau 75%

Cunoastere saturatiilor in fluide este importanta la evaluarea resurselor si a rezervelor de hidrocarburi si la prevederea comportarii zacamaintelor in exploatare .

Determinarea saturatiilor se realizeaza cu ajutorul metodelor fizice

(determinari in laborator , pe carote mecanice) , prin metode geofizice ( din curbele de rezistivitate) sau prin calcule (pe baza ecuatiilor de bilant , folosindu-se datele de productie).

Calculul resurselor de gaze

Clasificarea resurselor

Resursa geologica de petrol reprezinta totalitatea cantitatilor sau volumetrelor de petrol din acumularile naturale descoperite si nedescoperite, prognozate pe structuri neevidentiate , presupuse pe baza unor considerente geostatice , ce ar putea fi descoperite in cadrul unitatilor structurale majore.

Resursele geologice depind in exclusivitate de factori naturali , geologici , fizici si fizico-chimici specifici acumularii : volumul zonei productive , natura si proprietatile sistemului roca colectoare-fluide , presiunea si temperatura de zacamant.

Pe baza volumului si gradului de detaliere a lucrarilor geofizice executate si a rezultatelor obtinute , deci inn functie de gradul de cunoastere a geologiei , resursele de titei si gaze se impart in :

Resurse de categoria A – in aceasta categorie se incadreaza resursele suprafetei productive cu gradul cel mai avansat de cunoastere geologica a obiectivului respectiv.Resursele din aceasta categorie , sunt explorate in detaliu si conturate de sondele(cel putin 5) cu debite industriale de petrol si gaze.Determinarea zonei de rezerva de categoria A , se face pe baza rezultatelor sondelor sapate in functie de conditiile geologice ale zacamintelor.

Resurse de categoria B – in aceasta categorie se incadreaza resursele stratului dovedite productive , cu titei si gaze.Zonele respective sunt conturate pe baza indicatiilor obtinute din carote sau diagrafii electrice.In zona de rezerva din categoria B este necesar ca din cel putin doua sonde , situate in pozitie structurala diferita , sa se fi obtinut debite industriale de titei sau gaze.

Resurse de categoria C1 – aceasta categorie cuprinde resursele stratelor productive , la care lucrarile de prospectiune geologica sau geofizica, completate cu lucrari de foraj , pun in evidenta conditiile de acumulare ale titeiului sau gazelor , iar la cel putin o sonda situata in suprafata de calcul , s-a obtinut debit de titei sau gaze .Tot in C1 , se incadreaza si resursele care se pot extrapola in extinderea zonelor de resurse de categorie superioara , precum si resursele de strate nedovedite inca productive , care au indicatii favorabile pe diagrama geofizica , in carotele mecanice , sau la probele efectuate cu testerul si care sunt intercalate intre strate , cu debite industriale de titei si gaze , obtinute in cel  putin doua sonde.

Resurse de categoria C2 – cuprinde resursele din orizonturile structurilor noi , situate in aceleasi zone petroliere sau gazeifere cu alte structuri dovedite productive la orizontul respectiv . Tot in aceasta categorie , se incadreaza si resursele stratelor sau blocurilor tectonice separate , care nu au fost dovedite inca productive pe structura respectiva , dar care prezinta indicatii favorabile din diagrafia electrica, in carotajul mecanic sau la cercetari cu testerul si care nu sunt incadrate intre strate de categorie superioara .

Rezerva de petrol reprezinta partea din resursa geologica care se considera ca poate fi recuperata in conditiile tehnice de extractie existente sau proiectate si economic specificate.

Gradul de cunoastere a rezervelor reprezinta o masura a certitudinii , care poate fi atribuita cantitatii rezervelor evaluate.

Dupa gradul de cunoastere realizat , rezervele se clasifica in categoriile : dovedite , probabile si posibile.

-Rezervele dovedite sunt rezervele zacamintelor aflate in curs de exploatare , cat si celor al caror stadiu de investigatie permite realizarea proiectului de exploatare.Aceste rezerve se impart la randul lor , in dovedite dezvoltate si dovedite nedezvoltate . La acestea se admite o probabilitate de 90%.

-In categoria rezervelor probabile intra rezervele al caror grad de cunoastere nu intruneste conditiile de clasificare dovedite , dar care se apreciaza ca se vor putea recupera in viitor din resursele geologice , in conditii tehnice si economice calculate pe zacaminte insuficient conturate, pentru care s-au obtinut date privind prezenta hidrocarburilor cu caracter comercial , prin probe de productie realizate in cel putin o sonda.

-Rezervele posibile sunt cele considerate ca se vor putea extrage din resurse geologice evaluate pe structuri descoperite prin prospectiuni seismice si in care a fost pusa in evidenta prezenta colectoarelor in cel putin o sonda si exista indicatii asupra prezentei hidrocarburilor(din diagrafii geofizice) , precum si in extinderea rezervelor probabile din cadrul unor structuri insuficient conturate.

Este de mentionat caracterul dinamic al rezervelor.Astfel , pe baza datelor acumulate , rezervele pot promova de la categorii inferioare (unde gradul de cunoastere este mai redus) , la cele superioare(unde gradul de cunoastere este avansat).

Evaluarea resurselor si a rezervelor

zacamintelor de gaze

Metoda declinului de presiune

Se aplica la zacamintele de gaze lipsite de acvifere active. In acest caz, pentru caderi de presiune egale se extrag cantitati de gaze egale .

Resursa geologica initiala de gaze , prin metoda volumetrica , este data de relatia:

unde : este aria productiva;

= 75 ha;

- grosimea efectiva medie;

h = 16 m

- saturatia in apa ireductibila medie;

= 25 %

pi- presiunea initiala de zacamant;

pi= 75 bar

, fiind factorul de abatere de la legea gazelor perfecte la presiunea ;

- porozitatea efectiva medie

= 17%

Resursa recuperabila de gaze se calculeaza cu relatia:

Tinand cont ca presiunea initiala este de 75bar ; presiunea atmosferica este de iar temperatura standard este de se face corectia de temperatura pentru zacamantul analizat:

Ti= 273.15+66=339,15 K

= 0.805

Factorul de abatere de la legea gazelor perfecte se estimeaza in functie de presiunile pseudoreduse si temperatura pseudoredusa calculate cu relatiile:

= 1.589 bar

P_{pc =} 47.18 bar

= 1.63

Tpc= 208k

unde p si T sunt presiunea , respectiv temperatura initiala iar p_pcr si T_pcr sunt presiunea , respectiv temperatura pseudocritice determinate din urmatoarea diagrama:

Factorul de abatere de la legea gazelor perfecte se determina din urmatoarea diagrama:

= 1/0.87= 1.1

Resursa initiala devine:

= 105,000,000 m³

.

Resursa recuperabila este:

= 78,705,639.82 m³

Iar factorul de recuperare este dat de relatia:

= . 0.751

Modele de prevedere

Exploatarea zacamintelor de gaze are la baza doua principii:

principiul caderii de presiune maxime admisibile ;

principiul productiei zilnice constante

In cazul exploatarii unui zacamant de gaze pot fi delimitate trei perioade majore:

o      perioada productiei crescatoare, cand productia de gaze a zacamantului creste pe seama maririi numarului de sonde in exploatare, in timp ce presiunea de zacamant , respectiv debitul sondei medii se reduc continuu.

o      perioada productiei constante, cand cresterea numarului de sonde realizeaza doar mentinerea productiei de gaze la nivel constant ;

o      perioada productiei descrescatoare, cand nu se mai pun sonde noi in exploatare.

Prevederea comportarii in exploatare se face in mod similar pentru perioadele productiei crescatoare si a celei constante.

Prevederea comportarii in exploatare

zacamant de gaze propriu - zis, fara acvifer activ

1.1. Perioada productiei crescatoare si perioada productiei constante

Modelul de prevedere are la baza urmatoarele ecuatii:

- ecuatia de bilant material pentru forma de destindere a gazelor:

 

- ecuatia de filtratie a gazelor prin mediul poros:

- ecuatia caderii de presiune maxim admisibila:

= 3bar

Algoritmul de lucru este urmatorul:

- se alege pasul de timp t, de regula egal cu un an, spre exemplu , mai departe se va lua ;

- se impune productia zilnica constanta N(t), pe intervalul de timp ales. Se vor lua valori ale lui N(t) incepand de la 25.000 pana la 50.000 m³_N /zi si cresteri anuale de m³_N /zi.

- se calculeaza: . 

avand in vedere ca Z este in functie de presiune, ecuatia contine doua necunoscute si rezolvarea se face pe cale grafica, astfel: se reprezinta graficul p/Z = f(p) ca in figura. Pentru aceasta se va intocmi un tabel dupa cum urmeaza:

Algoritmul de lucru este urmatorul :

1.

Se impune productia zilnica constanta pe intervalul de timp ales si se rezolva ecuatia si se determina din graficul raportul :

= 93.7bar

= 74.019bar

= 0,871

Se calculeaza apoi coeficientii rezistentelor de filtratie :

= 19.3* 10^-3 bar²*zi/ m³_N

= 3,35 ^. 10^-8

Dupa care se determina debitul de gaze cu urmatoarea relatie:

= 0,20191m³ _N/s

= 27714.21 m³_N/zi

Se calculeaza numarul de sonde necesar pe etapa cu relatia:

= 2,157 2 Sonde

unde este un factor de rezerva , egal cu :

=1, 177419.

Datele sunt centralizate in urmatorul tabel

		G(t)n
N(t) m3/zi	t, ani		DG(t)n		p, bar	ps		Qg(t)	ns	e

Perioada productiei descrescatoare

Modelul de prevedere are la baza urmatoarele ecuatii:

- ecuatia de bilant material pentru forma de destindere a gazelor:

 

- ecuatia de filtratie a gazelor prin mediul poros:

 

- ecuatia caderii de presiune maxim admisibila:

Cumulativul de gaze, care pentru aceasta perioada nu se cunoaste, se exprima printr-o relatie de recurenta, astfel:

= 99460732.53 m³

Numarul sondelor ramane constant in aceasta perioada:

Pentru prevederea comportarii in exploatare se utilizeaza metoda iteratiei. Astfel, in primul ciclu de iteratie se fac aproximatiile urmatoare:

=

=

Cu debitul se merge in ecuatia de unde se obtine . Se determina , se calculeaza ,se determina debitul de gaze al sondei medii . Se corecteaza si se continua iteratia pana se atinge ordinul de eroare dorit.

Zacamant de gaze cu condensat in curgere omogena, in cazul recircularii gazelor sarace

Algoritmul de lucru cuprinde urmatoarele etape de calcul:

1. Se determina cantitatea potential-exploatabila de condensat din zacamant, cu relatia:

_{Cpot =}105,000,000 _{* 0.320 = 33 600 000 kg}

unde: G_i este resursa geologica initiala de gaze, iar C_i este continutul in condensat, la momentul initial al exploatarii, care se determina prin analiza chimica de laborator a unei probe de gaze.

2. Se determina cantitatea real - exploatabila de condensat din zacamant, cu relatia:

unde: - este un coefi cient avand valori cuprinse intre 0,7 si 0,8.

_{= 23 500 000 kg}

Se calculeaza debitul total de gaze, care trebuie corelat cu capacitatea de lucru a statiei de prelucrare astfel:

unde: Q_c este cantitatea de condensat ce se poate obtine din statia de prelucrare intr-o zi (tabelul 2), iar este ratia medie gaze – condensat

Se calculeaza cantitatea de condensat obtinuta intr-un an, cu relatia:

unde: C_m este continutul mediu in condensat al gazelor, marime care se calculeaza astfel:

unde: C_f este continutul final in condensat al gazelor, stabilit pe criterii tehnico - ­ economice, sub aceasta valoare exploatarea zacamantului prin recircularea gazelor sarace devenind nerentabila.

5. Se determina durata exploatarii cu recircularea gazelor sarace, cu relatia:

Se determina numarul sondelor de extractie cu relatia:

unde: q_opt este debitul optim al unei sonde de extractie care se va calcula cu relatia

7. Se determina numarul de sonde de injectie, cu relatia:

unde: Q_inj este debitul total de gaze injectate, iar q_inj este receptivitatea unei sonde de injectie care se va lua 0,8 q_opt.

unde: - β este un coeficient cu valori intre 0,85 si 0,90.

Se calculeaza presiunea medie de zacamant, pentru regimul de destindere al gazelor, cu relatia:

unde: p_i este presiunea initiala de zacamant, iar este cantitatea de gaze ce nu a mai fost reinjectata in zacamant si care poate fi calculata cu relatia:

BIBLIOGRAFIE

Ahmed , T.H.,-Hydrocarbon Phase Behavior , Gulf Publishing Co.,Houston TX , 1989;

Parcalabescu , D.I. Proiectarea exploatarii zacamintelor de hidrocarburi fluide , Editura didactica si pedagogica , Bucuresti, 1983;

Nistor , I.,Proiectarea exploatarii zacamintelor de hidrocarburi fluide, Editura tehnica , Bucuresti , 1999;

Svoronos , P. ,Oltean ,I.Proiectarea exploatarii zacamintelor de gaze , Editura tehnica , Bucuresti , 1979;

Manolescu , G.,Soare,Elena ,s.a.Ingineria zacamintelor de hidrocarburi(vol.I)Editura tehnica , Bucuresti , 1981