Fluidele zacamintelor de hidrocarburi - Compozitia si clasificarea fluidelor de zacamant

Fluidele zacamintelor de hidrocarburi - Compozitia si clasificarea fluidelor de zacamânt

Compozitia

sistemelor naturale de hidrocarburi

Prin sistem de hidrocarburi vom întelege amestecul de hidrocarburi, heterohidrocarburi (substante înrudite chimic cu hidrocarburile), inclusiv impuritati, cu exceptia apei

Limitele orientative de variatie a continutului în diferite elemente sunt: C - 81 ... 87 %; H - 10 ... 14 %;

O - 0,1 ... 2 %; S - 0,06 ... 6 %; N - 0,1 ... 1,2 %.

Hidrocarburile din sistemele naturale sunt:

Alcani si cicloalcani, ambele hidrocarburi saturate, cu formula chimica  CnH2(n-p+1), în care n este numarul de atomi de carbon din molecula, iar p este numarul de cicluri (daca exista). Seria alcanilor, liniari sau ramificati, au p = 0, iar seria cicloalcanilor au p ≠ 0

Numarul de izomeri ai alcanilor este extrem de mare. De exemplu, pentru n = 13 sunt 802 izomeri, iar pentru n = 40 sunt circa 6∙1014 izomeri

Hidrocarburi aromatice (nesaturate), cu formula generala: CnH2(n-3p).

Conditii standard pSt = 101325 Pa bar)

TSt K (200 C).

Conditii normale: p0 = 101325 Pa (1,01325 bar)

T K (00 C).

Starea de agregare a alcanilor (hidrocarburi parafinice) în conditii standard este:

C1 ... i-C5 - stare gazoasa,

n-C6... C16 -stare lichida,

C17+ - stare solida.

Starea de agregare a ciclanilor (hidrocarburi naftenice) în conditii standard poate fi lichida sau solida:

C5 . C10 - stare lichida

C10+ - stare solida.

În conditii standard, hidrocarburile aromatice cu un singur ciclu benzenic si cele cu pâna la patru substituenti sunt în stare lichida, iar cele policiclice sunt solide.

Compusii cu oxigen ai hidrocarburilor din petrol sunt alcatuiti preponderent din subtante cu caracter acid - acizii petrolici, între care ponderea cea mai mare o au acizii naftenici; urmeaza acizii grasi si acizii aromatici.

Compusii cu sulf (prin extensie se include si hidrogenul sulfurat în aceasta categorie) sunt prezenti în proportii variate în sistemele naturale de hidrocarburi: hidrogenul sulfurat în gaze, iar mercaptanii, sulfurile aciclice si bisulfurile în titei.

Compusii cu azot provin în general din materialul biologic de origine a petrolului, prin descompunerea proteinelor în procesul de bituminizare. Cei mai importanti sunt porfirinele, care constituie atât dovada originii organice a petrolului, cât si un termometru geologic de maxim, deoarece ele se descompun rapid (geologic vorbind) la temperaturi de 230 - 250°C

Compusii cu caracter asfaltic ai hidrocarburilor au un schelet hidrocarbonat cu structura complexa si contin oxigen, sulf, azot s.a. Ei constau în rasini, asfaltene, carbene, carboizi si acizi asfaltogenici. Se gasesc în petrol pâna la 15 %.

Rasinile au în general masa moleculara peste 800 kg/kmol, densitate apropiata de cea a apei, vâscozitate foarte mare, culoare de la portocaliu la brun deschis în strate subtiri, pâna la brun roscat în strate mai groase, sunt solubile în majoritatea hidrocarburilor mai usoare decât ele, precum si în solventii aromatici si halogenati.

Acizii asfaltogenici se aseamana cu rasinile, dar sunt mai bogati în cicluri cu ramificatii carboxilice, de unde caracterul lor acid, au culoarea mai închisa, catre negru, au masa moleculara de ordinul a 1000 - 1200 kg/kmol,

au densitate relativa de aproximativ 1,2, sunt solubili în alcool etilic, cloroform si solutii alcaline.

Asfaltenele cu masa moleculara de ordinul 1000 - 5000 kg/kmol, au culoare neagra, consistenta solida, densitatea relativa de 1,4 ... 1,5, sunt solubile în solventii aromatici si cei halogenati, dar se gasesc mai putin în titeiuri. Alcanii inferiori constituie antisolventi pentru asfaltene.

Sistemele de hidrocarburi, în special titeiul, au o compozitie extrem de complexa si variata.

Separarea si analiza componentilor din titeiuri este practic imposibila.

Când se exprima compozitia unui sistem se recurge la urmatorul artificiu: se determina si se exprima fractiile C1, pâna la C7, restul fiind incluse într-o singura fractie: un pseudocomponent C7+.

Uneori, în locul unui singur pseudocomponent se introduc mai multi: ei reprezinta fractiile distilate între anumite temperaturi, fiecare dintre ele fiind asimilata, de obicei pe baza masei moleculare, cu un component echivalent (de regula un alcan).

Masa moleculara a unei fractii se poate estima în mai multe moduri, dintre care vom prezenta relatia:

în care Tf este temperatura medie de fierbere, în 0C, iar a, b si c sunt

constante; pentru hidrocarburi parafinice, a = 60; b = 0,3; c = 0,001;

eroarea de utilizare a acestei relatii este de 3 ... 5 %

Clasificarea sistemelor de hidrocarburi

a) Dupa natuta sistemului de fluide existent în zacaminte:

- gaze sarace: contin 85 - 99 % (molar) metan, în rest componenti C2...C6;

gaze bogate (mai rare): contin 50 - 80 % metan, restul componenti C2...C6;

gaze cu condensat: contin 70 - 80 % metan si o fractie semnificativa de componenti grei (C7...C20); ele prezinta, într-un domeniu larg de conditii

(p, T), transformari anormale ale starii de agregare;

titei volatil: ratii de gaze asociate cuprinse între 500 si 100 Nm3/m

(ratia de gaze reprezinta raportul dintre debitul de gaze si debitul de titei, în conditii normale) si densitati ale lichidului sub 800 kg/m3 , în conditii de rezervor;

- titei usor: ratii de 100 - 500 Nm3/m3 si densitati de 800 - 840 kg/m3;

- titei mediu: ratii de 50 - 200 Nm3/m3 si densitati de 850 - 900 kg/m3;

- titei greu: ratii foarte mici de gaze asociate si densitati mai mari de peste 900 kg/m3.

b) Dupa natura fluidelor obtinute prin separarea în schela:

- titei mort (fara gaze), din sistemele de titei;

- gaze sarace, din gazele asociate si gazele de condensat;

- condensat, din gazele cu condensat;

- gazolina, din gazele asociate;

- gaze lichefiate (GPL) prin stabilizarea gazolinei obtinute din gaze asociate.

c) Clasificarea "Carpatica" are la baza compozitia fondului de hidrocarburi, precum si continutul în ceara c, în rasini si asfaltene r, în compusi cu sulf s si fractia de distilat usor (pâna la 200°C).

Compozitia fondului de hidrocarburi este redata prin asa-numitii indici structurali: ei reprezinta procentele de carbon parafinic CP, de carbon naftenic CN si de carbon aromatic CA.

Aplicatie

Se considera trei sisteme de hidrocarburi cu compozitia data în tabela. Sa se precizeze tipul fiecarui sistem.

Compozitia apelor de zacamânt

Apele de zacamânt provin fie din mediul de sedimentare, fie din descompunerea materiei organice, fie din apele de circulatie. Ele contin, în diferite cantitati si proportii, minerale dizolvate ori sub forma coloidala; predomina sarurile cele mai abundente în natura si cele mai solubile.

În general, concentratia în saruri este mai mare de 80 kg/m3, uneori chiar peste 200 kg/m3.

Dupa V. A. Sulin, ciclul de mineralizare-demineralizare are urmatoarele faze:

1) o etapa de demineralizare prin evaporare din mari si oceane;

2) o etapa de mineralizare treptata prin curgere la suprafata litosferei si prin filtrare în partea ei superioara;

3) etape intermediare de evaporare - concentrare, precipitare, reconcentrare;

4) o etapa de reechilibrare a mineralizatei prin revenirea apei în oceane.

Etapa de mineralizare se poate subîmparti, dupa tipul rocilor de contact, în cinci etape:

a) etapa cloruri;

b) etapa sulfati;

c) etapa bicarbonat de calciu;

d) etapa bicarbonat de sodiu;

e) etapa sialitica

Prin mineralizatie se întelege totalitatea substantelor aflate în solutie sau suspensie în apa de zacamânt.

Cei mai abundenti ioni sunt Na+ si Cl− proveniti din clorura de sodiu. De obicei, acestia reprezinta peste 80 %, uneori chiar peste 90 % din masa de ioni. Urmeaza, în proportii variate: Ca++, Mg++, K+, HCO3−, chiar si Ba++, Fe++, CO3−−, NO3−.

Pe lânga acesti macrocomponenti se afla si alti ioni, în cantitati mult mai mici (microcomponenti): Br−, I−, radicali ai acizilor naftenici. Sub forma coloidala apar de obicei: SiO2, H4SiO4, Fe(0H)2, AI(OH)3 s.a.

Mineralizatia se poate exprima atât global, cât si pe specii de ioni, în kg/m3 sau ppm (parti pe milion: mg ioni/kg solutie).

Este utila exprimarea concentratiei de ioni în vali sau în grame hidrogen echivalent. Un val reprezinta numarul de grame de hidrogen echivalent cu un gram dintr-un anumit ion. În cazul ionilor polivalenti, masa ionica se împarte la valenta ionului.

Exemple:

6715 g/m3 Na+ = 6715/23 vali/m3 = 292 vali/m3 = 292 echiv./m3,

181 g/m3 SO4−− = 181/(96,1/2) vali/m3 = 48 vali/m3 = 48 echiv./m3.

Notând cu ai concentratia ionului i, în g/m3, si cu ri echivalentul ei în ioni de hidrogen, se poate scrie urmatoarea relatie:

Mai utila în clasificari este exprimarea mineralizatiei în echivalenti relativi:

Prezenta ionilor de brom si iod, care au provenienta organica ca si petrolul, indica existenta si intensitatea vietii în mediul de formare a hidrocarburilor.

Se considera ca un raport rBr rCl > 3.3∙10-3 arata posibilitatea asocierii apei respective cu o acumulare de hidrocarburi. Lipsa bromului si a iodului nu exclude asocierea apei cu o acumulare de hidrocarburi.

Radicalii acizilor naftenici provin dintr-un titei cu care apa a fost sau este

în contact. Prezenta acestor ioni într-o apa mineralizata constituie o indicatie pozitiva cu privire la existenta unei acumulari de titei în apropiere.

Ionul SO4−− dintr-o apa mineralizata indica lipsa unui mediu de contact

reducator.

Reprezentarea grafica
si clasificarea apelor mineralizate

Dupa Sulin, apele se împart în ape de suprafata si ape de adâncime.

Apele de suprafata sunt de trei feluri:

a) tipul marin-oceanic, în care clorura de magneziu este componentul caracteristic, desi predomina clorura de sodiu (triunghiul III);

b) tipul continental "sulfat de sodiu" (triunghiul I);

c) tipul continental "bicarbonat de sodiu" (triunghiul II).

Apele de adâncime au o mineralizatie mult mai complexa. Dupa posibilitatea de schimb cu suprafata, Sulin distinge trei zone:

a) de schimb liber cu suprafata (triunghiurile I, II, III);

b) de schimb stânjenit cu suprafata (triunghiurile II si III)

c) de schimb nul cu suprafata (triunghiul IV).