Post on 06-Aug-2015
description
UNIVERSITATEA “PETROL – GAZE PLOIEŞTI”
PROIECTAREA ZĂCĂMINTELOR DE HIDROCARBURI FLUIDE
- PROIECT -
Coordonator:Conf. Dr. Ing. Daniel Petcu Buruiana Marius Mihai
Grupa I ForajAnul IV
- 2010 -
Ploieşti
Cuprins INTRODUCERE: Tema proiectului.
CAP.I.: I.1.Întocmirea hărţii structurale a zăcământului;
I.2.Fixarea limitei iniţiale a contactului apă-ţiţei;
I.3.Realizarea secţiunilor geologice;
I.4.Determinarea grosimii de strat efectiv saturată cu fluide
I.5.Calculul volumului brut al colectorului.
CAP.II.: II.1.Calculul mărimilor medii ale parametrilor fizici ai
colectorului;
II.2.Calculul volumului de pori al rezervorului;
II.3.Proprietăţile mediului fluid;
II.4.Proprietăţile apelor de zăcământ;
II.5.Proprietăţile gazelor în condiţii de zăcământ;
II.6.Permeabilitatăţile relative şi variaţia lor cu saturaţia.
CAP.III.: Amplasarea sondelor
CAP.IV.: Regimul elastic
IV.1. Dinamica debitului
IV.2. Dinamica presiunii
CAP.V. Regimul de gaze dizolvate
V.1. Metoda integral grafică
CAP.VI. Regimul mixt
CAP.VII. Metode de evaluare rapidă a factorului de recuperare
VII.1. Metoda Sandreea
CAP.VIII. Injecţia de apa
VIII.1. Injecţia propriuzisă
VIII.2. Profile de saturaţie
Anexe: Anexa nr.1 – Harta cu forma şi dimensiunile zăcământului,
Scara 1:5000;
Anexele nr.2, 3 – Diagrafiile geofizice ale sondelor studiate;
Anexea nr.4- Diagrama pVT.
2
Tema de proiect
Se consideră un zăcământ de ţiţei de forma şi dimensiunile indicate în figura1.
În perioada exploatării de probă au fost săpate sondele menţionate în figura 1. Se
anexează diagrafiile electrice ale sondelor săpate pe acest zăcământ (fig.1 şi 2).
Pe baza acestor materiale se cere:
întocmirea hărţii structurale a zăcământului;
realizarea de secţiuni geologice;
fixarea poziţiei iniţiale a contactului ţiţei-apă;
calcularea volumului brut al rezervorului.
Studiul fizic asupra carotelor extrase din roca colectoare indică parametrii
menţionaţi în tabelul 1.
Se cere:
să se calculeze mărimile medii ale parametrilor fizici caracteristici
colectorului;
să se calculeze volumul de pori al rezervorului;
să se calculeze rezerva de ţiţei şi gaze a zăcământului.
Studiul mediului fluid indică parametrii următori:
A – proprietăţile sistemului de hidrocarburi fluide în condiţii de zăcământ care
sunt redate în diagrama din figura 4;
B – proprietăţile fizico-chimice ale apei de zăcământ sunt redate în tabelul 2.
Pe baza datelor de mai sus se cere:
determinarea capacităţii energetice a zăcământului la momentul iniţial al
exploatării;
stabilirea reţelei sondelor de exploatare;
executarea calcului de comportare în exploatare a rezervorului sub energia
naturală a zăcământului;
proiectarea procesului de injecţie a apei sau gazelor în zăcământ pentru
mărirea factorului final de recuperare a ţiţeiului.
3
Tabelul 1
Sonda
nr.
Intervalul mef Permeabilitate Sa.i. Descrierea
litostratigrafică(m) (o/o) (mD) (o/o)
766 1364,2-1365,3 19,2 789 675 30,8 Nisip
766 1370,0-1371,5 21,4 569 368 28,9 Nisip
766 1380,0-1381,6 19,2 706 576 31,9 Gresie
589 1335,1-1336,0 18,2 456 372 31,2 Gresie
589 1338,2-1339,3 17,6 407 385 30,8 Gresie
589 1342,3-1343,8 17,1 412 376 33,0 Gresie
586 1342,4-1343,2 17,8 607 465 30,5 Gresie
586 1347,0-1347,8 16,7 578 408 31,4 Gresie
586 1360,0-1361,4 17,9 632 467 30,4 Gresie
586 1378,0-1379,3 14,2 241 157 33,7 Gresie
Tabelul 2
Varianta Unitatea de măsură
Componenţii
II mg./l 30171,17 2317,58 482,22 51389,91 319,25 683,20
Tabelul 3
Component % fracţia volumetrica în variantaa b c d
metan 94,25 93,75 93,25 92,75etan 2,18 2,68 3,18 3,68
propan 1,12 1,12 1,12 1,12n-butan 0,92 0,95 0,95 0,95
izo-butan 0,95 0,92 0,92 0,92n-pentan 0,24 0,24 0,24 0,24
izo-pentan 0,17 0,17 0,17 0,17n-hexan 0,12 0,12 0,12 0,12n-heptan 0,05 0,05 0,05 0,05
4
CAP.I
INTRODUCERE
Zăcământul de hidrocarburi fluide este un sistem fizico-chimic alcătuit dintr-un
mediu solid poros-permeabil şi un mediu fluid format din sistemele de hidrocarburi şi
apele de zăcământ.
În general, zăcămintele de hidrocarburi fluide sunt alcătuite din două zone
distincte: o zonă saturată cu hidrocarburi, numită zonă productivă, şi o zonă saturată
100% cu apă – acviferul adiacent, care poate lipsi în anumite cazuri.
I.1. Întocmirea hărţii structurale a zăcământului
Harta structurală (harta cu izobate), reprezintă proiecţia în plan orizontal a
punctelor de intersecţie între diverse plane izobatice şi un un plan reper. Ca plan
reper se va lua intrarea în stratul productiv.
Harta structurală poate fi construită pe baza secţiunilor geologice sau prin metoda triadelor.
Tabelul 4Sonda Adâncimi reale E Adâncimi izobate Obs.
Ha Hc Ht/a Ha* Hc
* Ht/a*
586 1335 1385 - 105 1230 1280 -514 1496 1545 - 166 1330 1379 -766 1355 1395 - 90 1265 1305 -589 1330 1365 - 84 1246 1281 -
Sonda 586:
Sonda 514:
Sonda 766:
Sonda 589:
5
Unde: cotele în acoperiş absolute masurate pe diagrafii;
cotele în culcuş absolute, masurate pe diafrafii;
cotele în acoperiş izobatice;
cotele în culcuş izobatice; E - elevaţiile;
I.2. Fixarea limitei iniţiale a contactului ţiţei – apă
Limita hidrocarburi/apă se determină tot din diagrafii, pe baza curbelor de rezistivitate.
Această limită hidrocarburi/apă prezintă două contacte cu stratul productiv: un contact pe acoperiş şi un contact pe culcuş. Proiecţia acestor două contacte pe harta cu izobate prezintă, la rândul ei două contururi: un contur interior (pe culcuş) şi unul exterior (pe acoperiş). Între cele două contururi se găseşte aşa numita zonă de contact.
Figura 1.
I.3. Întocmirea secţiunilor geologice
Secţiunile geologice sunt reprezentări în plan vertical a stratelor geologice.
Cele mai adecvate sunt secţiunile transversale, deoarece oferă o imagine mult mai
6
realistă asupra înclinării stratului decât secţiunile longitudinale. În plus acestea
evidenţiază limitele hidrocarburi/apă şi/sau ţiţei/gaze. În cazul de faţă secţiunile s-au
întocmit pe baza hărţii structurale.
I.4. Determinarea grosimii de strat efectiv saturate cu fluide
Complexul productiv mai include şi intercalaţii de strate impermeabile, care
trebuie puse în evidenţă şi înlăturate de la grosimea totală a stratului.
Pentru aceast lucru se ia fiecare diagrafie în parte şi se analizează.Se
identifică şi se notează stratele care compun obiectivul. Grosimea se măsoară atât
după curba de potenţial standard cât şi dupa cea de rezistivitate, apoi se face o
medie.
Pentru sonda 586:
Strat hef hmed
P.S.
a 10 16 13
b 18 11 14,5
c 8 13 10,5
h=38m
Pentru sonda 514:
Strat hef hmed
P.S.
a 15 13 14
b 20 17 18,5
c 5 5 5
h=37,5m
Pentru sonda 766:
Strat hef hmed
P.S.
a 27 31 29
b - - -
c - - -
h=29m
7
Pentru sonda 589:
Strat hef hmed
P.S.
a 5 7 6
b 17 28 22,5
c 3 20 11,5
h=40m
După determinarea grosimilor efective se reprezintă valorile pe secţiunile
geologice.
Se vor trasa culcuşul fictiv şi contactul fictiv apă- ţiţei ca în figura 1. Se
calculează aria zonei efectiv saturată cu ţiţei (zona haşurată) pentru secţiunile A-A`,
B-B`, C-C`, cât şi în faliile F1 şi F3.
Se trasează limita ţiţei –apă la adâncimea Hţ/a=1316m.
I.5. Calculul volumului brut al colectorului
Volumul brut reprezintă volumul total al zăcământului de hidrocarburi, delimitat
în culcuş şi acoperiş de strate impermeabile, iar lateral de faliile F1 , F3. Pentru
determinarea acestui volum se foloseşte relaţia:
Ariile A(x) sunt perpendiculare pe o direcţie. Pentru rezolvarea integralei de la
a la b trebuie să vedem cum variază ariile secţiunilor în a şi b.
Pentru secţiunea A-A`:
Zona haşurată se imparte într-un trapez 1 şi un triunghi dreptunghic 2. Se
măsoară la scară bazele şi înălţimile acestora apoi se determină ariile.
8
Pentru secţiunea B-B`:
Pentru secţiunea C-C`:
Pentru falia F1:
Considerăm izobata de 1225 m. La intersecţia cu secţiunea A-A` avem o
grosime a stratului de 40m. La intersecţia cu secţiunea C-C` grosimea stratului este
40m. Rezultă prin interpolare că la intersecţia cu falia F1 grosimea stratului este tot
40m.
Considerăm izobata de 1275m. La intersecţia cu secţiunea A-A` avem o
grosime a stratului de 38m. La intersecţia cu secţiunea C-C` grosimea stratului este
38m. Rezultă prin interpolare că la intersecţia cu falia F1 grosimea stratului este tot
38m.
Se trasează secţiunea geologică pentru aceste izobate şi se determină aria
zonei efectiv saturată cu ţiţei.
Pentru falia F3:
Prin interpolare rezultă aceeaşi grosime de strat. La intersecţia cu izobata de
1225m grosimea este de 40m, iar la intersecţia cu izobata de 1275m grosimea este
de 38m.
Se reprezintă secţiunea geologică şi pentru falia F3.
9
Se rotesc secţiunile A-A`, B-B`, C-C` şi falia F3 în jurul unui punct aflat la
jumătatea distanţei dintre falia F2 şi limita apă ţiţei în acoperiş, astfel încât să fie
paralele cu falia F1.În acest caz se roteşte secţiunea A-A` cu un unghi 1 pentru care
.
Se roteşte secţiunea B-B` cu un unghi 2 pentru care .
Se roteşte secţiunea C-C` cu un unghi 3 pentru care .
Se roteşte falia F3 cu un unghi 4 pentru care .
Se recalculează ariile secţiunilor:
Se reprezintă grafic ariile secţiunilor funcţie de distanţa dintre ele.
Figura 2
10
Se calculează volumul brut total.
CAP.II.
II.1. Calculul mărimilor medii ale parametrilor fizici ai colectorului
Pentru determinarea mărimilor medii a parametrilor fizici ai colectorului
(porozitate, permeabilitate, saturaţie în apă ireductibilă, coeficient de compresibilitate
al rocii), se vor folosi datele din carote din Tabelul1. . Pe baza diagrafiilor geofizice
(anexele nr.2,3) se vor separa pachete de roci.
1. POROZITATEA – m –
Porozitatea este proprietatea rocii de a prezenta spaţii libere numite pori sau
fisuri. Acest parametru măsoară capacitatea rocii de a înmagazina fluide.
unde: mj – porozitatea măsurată din carote;
hj – grosimea pachetului de rocă.
Pentru sonda 766 :
Pentru sonda 589 :
11
Pentru sonda 586 :
Porozitatea medie pe zăcământ este
2. PERMEABILITATEA – K –
Permeabilitatea poate fi definită, în general, ca proprietatea unui mediu de a
permite curgerea fluidelor prin el. În proiectarea exploatării se operează cu toate cele
trei categorii de permeabilitate cunoscute: absolută, efectivă şi relativă. Ca şi în cazul
porozităţii determinarea se va face în cazul de faţă pe baza determinărilor din carote.
Permeabilitatea medie pe sondă este
unde: kII – permeabilitatea medie paralelă, pe sondă;
k - permeabilitatea medie perpendiculară, pe sondă.
Pentru sonda 766 :
Pentru sonda 589 :
12
Pentru sonda 586 :
Permeabilitatea medie pe zăcământ
3. SATURAŢIA ÎN APĂ IREDUCTIBILĂ – sai –
În porii rocii colectoare pot fi prezente următoarele fluide: apă, ţiţei şi gaze.
Prin urmare, se poate vorbi de o saturaţie în apă, o saturaţie în ţiţei şi saturaţie în
gaze. Numeric, saturaţia se exprimă ca raport între volumul de fluid din pori şi
volumul respectiv de pori şi poate lua valori între 0 şi 1, respectiv între 0% şi 100%.
Într-un anumit volum de pori pot coexista toate cele trei faze. Saturaţia în apă
ireductibilă, pentru un anumit zăcământ, rămâne invariabilă în procesul de
exploatare.
Saturaţia medie în apă ireductibilă pe sondă este
Unde (sai)j – saturaţia în apă ireductibilă, din carote.
Pentru sonda 766
Pentru sonda 589
Pentru sonda 586
13
Saturaţia medie pe zăcământ este
4. COEFICIENTUL DE COMPRESIBILITATE AL ROCII - r –
Coeficientul de compresibilitatea este parametrul prin intermediul căruia se
exprimă elasticitatea rocilor colectoare, elasticitate ce are o pondere importantă în
cadrul forţelor care determină deplasarea fluidelor prin mediul poros. Coeficientul de
compresibiltate este definit ca raport al variaţiei volumului cu presiunea şi volumul
însuţi, şi anume:
,
Se operează, în mod uzual, cu un coeficient de compresibilitate al rocii şi cu
un coeficient de compresibilitate al porilor. Între cei doi există o legătură:
.
Pentru cazul de faţă, când avem numai roci plastice coeficientul de
compresibilitate va fi: , unde:
II.2. Calculul volumului de pori al rezervorului
Roca colectoare are proprietate de a prezenta pori şi fisuri. Determinarea
volumului de pori al rocii, rezervorului este absolut necesară pentru evaluarea, în
continuarea a resursei geologice de gaze. Pentru determinarea acestui volum se va
folosi următoarea formulă:
,
unde: Vb – volumul brut al zonei productive;
m – porozitatea efectivă medie în zona productivă, calculată anterior.
14
II.3. Proprietăţile mediului fluid
Folosind anexa 4 se determină ecuaţiile de variaţie a factorului de volum a
ţiţeiului bt, raţia de soluţie r şi vâscozitatea dinamică a ţiţeiului.
Pentru şi
Ecuaţia de variaţie a raţiei de soluţie este
Pe intervalul de presiune 130-155 bar
Pentru şi
Ecuaţia de variaţie a factorului de volum este
Pe intervalul de presiune 130-155 bar
Pentru şi
Ecuaţia de variaţie a factorului de volum este
Pentru şi
15
Ecuaţia de variaţie a vâscozităţii dinamice este
Pe intervalul de presiune 130-155 bar
Pentru şi
Ecuaţia de variaţie a vâscozităţii dinamice este
Coefcientul de compresibilitate al ţiţeiului:
II.4. Proprietăţile apelor de zăcămînt
a) factorul de volum al apei
ba=1
b) temperatura de zăcământ
c) procentul de săruri
d) coeficientul de compresibilitate al apei
-compresibilitatea apei mineralizate;
-compresibilitatea apei dulci;
G-solubilitatea gazelor în apă;
Corecţia solubilităţii cu temperatura
Valoarea lui X se citeşte din diagramă funcţie de temperatura de zăcământ,
X=0,055.
G`-solubilitatea gazelor în apa dulce. Această valoare se citeşte din diagramă
funcţie de presiunea medie:
16
II.5. Proprietăţile gazelor în condiţii de zăcământ
Utilizând tabelul 4 se determină presiunea pseudocritică, temperatura
pseudocritică şi masa molară totală folosind formulele:
şi
Component yi pcri Tcri Mi yipcri yiTcri yiMi
Metan 0,9275 45,7 190,6 16 42,39 176,78 14,84
Etan 0,0368 49 305,86 30 1,80 11,26 1,104
Propan 0,0112 42 370 44 0,47 4,144 0,492
N-butan 0,0095 34,5 425,11 58 0,32 4,038 0,552
Izo-butan 0,0092 35 408,14 58 0,32 3,75 0,534
n-pentan 0,0024 33,1 469,78 72 0,79 1,127 0,173
Izo-pentan 0,0017 32,9 460,96 72 0,055 0,783 0,122
n-hexan 0,0012 29,92 507,86 86 0,035 0,609 0,103
n-heptan 0,0005 26,8 540,14 100 0,013 0,27 0,050
Cu valoarea temperaturii pseudocritice cunoscută se determină
temperatura pseudoredusă.
Presiunea pseudoredusă se determină cu relaţia
p-ia valori de la presiunea de saturaţie la 0.
p ppr z g/1 1 g10-3cP
130 2,86 0,84 1,38 11,3 15,59
120 2,64 0,842 1,26 11,3 14,23
110 2,42 0,86 1,25 11,3 14,12
100 2,20 0,864 1,24 11,3 14,01
17
90 1,98 0,87 1,20 11,3 13,56
80 1,76 0,89 1,18 11,3 13,33
70 1,54 0,91 1,125 11,3 12,71
60 1,32 0,92 1,10 11,3 12,43
50 1,10 0,93 1,09 11,3 12,31
40 0,88 0,95 1,07 11,3 12,09
30 0,66 0,96 1,06 11,3 11,97
20 0,44 0,97 1,04 11,3 11,75
10 0,22 0,99 1,01 11,3 11,41
Valoarea lui 1 se determină din diagramă funcţie de temperatura de
zăcământ şi masa moleculară.
Factorul de abatere al gazelor se determină din diagramă funcţie de
temperatura pseudoredusă şi presiunea pseudoredusă.
Raportul se determină din diagramă funcţie de condiţiile pseudoreduse.
Pentru ajustarea valorilor se reprezintă grafic factorul de abatere funcţie de
presiune.Se trasează dreapta de variaţie printre puncte şi se determină
ecuaţia
Pentru şi
şi
18
Ecuaţia de variaţie are forma
Se determină factorul de volum al gazelor cu relaţia:
Z ajustat bg
0,9708 0,05557830,9584 0,0365789330,946 0,02707925
0,9336 0,021379440,9212 0,0175795670,9088 0,0148653710,8964 0,0128297250,884 0,011246444
0,8716 0,009979820,8592 0,0089434910,8468 0,0080798830,8344 0,007349138
II.6. Permeabilităţile relative şi variaţia lor cu saturaţia
19
Se consideră cazul curgerii bifazice apă- ţiţei. Valarea saturaţiei normalizate se
determină cu relaţia :
.
Saturaţia în ţiţei este
Permeabilitatea relativă faţă de apă este:
Permeabilitatea relativă faţă de ţiţei este: .
Fracţia de apă are relaţia este:
Vâscozitatea dinamică a ţiţeiului se citeşte din anexa 4 la presiunea de saturaţie +
10bar.
j Sa St S* krt kra kra/krt fa dfa/dsa1 0,312 0,68 0 1 0 0 0 02 0,35 0,65 0,055233 0,89 0,0000093 0,00001 0,000013 0,005083 0,4 0,6 0,127907 0,748 0,00026 0,00035 0,000447 0,032754 0,45 0,55 0,200581 0,613 0,00161 0,00263 0,003288 0,135535 0,5 0,5 0,273256 0,489 0,00557 0,011 0,014 0,417126 0,55 0,45 0,34593 0,377 0,014 0,038 0,045 1,077 0,6 0,4 0,418605 0,279 0,031 0,11 0,121 2,268 0,65 0,35 0,491279 0,196 0,058 0,297 0,271 3,739 0,7 0,3 0,563953 0,13 0,101 0,78 0,494 4,52
10 0,75 0,25 0,636628 0,079 0,164 2,092 0,723 3,8911 0,8 0,2 0,709302 0,042 0,253 6,028 0,883 2,3912 0,85 0,15 0,781977 0,018 0,374 20,247 0,962 1,0913 0,9 0,1 0,854651 0,0057 0,534 93,682 0,992 0,3714 0,95 0,05 0,927326 0.00073 0,739 999,626 0,999 0,0815 1 0 1 0 1 1000 1 0
Se reprezintă grafic porozitatea relativa faţă de ţiţei şi apă funcţie de saturaţia apei .
Tot funcţie de saturaţie se reprezintă fracţia de apă şi .
20
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,5 1 1,5
Sa
Kt,
Ka
kt
ka
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Sa
fa,d
fa/d
sa
fa
dfa/dsa
III. Amplasarea sondelor
a)Amplasarea şirurilor.
Amplasarea raţională a sondelor este acea amplasare care asigură producţia
maximă de ţiţei cu cheltuieli minime. Amplasarea sondelor de ţiţei se face în funcţie
de modul de manifestare a energiei de zăcământ, de regimul tehnologic de
exploatare adoptat, de configuraţia geometrică a zăcământului.
Amplasarea va începe cu fixarea ultimului şir de sonde (şirul k) acesta se
fixează paralel cu falia F2, la o distanţă de aprox. 80-100 m. Dacă şirul k este prea
apropiat de falie se poate accentua fenomenul de interferenţă a şirului cu falia. O
îndepărtare prea mare a şirului de falie ar face ca în volumul dintre acestea să
21
rămână ţiţei nedrenat de sonde. După fixarea ultimului şir se măsoară distanţa d,
dintre ultimul şir şi contactul ţiţei apă. Distanţa dintre şiruri va fi :
; unde k-numarul de şiruri. Considerăm k=2.
Distanţa de la contactul ţiţei apă pe culcuş la primul şir de sonde este:
,
iar distanţa dintre penultimul şi ultimul şir va fi:
b)Raza redusă a sondelor
Sondele reale pot fi imperfecte din două motive:
-după gradul de deschidere.
-după modul de deschidere.
Raza redusă rrs este raza pe care ar trebui să o aibă sondă perfectă ca să se
comporte identic cu o sondă reală. Se determină din ecuaţia:
unde: rs-raza sondei după sapă, cm rs=9,75 cm
l-lungimea canalului perforaturii în strat, cm , se alege l=50cm
n-numărul de gloanţe pe metrul liniar de puşcă,
se alege n=14 gloanţe/m
d- diametrul de glonţ d=0,8-1,5 cm2 se alege d=1,5 cm2.
Se obţine:
c) Numărul de sonde pe un şir – se determină funcţie de raza redusă a sondei
şi de numărul de şiruri cu care lucrăm simultan.
Considerăm ca lucrăm simultan cu două şiruri. Se calculează
22
Cu această valoare şi funcţie de numarul de şiruri exploatate simultan se
determină raportul
Unde - distanţa dintre două sonde succesive de pe un şir intermediar.
Rezultă
Distanţa dintre două sonde succesive va fi
Numărul d esonde se calculează cu relaţia:
S- lungimea unui şir intermediar citită de pe hartă.
Pe primul şir se vor amplasa mai puţine sonde pentru că există pericolul
inundării rapide.
Se recalculează distanţa dintre sonde
S1- lungimea primului şir.
Pe ultimul şir vom avea
Se recalculează distanţa
Sk- lungimea ultimului şir.
După trsarea şirurilor pe hartă, amplasarea sondelor se face astfel:
- plecând din falii se amplasează şi într-o parte şi în alta sonde la
distanţa faţă de faliile F1 şi F3.
- Se amplasează apoi sondele în continuare la distanţa faţă de cele
două sonde până ce şirul este completat.
23