Proiectarea Exploatarii Zacamintelor De Hidrocarburi

Proiectarea Exploatarii Zacamintelor De Hidrocarburi

Tema de proiect

Se considera un zacamant de titei de forma si dimensiunile indicate in figura 1. Faliile f₁,f₂ si f₃ sunt etanse.

In perioada exploatarii de proba au fost sapate sondele mentionate in figura 1. Se anexeaza diagrafiile electrice ale sondelor sapate pe acest zacamant ( figurile 2 si 3).

Pe baza acestor materiale se cere:

Intocmirea hartii structurale a zacamantului;

Realizarea unor sectiuni geologice;

Fixarea pozitiei initiale a contactului titei - apa;

Calcularea volumului brut al rezervorului.

Studiul fizic asupra carotelor extase din roca colectoare indica parametrii mentionati in tabelul 1.

Se cere:

Sa se calculeze marimile medii ale parametrilor fizici caracteristice colectorului;

Sa se calculeze volumul de pori al rezervorului;

Sa se calculeze rezerva de titei si gaze a zacamantului.

Studiul mediului fluid indica urmatoarele date;

A-   Proprietatile sistemului de hidrocarburi in conditii de zacamant sunt redate in diagarama din figura 4.

B-    Prorpietatile fizico chimice ale apei de zacamant sunt redate in tabelul 2.

Masuratorile de presiune la momentul initial al exploatarii indica marimea de 90 bari,la contactul titei - apa.

Temperetura de zacamant este de 0

Pe baza datelor de mai sus se cere:

Determinarea capacitatii energetice a zacamantului la momentul initial al exploatarii;

Stabilirea retelei sondelor de exploatare;

Executarea calculului de comportare in exploatare a rezervorului sub energia naturala a zacamantului;

Proiectarea procesului de injectare a apei sau gazelor in zacamant pentru marirea factorului final de extractie al titeiului.

Tabel nr. 1

Tabel nr. 2

Delimitarea zonei productive

Pe baza datelor oferite de geofizica de sonda se construieste harta structurala, se determina pozitia contactului hidrocarburi/apa si se construiesc sectiunile geologice.

Sectiunile geologice sunt reprezentari in plan vertical in care se reda succesiunea formatiunilor geologice traversate de sonde. Sectiunile transversale ofera o imagine mult mai realista asupra inclinarii stratului si in plus evidentiaza limitele hidrocarburi/apa.

Intrarile in stratul productiv, iesirile din strat, precum si limitele hidrocarburi/apa si/sau titei/gaze se determina din diagrafiile geofizice ale sondelor, dar si din datele de productie. Adancimile reperelor respective, citite pe diagrafii, sunt in cote absolute. Avand in vedere ca, la suprafata, sondele pot fi situate la niveluri diferite, este necesar ca reperele masurate in sonde diferite sa fie raportate fata de un reper unic, care se ia de obicei nivelul marii. Astfel, din cotele absolute citite pe diagrafii se scade elevatia sondelor si se obtin cotele izobatice.

Hartile structurale sau hartile cu izobate reprezinta proiectia in plan orizontal a intersectiilor dintre suprafata unui reper cu diferite planuri orizontale.

Izobatele sunt linii care unesc punctele dupa suprafata unui reper, ce au aceeasi valoare izobatica, masurata fata de un plan de referinta. Planele izobatice aflate sub nivelul marii se noteaza cu semnul minus, iar cele aflate deasupra nivelului marii cu semnul plus.

Stratul reper trebuie sa fie bine dezvoltat si usor de pus in evidenta pe toata structura. Reperul poate fi o limita stratigrafica, un strat de gresie, de nisip, de calcar, dar de obicei ca plan reper se ia intrarea in stratul productiv.

Hartile structurale se intocmesc prin metoda sectiunilor geologice sau prin metoda triadei.

Limita hidrocarburi/apa prezinta doua contacte cu stratul productiv: un contact pe acoperis si un contact pe culcus. Proiectia acestor doua contacte pe harta structurala, prezinta la randul ei un contur interior (pe culcus) si un contur exterior (pe acoperis).

In problemele de evaluare a resurselor si rezervelor de hidrocarburi, de urmarire a deplasarii limitei titei/apa, gaze/apa sau titei/gaze in timpul exploatarii, se opereaza cu un contur mediu numit contur de calcul sau de lucru.

Zona productiva va fi delimitata in plan orizontal de conturul de inchidere, de faliile laterale si de conturul hidrocarburi/apa. In cazul zacamintelor masive si de tip anticlinal lipseste conturul de inchidere iar in cazul zacamintelor de forma circulara, zona productiva este delimitata, in plan orizontal numai de conturul hidrocarburi/apa. In plan vertical, zona productiva este delimitata de stratele impermeabile din acoperis si culcus, precum si de limita hidrocarburi/apa.

Calculul resurselor de titei si gaze

Determinarea grosimii colectoarelor

Grosimea stratului productiv se determina cu ajutorul datelor oferite de geofizica de sonda. Grosimea totala a unui strat, intro anumita sonda, se calculeaza astfel: h_t = H_c - H_a

unde: H_c - cota limitei dintre stratul productiv si culcus (iesirea din strat);

H_a - cota limitei dintre stratul productiv si acoperis (intrarea in strat)

Aceste cote sunt determinate pe diagrafiile geofizice de sonda.

In evaluarea rezervelor de hidrocarburi, dar si in calculele de prevedere al comportarii zacamantului in exploatare, se opereaza cu grosimea efectiva, care se obtine scazandu-se din grosimea totala, grosimea insumata a tuturor intercalatiilor impermeabile din strat.

h_ef = h_t - h_imp

Tabel nr.3

Utilizand hartile cu izopace, grosimea efectiva se poate calcula cu expresia:

unde: h_ef - grosimea efectiva a zacamantului

h_i - grosimea pachetului de strat

A_i - aria de influenta a fiecarei sonde

Ariile de influenta si aria zonei productive sunt calculate cu formula ariei triunghiului:

A_∆ = scara hartii

Aria zonei productive - A_p se calculeaza astfel:

b= 13.8 cm

h₁= 5.4

b= 13 cm

h₂= 7 cm

A_P = A₁ + A₂ = 213900m²

Grosimea efectiva a zacamantului se calculeaza folosind ariile de influenta pentru fiecare sonda.Pentru sonda 656 se utilizeaza urmatoarele date:

b= 11.2 cm

h₁= 5 cm

h₂=5.6 cm

A₆₅₆=A₁+A₂ =69.6 cm²

A₆₅₆=69.3·2500 = 174000 m²

La fel se procedeaza si pentru celelalte sonde.

Dupa ce am calculat aria de influenta pentru toate sondele putem calcula gosimea efectiva a zacamantului:

Tabel nr.4

Proprietatile rocii colectoare

Calculul valorilor medii pe zacamant

a)     Porozitatea - este proprietatea rocii de a prezenta spatii libere numite pori sau fisuri, ea masoara capacitatea rocii de a inmagazina fluide.

Valoarea medie a porozitatii pe zacamant se poate determina pe cale statistica, daca se dispune de un volum mare de masuratori. Daca stratul productiv poate fi separat in grosimea lui in mai multe pachete, atunci porozitatea medie trebuie calculata ca medie ponderata cu grosimea pachetelor.

Porozitatea medie calculata pentru fiecare sonda - m_si este:

unde: este porozitate medie pe pachetul de grosime medie h_i.

Porozitatea medie pentru sonda 656 se calculeaza astfel:

La fel se calculeaza si pentru celelalte sonde.

Porozitatea medie pe zacamant se va calcula cu relatia:

m_zac=23,4%

b)    Saturatia in fluide

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

Saturatia in apa ireductibila ia valori cuprinse intrun domeniu foarte larg, in functie de compozitia chimico-mineralogica a rocilor colectoare, de structura porilor, de capacitatea de udare a rocilor. Cel mai adesea, saturatia in apa ireductibila variaza intre 15 - 30%. Valoarea medie a saturatiei in apa ireductibila se poate calcula cu relatii similare cu cele folosite pentru porozitate.

Saturatia in apa ireductibila medie calculata pentru fiecare sonda este:

Saturatia in apa ireductibila medie pentru sonda 656 este:

S_ai(656)=20.7%

Se procedeaza la fel si pentru celelalte sonde si saturatia medie pe zacamant va fi:

S_ai(zac)=21.08%

unde: S_ai(i) este saturatia in apa ireductibila medie pe pachetul de grosime h_i.

c)     Permeabilitatea - poate fi definita, in general, ca proprietetea unui mediu de a permite curgerea fluidelor prin el. In proiectarea exploatarii se opereaza cu toate cele trei categorii de permeabilitate cunoscute: absoluta, efectiva (de faza) si relativa.

Permeabilitatea absoluta, respectiv cea efectiva, se exprima in S.I., in m², iar in unitati mixte se exprima in Darcy (1D = 10^-12 m² ).

In general, rocile prezinta anizotropie in ceea ce priveste permeabilitatea, adica prezinta valori diferite pe diverse directii in zacamant. Astfel se poate defini o permeabilitate paralela cu directia de sedimentare (stratificatie), numita adesea permeabilitate orizontala, si o permeabilitate perpendiculara pe directia de stratificare, numita si permeabilitate verticala.

In cele mai multe cazuri, valorile celor doua permeabilitati difera sensibil. Cum curgerea fluidelor in zacamant este spatiala (volumica), in ecuatiile de miscare se va utiliza o valoare medie pe zacamant, intre cele doua permeabilitati, astfel:

K_zac =

unde: reprezinta permeabilitate medie paralela, respectiv perpendiculara pe zacamant.

Permeabilitatea paralela medie calculata pentru fiecare sonda- este:

Pentru sonda 656

Permeabilitatea paralela medie pe zacamant este:

Permeabilitatea perpendiculara medie calculata pentru fiecare sonda - este:

Pentru sonda 656 va fi:

Permeabilitatea perpendiculara medie pe zacamant se calculeaza astfel:

Permeabilitatea medie pe zacamant este:

d)    Elasticitatea rocilor colectoare - are adesea o pondere importanta in cadrul fortelor care determina deplasarea fluidelor prin mediul poros. Elasticitatea se exprima cantitativ prin intermediul coeficientului de compresibilitate, coeficient definit ca raport al variatiei volumului cu presiunea si volumul insusi. Pentru cazul general, coeficientul de compresibilitate va fi:

la T = ct.

In ingineria de zacamant se opereaza atat cu coeficientul de compresibilitate al porilor β_p, cat si cu cel al rocii, definiti cu urmatoarele ecuatii:

β_r = - la T = ct.

β_p = - la T = ct.

Avand in vedere ca V_p = m V_b rezulta legatura dintre cei doi coeficienti:

β_r = m∙β_p

S-a notat cu V_p si V_b volumul de pori, respectiv volumul brut.

Valoarea coeficientului de compresibilitate al rocii se poate lua astfel:

-pentru roci plastice (nisipuri) β є 10^-10 Pa^-1

-pentru rocile elasto-plastice (gresii, calcare) se poate utiliza o diagrama din care se citeste β functie de porozitate.

β_r =1.5·10^-10 Pa^-1

Evaluarea resurselor geologice si a rezervelor zacamintelor de hidrocarburi fluide

Prin resursa geologica de hidrocarburi al unei unitati hidrodinamice se intelege cantitatea de hidrocarburi fluide din acumularile naturale descoperite si nedescoperite, prognozate pe structuri neevidentiate, 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 initiala si temperatura de zacamant.

Prin rezerva se intelege partea din resursa geologica depre care se considera ca poate fi extrasa din zacamant pana la sfarsitul vietii unui zacamant, printro varianta de exploatare sau printro succesiune de variante de exploatare, in conditii tehnico - economice corespunzatoare, folosindu-se tehnologii curente.

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

Rezervele dovedite sunt rezervele zacamintelor aflate in curs de exploatare, cat si ale celor al caror stadiu de investigare permite realizarea proiectului de exploatare. Aceste rezerve se impart, la randul lor, in ,''dovedite dezvoltate'' si ''dovedite nedezvoltate''.

In categoria rezervelor probabile intra rezervele al caror grad de cunoastere nu intruneste conditiile clasificarii lor ca rezerve dovedite, dar care se apreciaza ca se vor putea extrage in viitor in conditiile tehnice cunoscute si economice estimate.

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

Dupa sursa de energie care determina mecanismul de dislocuire din zacamant, rezervele de titei se clasifica in:

a)     rezerve primare obtinute prin energia naturala a zacamantului;

b)     rezerve secundare obtinute in urma complementarii energiei de zacamant (injectie de apa sau gaze, metode termice, injectie de fluide miscibile, etc.).

Rezervele de condensat obtinute suplimentar, ca efect al reinjectarii gazelor sarace, se clasifica in grupa rezervelor secundare.

Este de mentionat caracterul dinamic al rezervelor, astfel pe baza datelor acumulate, rezervele pot promova de la categorii inferioare la cele superioare. De asemenea, pe masura perfectionarii tehnologiilor de extractie, prin imbunatatirea metodelor de recuperare, rezervele pot creste.

Metoda volumetrica de evaluare a resurselor zacamintelor de titei

Resursa geologica de titei, in conditii de zacamant, poate fi calculata cu relatia:

N_z = V_p∙S_to

unde: V_p - este volumul de pori al zonei productive;

S_to - este saturatia medie in titei, in momentul initial al exploatarii.

Volumul de pori se calculeaza cu relatia:

V_p = m∙V_b

unde: V_b - este volumul brut al zonei productive;

m - este porozitatea efectiva medie in zona productiva.

Volumul brut al zacamantului se calculeaza cu relatia:

V_b=A_p·h_ef

V_b = 917500 ·44.66 = 40 955 540 m³

In momentul initial, in zona productiva, vor exista in porii rocii numai titei si apa ireductibila, indiferent de forma de manifestare a energiei de zacamant. Saturatia medie in titei va fi:

S_to = 1 - S_ai

In mod uzual, resursele se exprima in conditii standard. Pentru aceasta, se raporteaza resursele calculate pentru conditii de zacamant la factorul de volum al titeiului, considerat la presiunea initiala P_o (b_to).Se citeste din diagrama PVT

Resursa geologica de titei in conditii standard este data de relatia:

N = A_p∙h∙m∙ (1-S_ai)∙

Se poate estima, de asemenea, resursa geologica de gaze din zona productiva, tinandu-se seama de faptul ca gazele se afla, in momentul initial dizolvate in totalitate in titei:

M = N∙r_o

unde: r_o - este ratia de solutie la presiunea initiala de zacamant. Din diagrama PVT

Tabel nr.6

Proprietatile titeiurilor

Coeficientul de compresibilitate al titeiului

Elasticitatea titeiului se exprima numeric prin intermediul coeficientului de compresibilitate al titeiului, β_t . Daca se accepta ca factorul de volum al titeiului, b_t are o variatie liniara pe intervalul p_o-p_s si tinandu-se cont de relatia β = - la T = ct. , coeficientul de compresibilitate al titeiului se poate calcula cu relatia:

β_t =

unde: b_ts, b_to sunt factorii de volum al titeiului la presiunea de saturatie p_s, respectiv la presiunea initiala p₀.

Coeficcientul de compresibilitate al titeiului variaza intre limite foarte largi: de la 7∙10^-10l/Pa la 140∙10^-10l/Pa.

Din diagrama PVT se citesc:

b_to = 1,08

b_ts = 1,084

r_o = 45 Nm³/m³

p_s = 110 bar

p_o =80 bar

Proprietatile apelor de zacamant

Solubilitatea gazelor in apa de zacamant

Solubilitatea gazelor in apa de zacamant este mult mai redusa decat in titei, dar nu este neglijabila. Aceasta creste cu cresterea presiunii. Cu cresterea temperaturii, solubilitatea gazelor in apa scade, dar la presiuni mari, peste 100 bar, dincolo de temperatura de circa 70 °C solubilitatea creste din nou. Solubilitatea gazelor in apa mineralizata de zacamant se calculeaza cu relatia:

G^' = G∙(1 -

unde: G - este solubilitatea gazelor in apa distilata, in m³_N / m³ citita din diagrama in functie de p_z si T_z;

T_z = 10+ H·c

unde: H - adancimea medie fata de limita titei-apa;H= 1574 m

c = 0,045 °C/m

T_z = 81

X - mineralizatia (salinitatea) apei, meq/l

X = 4076.06 mgecv/l

Y - corectia salinitatii cu temperatura; Y =0.045

G = 1.57 m³N/m³

Vascozitatea dinamica a apei de zacamant

Vascozitatea dinamica a apei de zacamant este un parametru sensibil in special la variatia structurii. Ea scade cu cresterea temperaturii si creste cu cresterea concentratiei in saruri. Vascozitatea dinamica a apei de zacamant se determina functie de temperatura de zacamant (T_z) si de salinitatea apei de zacamant (S).

S = 114571.35 mg/l

S = 11.9

Ca urmare a structurii apei, ar trebui ca apa sa fie mult mai compresibila decat alte lichide. Compresibilitatea apei este influentata de presiune, de temperatura, de concentratia in electroliti (mineralizatie) si de prezenta gazelor in solutie. Efectul adaugarii de electroliti asupra compresibilitatii este mic, dar important. Solubilizarea gazelor in apa exercita o influenta mai mare asupra compresibilitatii. Coeficientul de compresibilitate al apei mineralizate de zacamant cu gaze in solutie se poate calcula cu relatia:

β^'_a = β_a∙(1 + 0,05∙G^')

unde: β_a - este coeficientul de compresibilitate al apei distilate, fara gaze in solutie;

G^' - este solubilitatea gazelor in apa mineralizata de zacamant, in m³_N / m³.

Tabel nr.7

Amplasarea sondelor pe zacaminte de titei tip banda liniara, cu acvifer activ

Aceasta amplasare se face in siruri paralele, in raport cu conturul interior (limita titei/apa pe culcus), aceasta deoarece sondele se inunda mai intai pe culcus. Numerotarea sirurilor incepe dinspre conturul petrolifer (limita titei/apa) catre conturul de inchidere (CI).

- Amplasarea incepe cu fixarea ultimului sir de sonde (sirul k); acesta se fixeaxa paralel cu conturul de inchidere al zacamantului, la o distanta de circa 80 - 100 m. O apropiere prea mare a sirului k de CI conduce la accentuarea fenomenului de interferenta a sirului cu falia respectiva. O indepartare prea mare a sirului k de CI ar face ca volumul de titei dintre sir si CI sa ramana nedrenat de sonde;

-Dupa fixarea ultimului sir, se masoara distanta d, dintre ultimul sir si conturul titei/apa pe culcus. Distanta dintre siruri, se recomanda intre 150 - 200 m:

= k

d=350 m

=k k =2 siruri

-Se determina distanta intre siruri: a =

-Numarul de siruri va fi in functie de lungimea zonei productive. Distanta dintre sirurile intermediare este aceeasi, egala cu a.

Distanta de la conturul titei-apa pe culcus la primul sir (a₁) se alege mai mare decat a, avand in vedere ca primul sir este inundat mai repede decat celelalte. Distanta dintre penultimul sir (k-1) si ultimul sir (k) va fi a_k mai mica decat a.

Astfel, distanta de la conturul titei-apa pe culcus la primul sir de sonde de extractie, respectiv distanta dintre penultimul sir si ultimul sir va fi:

a₁ = 1,05∙a= 1.05·200 = 210 m

a_k = 0,95∙a = 0.95 ·200 = 190 m

-Numarul de sonde de pe sirurile intermediare se calculeaza cu relatia:

n_s =

unde: S - este latimea zonei productive, respectiv lungimea sirului de sonde;

S = 1225 m;

2σ_i - distanta dintre doua sonde vecine de pe sirurile intermediare.

Pe primul sir se va amplasa un numar mai mic de sonde decat pe celelalte, avand in vedere ca sirul 1 va fi inundat primul si, deci, sondele respective vor lucra o perioada mai scurta de timp. Pe ultimul sir se va amplasa un numar mai mare de sonde decat pe celelalte siruri, deoarece se va inunda ultimul si, in faza finala a exploatarii va trebui sa dreneze cat mai complet zona productiva. Notand cu n_s1 numarul de sonde dupa primul sir si cu n_sk numarul de sonde dupa ultimul sir, vom avea:

n_s1 = 0,88∙ n_s

n_sk = 1,36∙ n_s

-Pentru a-l determina pe σ, calculam raza redusa a sondei cu relatia lui Sciurov:

ln(r_rs) = ln(r_s) -

unde: l - lungimea glontului patruns in strat; l= 5 cm;

n - numarul de perforaturi pe metrul liniar; n= 30 perf./ml;

d - diametrul perforaturii; d= 0.5 cm.

0.0006 m

-Stiind raza redusa a sondei, calculam valoarea lui lg ; din diagrama determinam valoarea raportului de unde rezulta σ.

-Introducand aceasta valoare in relatia lui n_s se va obtine numarul de sonde de pe sirurile intermediare. Valoarea lui n_s astfel calculata se introduce in relatiile lui n_s1, respectiv n_sk obtinand astfel numarul de sonde de pe primul, respectiv ultimul sir. Prin calcule ve vor obtine numere zecimale, de aceea numarul de sonde se va rotunji la un numar intreg si se va recalcula distanta dintre ele. Sondele laterale se vor amplasa la o distanta σ fata de faliile laterale, si la 2σ intre ele.

Prevederea comportarii in exploatare

Se foloseste un sistem de doua ecuatii:

= (A_p·h·m)₀·

n = 1; t₁= 1 an = 365 zile

Necunoscutele sunt : P₁ si Q_a1

Unde: L_a - lungimea acviferului; L_a = (20÷30) km

L_a = 28 km = 28000 m

S - latimea zacamantului; S = 1225 m

P₀ se citeste din diagrama PVT; P₀ = 110 bari

K_a permeabilitatea relativa a acviverului

K_a=(0.5 ÷0.7)·K_zac

K_a=0.6 ·676= 405.6 mD

= 11.4 ·10^-10 Pa^-1

se citeste dintr-o diagrama functie de

= Q_t1 ·t₁·b_t1

Unde: b_t1 -valoarea medie intre P_o si P_s din diagrama PVT

b_t1 = 1.088 ·10^-5 Pa^-1

Q_t1 =

- debitul potential al sondelor deja sapate

K_t = (0.6 - 0.8)·K_zac

K_t = 0.65·676 = 439.4 mD

- grosimea efectiva saturata cu titei

= 150 cm

= 245 cm

= 180 cm

= 270 cm

Δp - caderea de presiune; Δp = (2 - 4)bar ; Δp= 4 bar

- valoarea medie intre P₀ si P_s

= 0.34 cP

R_c - raza la contur

R_c = τ = 88 m = 8800 cm

La fel se calculeaza si pentru celelalte sonde si

Q_t1 = 173.08 m³/zi

1 - S_ai

= 21.89 ·10^-10

Sistemul va fi:

(110·10⁵ - P₁) =

72704.72=(917500·44.66·0.227)·21.89·10^-10·(110·10⁵-P₁)+Q_a1·365·86400

Dupa rezolvarea sistemului P₁ = 113.24·10⁵ Pa

Q_a1 = 451.27 m³/zi

Regim de gaze dizolvate

Se utilizeaza un sistem de doua ecuatii:

Prima ecuatie reprezinta ecuatia unei drepte iar cea de-a doua reprezinta ecuatia unei curbe. Necunoscutele sunt : si .

Reprezentarea sistemului se face grafic functie de

Din diagrama PVT citim : = 45; = 1.086; = 0.01;

= 40; = 0.08; = 0.012

Se citesc in functie de P₀ ,respectiv de P₁ , unde : P₀ = P_sat = 90 bar

P₁ = P_sat - 10 = 80 bar

Pentru ecuatia dreptei dam valorile lui S_t1 :