TERMODYNAMIKA II.B. Termodynamika Gazu Ziemnego [ZASTOSOWANIA TERMODYNAMIKI W INŻYNIERII NAFTOWEJ] SPIS TREŚ CI

Transkrypt

1 TERMODYNAMIKA II.B Terodynaka Gazu Zenego [ZASTOSOWANIA TERMODYNAMIKI W INŻYNIERII NAFTOWEJ] andrzej.agdzarz@agh.edu.pl Verson 0.10 (2005/09/20) SPIS TREŚ CI 1. BADANIA LABORATORYJNE PŁYNÓW ZŁOŻOWYCH BADANIA KONTAKTOWE BADANIA RÓŻNICOWE COMPOSITE LIBERATION TEST (DODSON TEST) CONSTANT VOLUME DEPLETION TEST FLASH SEPARATION TEST (SEPARATOR TEST) SWELLING TEST ZADANIA TERMODYNAMIKA ZŁÓŻ PLANOWANIE METODYKI EKSPLOATACJI ZŁOŻA PROGNOZOWANIE PRODUKCJI ZŁOŻA. METODA OBJĘTOŚCIOWA PARAMETRY TERMOFIZYCZNE LITERATURA

2 1. Badana laboratoryjne płynów złożowych 1.1. Badana kontaktowe 1 Badana kontaktowe płynów złożowych w systee PVT (constant coposton expanson, flash vaporzaton test, flash lberaton test, flash expanson test, pressure-volue relatons test) to badana, w których następuje uwalnane fazy gazowej z próbk płynu złożowego wskutek obnżana cśnena układu. Proces jest przeprowadzany najczęścej w teperaturze równej teperaturze złożowej. Faza gazowa pozostaje w cągły kontakce oraz w równowadze z fazą cekłą. Globalny skład płynu w koorze systeu PVT pozostaje nezenony w trakce całego testu. Można uznać, że test constant coposton expanson (CCE) syuluje proces uwalnana fazy gazowej, który a ejsce w złożu, po osągnęcu w n cśnena, tuż ponżej punktu pęcherzyków. Wynka to z faktu, ż faza gazowa będąca w kontakce w przestrzen porowej z fazą cekłą, pozostaje w złożu ne oblna, do chwl obnżena cśnena do pozou cśnena krytycznego, przy który zostane przekroczone krytyczne nasycene fazą gazową przestrzen porowej. Rys Scheatyczne przedstawene testu constant coposton expanson. Procedura przeprowadzana testu CCE: 1. Próbka płynu złożowego jest transferowana do koory cśnenowej systeu PVT (Rys. 1.1a). Teperatura koory będze utrzyywana w trakce trwana całego testu na stały pozoe, równy teperaturze złożowej. 2. Początkowe cśnene p = p1 w koorze jest ustalane na cśnene wyższe od cśnena nasycena (punktu pęcherzyków) płynu złożowego. Efekt ten jest uzyskwany poprzez zatłoczene do koory PVT odpowednej lośc rtęc (lub nnego płynu roboczego systeu PVT).. W trakce testu CCE dokonuje sę krokowego obnżana cśnena w koorze PVT, poprzez odbór rtęc z koory. Po odebranu z koory kolejnej porcj rtęc dokonuje sę poaru cśnena w koorze, oraz wyznacza sę ogólną objętość zajowaną przez płyn złożowy. Welkość, o którą obnżane jest cśnene, jest zazwyczaj nejsza w poblżu spodzewanego przejśca fazowego. Pozwala to na wyznaczene cśnena nasycena z wększą dokładnoścą. 4. W oparcu o wyznaczone welkośc cśnena w koorze objętośc zajowanej przez węglowodory konstruuje sę wykres (Rys. 1.1). 1 Nazewnctwo zaczerpnęto z ternolog stosowanej przez Instytut Górnctwa Naftowego Gazownctwa. W dalszej częśc aterałów, w odnesenu do testów przeprowadzanych w systee PVT będze stosowana orygnalna ternologa anglojęzyczna zaenne z nazewnctwe IGNG. 2

3 5. Osągnęce przez układ cśnena nasycena (bubble pont pressure) jest sygnalzowane przez pojawene sę w jednorodnej dotychczas faze cekłej płynu złożowego w koorze PVT, perwszych pęcherzyków gazu ( Rys. 1.1c). Punkt pęcherzyków oże zostać równeż wyznaczony w oparcu o wykres cśnene - objętość. Cśnene nasycena określone jest punkte, w który następuje zana nachylena krzywej wyznaczonej przez punkty poarowe (Rys. 1.). 6. Podczas kolejnych kroków obnżających cśnene badany płyn pozostawany jest na pewen czas, aż do osągnęca równowag poędzy faza cekłą gazową, w celu unknęca wystąpena układu etastablnego. Efekt ten uzyskać ożna równeż poprzez eszane płynu, np. w systeach PVT w wersj z obracaną koorą PVT, lub z koorą wyposażoną w eszalnk. 7. Obnżane cśnena, oraz zwązane z n poary p = f( V) następują najczęścej do oentu odebrana z koory PVT całej lośc rtęc. W wynku przeprowadzena testu CCE ożna otrzyać następujące dane: cśnene punktu pęcherzyków, zoterczny współczynnk ścślwośc fazy cekłej powyżej cśnena nasycena, zgodne z 1 V zależnoścą: c =, V p T = de ponżej punktu pęcherzyków otrzyywana jest zależność objętośc dwufazowego układu gazcecz od cśnena. p b Rys Interpretacja grafczna wynków testu constant coposton expanson. Przykład 1-1 Dane z testu CCE, próbk ze złoża ropy naftowej zostały zestawone w tabel. W oparcu o dane poarowe należy wyznaczyć cśnene punktu pęcherzyków. Test przeprowadzono w teperaturze złożowej równej 78[ K ]. pmpa [ ] Vc pmpa [ ] Vc

4 Tabela 1. Wynk testu CCE. pmpa [ ] Vc pmpa [ ] Vc R ozwązane: W oparcu o dane poarowe skonstruowany zostaje wykres p = f( V) (Rys. 1.). Operając sę na jednej z etod nterpolacj lnowej, konstruuje sę dwe proste, z których perwsza odpowada układow jednofazoweu (cekłeu), druga układow dwufazoweu (gaz-cecz). Przecęce prostych określa współrzędne punktu, w który następuje przejśce fazowe, czyl punktu pęcherzyków. W rozważany przy padku: p b 18.00[ MPa ], Vb 6. c csnene [MPa] vy vy1 f( x) gx ( ) vx, vx1, x 80 objetosc [cc] Rys. 1.. Interpretacja grafczna wynków testu CCE wyznaczene cśnena nasycena. Przykład 1-2 Przeprowadzć syulację testu CCE dla próbk płynu złożowego o składze podany w ponższej tabel. Początkowe cśnene złożowe wynos p = 12.41[ MPa], natoast teperatura złożowa jest równa T = 66.5[ K]. Syulację testu należy przeprowadzć z wykorzystane równana stanu Soave-Redlcha- Kwonga. Nazwa składnka z p [ MPa ] T[ K ] ω[ ] M [ kol ] etan C etan C n-pentan C c c w 4

5 nonan C Rozwązane: Oblczena równowagowe przeprowadzone z wykorzystane równana stanu SRK pokazują, że w warunkach złożowych próbka jest cekły układe jednofazowy. Paraetry fazy cekłej wyznaczone z wykorzystane równana stanu są następujące: p = 12.41[ M Pa], T = 66.5[ K] paraetr faza cekła udzał olowy, [%] 100 współczynnk ścślwośc M [ kol ] 6.70 ρ [ ] Kolejny kroke w syulacj testu CCE, jest wyznaczene cśnena nasycena (punkt pęcherzyków). Dla teperatury złożowej wartość cśnena punktu pęcherzyków wyznaczona w oparcu o równane SRK wynos pb = 10.48[ MPa]. Paraetry fazy cekłej dla takch warunków: p = 10.48[ MPa], T = 66.5[ K] b paraetr faza cekła udzał olowy, [%] 100 współczynnk ścślwośc M [ kol ] 6.70 ρ [ ] W kolejnych krokach testu CCE następuje obnżane cśnena, przy zachowanu w koorze PVT stałej teperatury. Ponżej przedstawono wynk syulacj tej procedury dla trzech kolejnych cśneń. Tabele zawerają własnośc płynu złożowego wyznaczone w oparcu o równane stanu SRK. p = 10.4[ MPa ], T = 66.5[ K] K x składnk y paraetr całość eszanny fa za cekła faza gazowa C udzał olowy, [%] C współczynnk ścślwośc C M [ kol ] C ρ [ ] p = 8.27[ MPa ], T = 66.5[ K] K x składnk y paraetr całość eszanny fa za cekła faza gazowa C udzał olowy, [%] C współczynnk ścślwośc C M [ kol ] C ρ [ ] p = 5.52[ MPa ], T = 66.5[ K] K x składnk y paraetr całość eszanny fa za cekła faza gazowa C udzał olowy, [%] C współczynnk ścślwośc C M [ kol ] C ρ [ ]

6 1.2. Badana różncowe W badanach różncowych (dfferental lberaton, dfferental vaporzaton, dfferental expanson) gaz zawarty w próbce płynu złożowego jest uwalnany z nej poprzez sukcesywne obnżane cśnena. Cała lość uwolnonej w kolejny kroku badań fazy gazowej jest odberana z układu, po osągnęcu przez układ stanu równowag. Cechą testu jest zenność globalnego składu układu, zwązana z odbore fazy gazowej. Test dfferental lberaton (DLB) syuluje procesy rozdzału faz ające ejsce w złożu. Przyjuje sę, że test ten tuje przepływ płynu złożowego w warunkach powyżej krytycznego nasycena przestrzen porowej fazą gazową. Gdy nasycene gaze przestrzen porowej osąga wartość krytyczną, uwolnona faza gazowa zaczyna w trakce eksploatacj złoża dopływać do odwertu. Faza cekła, jako faza nej oblna pozostaje w złożu. Rys Procedura laboratoryjna przeprowadzana testu dfferental lberaton. Eksperyentalna procedura przeprowadzana testu DLB przebega w następujących krokach (Rys. 1.4): 1. Próbka płynu złożowego zostaje ueszczona w koorze PVT. Teperatura koory jest równa teperaturze złożowej. 2. Cśnene w koorze systeu PVT jest ustalane na cśnene równe cśnenu nasycena płynu złożowego.. Dokonywany jest poar całkowtej, początkowej objętośc płynu złożowego. 4. Cśnene w koorze jest obnżane o pewną wartość poprzez odebrane z koory określonej lośc płynu roboczego (rtęc). 5. Uwolnony z fazy cekłej gaz jest odberany z koory PVT poprzez zawór przepływowy. W trakce tego procesu, w koorze utrzyywane jest stałe cśnene. Uzyskuje sę to poprzez nekcję do koory płynu roboczego, z wydatke tak, z jak jest odberana faza gazowa. 6. Dokonywany jest poar objętośc odebranej z koory PVT fazy gazowej w warunkach noralnych. Merzona jest równeż objętość fazy cekłej pozostającej w koorze. Faza gazowa odberana z układu w ty kroku często jest poddawana analze. Wyznaczany jest jej skład, gęstość, cepło spalana, wartość opałowa, lczba Wobbe go, td. Krok 4, 5, 6 są powtarzane, aż do osągnęca w koorze PVT cśnena atosferycznego, lub założonego cśnena nalnego. Welkośc wyznaczone w trakce testu dfferental lberaton to. n.: lość fazy gazowej w eszanne w funkcj cśnena, objętość fazy cekłej w funkcj cśnena, 6

7 własnośc wydzelonej fazy gazowej, w ty: skład, współczynnk ścślwośc, oraz gęstość właścwa, gęstość pozostałej fazy cekłej w funkcj cśnena. Przykład 1- Przeprowadzć syulację testu dfferental lberaton dla próbk płynu złożowego o paraetrach (skład warunk złożowe) jak w (Przykład 1-2). Syulację testu należy przeprowadzć z wykorzystane równana stanu Soave-Redlcha-Kwonga. Rozwązane: Test dfferental lberaton, podobne do testu constant coposton expanson jest przeprowadzany w stałej teperaturze, równej teperaturze złożowej. W trakce testu DLB, w kolejnych krokach testu przeprowadzane jest odberane z koory PVT całej lośc fazy gazowej pojawającej sę w koorze po obnżenu cśnena (Rys. 1.4b, c, oraz Rys. 1.4d, e). Procedura poarowa w teśce DLB rozpoczyna sę od pozou cśnena nasycena Rys. 1.4a (w rozważany przypadku jest to punkt pęcherzyków). Paraetry płynu złożowego są take jak w poprzedn przykładze, węc cśnene nasycena własnośc płynu dla tego cśnena pozostają bez zan: pb = 10.48[ MPa], T = 66.5[ K ] paraetr faza cekła udzał olowy, [%] 100 współczynnk ścślwośc M [ kol ] 6.70 ρ [ ] Podobne dla następnego kroku testu DLB (Rys. 1.4b): p = 10.4[ MPa], T = 66.5[ K ] składnk z K x y paraetr całość eszanny faza cekła faza gazowa C udzał olowy, [%] C C [ kol ] C [ ] współczynnk ścślwośc M ρ W następny kroku testu, następuje odebrane z koory PVT całej lośc fazy gazowej (Rys. 1.4c). Procedura ta jest wykonywana w warunkach utrzyywana w układze stałego cśnena (wydatek, z jak do koory jest zatłaczana rtęć, jest równy wydatkow, z jak odberana jest faza gazowa). Wynka z tego, że globalny skład eszanny w koorze PVT w późnejszy kroku testu, będze równy aktualneu składow fazy cekłej. Wynk syulacj kolejnych kroków testu (Rys. 1.4d następne) z wykorzystane równana SRK zawerają tabele: p = 8.27[ MPa], T = 66.5[ K ] składnk z K x y paraetr całość eszanny faza cekła faza gazowa C udzał olowy, [%] C C [ kol ] C [ ] p = 5.52[ MPa], T = 66.5[ K ] współczynnk ścślwośc M ρ

8 składnk z K x y paraetr całość eszanny faza cekła faza gazowa C udzał olowy, [%] C C [ kol ] C [ ] współczynnk ścślwośc M ρ Ostatn krok testu dfferental lberaton jest przeprowadzany w warunkach noralnych. Ze względu, na brak zbeżnośc standardowego algorytu kolejnych przyblżeń przy rozwązywanu równana stanu SRK dla warunków noralnych, w przykładze podane zostaną wynk dla warunków zblżonych do noralnych: p = 0.2[ MPa], T = 29.15[ K ] składnk z K x y paraetr całość eszanny faza cekła faza gazowa C udzał olowy, [%] C C [ kol ] C [ ] współczynnk ścślwośc M ρ Coposte Lberaton Test (Dodson Test) Test Dodson a (195), określany równeż ane testu coposte lberaton (CLB) jest kobnacją opsanych powyżej testów CCE DLB. Przyjuje sę, że test Dodsona pozwala wyznaczyć charakterystyk PVT płynu złożowego z wększą dokładnoścą nż testy CCE oraz DLB. Przeprowadzene tego testu jest trudnejsze kosztownejsze, nż wykonane testów standardowych, w zwązku z ty ne jest on realzowany w rutynowych badanach własnośc płynów złożowych. Procedura testu coposte lberaton zaproponowana przez Dodson a (195) przebega według następującego scheatu: 1. Reprezentatywna próbka płynu złożowego zostaje ueszczona w koorze systeu PVT. Ze względu na dalszy tok badań lość płynu pownna być stosunkowo duża. Cśnene w koorze zostaje ustalone na cśnene wyższe od cśnena nasycena, teperatura jest równa teperaturze złożowej. 2. Dokonuje sę krokowego obnżana cśnena, w trakce którego erzona jest objętość fazy cekłej znajdującej sę w koorze PVT. Obnżane cśnena następuje do oentu osągnęca przez układ punktu pęcherzyków.. W następny kroku następuje odebrane z koory PVT ałej lośc fazy cekłej, przy zachowanu w koorze stałej wartośc cśnena. Próbka fazy cekłej jest transferowana do nstalacj separacyjnej. Teperatury cśnena w kolejnych stopnach separacj odpowadają welkośco w nstalacjach napowerzchnowych. Przeprowadzany jest poar objętośc faz cekłej gazowej uwolnonych w urządzenach separacyjnych. Instalacja separacyjna jest najczęścej nstalacją dwustopnową. Warunk w drug stopnu separacj odpowadają zazwyczaj warunko noralny. 4. W dalszej częśc testu dokonuje sę obnżena cśnena w koorze PVT. Faza gazowa uwolnona z fazy cekłej jest odberana z syteu, tak jak a to ejsce w teśce dfferental lberaton. Krok 4 są wykonywane do oentu osągnęca przez badany układ założonego cśnena nalnego Constant Volue Depleton Test Test constant volue depleton (CVD) jest teste, który syuluje eksploatację złóż gazowo kondensatowych, czy też złóż ropy lekkej w sposób znaczne bardzej dokładny nż opsane wcześnej testy CCE, DLB CLB. W trakce testu CVD jedyne pewna część fazy gazowej jest odberana z układu, w odróżnenu od testu DLB, w który gaz jest oberany z koory systeu PVT w całośc. Efekte tego, jest utrzyywane w koorze PVT stałej objętośc zajowanej przez eszannę węglowodorową, co jest odpowednke stałej welkośc przestrzen porowej złoża. Faza cekła pozostaje w sposób cągły w układze, w zwązku z ty, jak w poprzednch testach obowązuje założene o ne oblnośc tejże fazy w złożu. 8

9 Rys Test CVD przeprowadzany na próbce ze złoża gazowo kondensatowego. Procedura eksperyentalna przeprowadzana testu constant volue depleton (CVD) dla złoża gazowo - kondestatowego (z ne oblną fazą kondensatową): Zerzona lość reprezentatywnej próbk płynu złożowego, o znany składze ogólny z jest transferowana do koory systeu PVT. Początkowe cśnene w koorze zostaje ustalone na cśnene punktu rosy p = p d, teperatura w koorze w czase trwana całego testu będze stała będze równa teperaturze złożowej Tr. Początkowa objętość V zajowana przez płyn w koorze PVT, będze traktowana jako objętość odnesena ( Rys. 1.5a). Współczynnk ścślwośc początkowy (równy współczynnkow ścślwośc w punkce rosy) jest wyznaczany z zależnośc: pv d zd = (2.1) nrt pd - cśnene punktu pęcherzyków (dew pont pressure), [ Pa], V - początkowa objętość płynu w koorze, [ ], n - początkowa lość ol płynu złożowego, n = M [ kol ], MW - asa cząsteczkowa eszanny, MW = z M kol, - asa początkowej lośc płynu złożowego, [ ], R - unwersalna stała gazowa, R = 8.14 J ol K, T - teperatura w koorze PVT, równa teperaturze złożowej, [ K ], - współczynnk ścślwośc w punkce pęcherzyków. z d Cśnene w koorze PVT zostaje znejszone do założonego wcześnej, nższego pozou (k - nuer kroku testu). Uzyskuje sę to, poprzez odebrane z koory PVT określonej lośc rtęc. W trakce procesu obnżana cśnena, w koorze PVT pojawa sę w ejsce gazowego układu jednofazowego, układ dwufazowy gaz-cecz. Pozwala sę na ustalene w koorze PVT stanu równowag terodynacznej. Następne określa sę całkowtą objętość V t zajowaną przez płyn węglowodorowy w koorze, oraz na podstawe poaru wzualnego wyznacza sę objętość V L fazy cekłej, powstałej w wynku kondensacj wstecznej ( Rys. 1.5b). W p k 9

10 W następny kroku testu CVD dokonuje sę renekcj rtęc do koory PVT, przy jednoczesny odborze z koory fazy gazowej w lośc odpowadającej objętośc zatłaczanej rtęc. Ilość rtęc zatłoczona do koory PVT jest równa lośc rtęc odebranej w poprzedn kroku objętość płynu w koorze ponowne jest równa objętośc perwotnej, jak na początku testu. Proces zatłaczana rtęc, przeprowadzany jest przy stały cśnenu. Objętość odebranej z układu fazy gazowej jest erzona w warunkach panujących w koorze oznaczona jako ( ). Krok ten syuluje V gp pt, produkcję złoża produkującego jedyne fazę gazową, podczas gdy faza cekła powstała w wynku kondensacj wstecznej pozostaje w fore ne oblnej w złożu. Odebrana z koory PVT faza gazowa jest transferowana do aparatury analtycznej, gdze dokonuje sę poaru składu y tej fazy oraz określa sę jej objętość w warunkach noralnych ( V gp ) sc. Odpowadająca tej objętośc lość ol gazu odebranego z koory PVT oże być określona z zależnośc: psc ( Vgp ) n sc p = (2.2) zscrtsc psc, Tsc - cśnene teperatura noralne, zsc - współczynnk ścślwośc w warunkach noralnych, zsc 1. Współczynnk ścślwośc fazy gazowej w warunkach p, T panujących w koorze PVT oże zostać wyznaczony w oparcu o równane stanu gazu rzeczywstego: pv = znrt (2.) Poneważ lość ol gazu pozostaje nezenona w warunkach noralnych panujących w koorze, ożna napsać, że: pv n de zrt = = (2.4) W zwązku z ty: pv sc sc pv = (2.5) zscrtsc zrt Po przekształcenu: p T ( Vgp ) sc pt, z = zsc (2.6) psc T ( Vgp ) sc Inną welkoścą, która zostaje wyznaczona, w oparcu o zerzone welkośc jest dwufazowy współczynnk ścślwośc. Współczynnk ten reprezentuje całkowtą ścślwość płynu znajdującego sę w koorze PVT w układze gaz cecz. Wartość współczynnka zostaje wyznaczona w oparcu o równane stanu gazu rzeczywstego: pv z ( two phase) = (2.7) n n RT ( p ( ) n n ) - lość ol płynu pozostająca w koorze, [ ol ], n - skuulowana lczba ol gazu odebranych z koory, [ ol ]. p Procedura obnżana cśnena jest przeprowadzana klkakrotne, aż do osągnęca założonego nalnego cśnena testowego. Po osągnęcu tego cśnena wyznacza sę lośc składy gazu kondensatu pozostałych w koorze. Standardowe oblczena zwązane z analzą testu CVD ogą zawerać równeż oblczena zwązane z wyznaczane składu fazy cekłej, w kolejnych krokach testu. Skład tej fazy jest wyznaczany w oparcu o skład fazy gazowej (wyznaczony laboratoryjne) w oparcu o zależnośc blansu asowego układu. Szczegóły tej procedury ożna znaleźć np. w: Whtson (1981), Droh et al (1988). Podobna procedura testu CVD, jak opsana powyżej procedura dla płynu ze złoża gazowo kondensatowego, oże zostać równeż zastosowana dla próbk ze złoża ropy lekkej. W tak przypadku na początku testu w koorze systeu PVT ueszczony zostane płyn złożowy w faze cekłej, pod cśnene określony przez punkt pęcherzyków płynu. Welkośc charakteryzujące płyn złożowy, które są otrzyywane z analzy danych testu CVD, to ędzy nny: cśnene nasycena (punkt pęcherzyków, lub punkt rosy), zany w składze odberanej fazy gazowej w funkcj spadku cśnena, p 10

11 współczynnk ścślwośc fazy gazowej dwufazowy w warunkach złożowych testowych, welkość akuulacj fazy cekłej (kondensatu) wraz ze spadke cśnena Flash Separaton Test (Separator Test) Ops testu: Ahed (1989). Przykładowe badana: Moses (1986). Rys Scheat laboratoryjnego testu separatorowego Swellng Test Ops testu: Ahed (1989). Przykładowe badana: Kenyon (1987) Zadana Próbka płynu złożowego o podany w ponższej tabel składze została pobrana z hpotetycznego złoża ropy lekkej. Początkowe warunk panujące w złożu są następujące: p = 12.50[ MPa], T = 70[ K ]. Nazwa składnka z [%] etan C 1 0 etan C 2 20 n-butan nc 4 20 oktan C 8 0 Należy przeprowadzć syulację standardowego testu dfferental lberaton (badań różncowych) przeprowadzonych na powyższej próbce płynu złożowego. Syulacja pownna zostać przeprowadzona za poocą równana stanu Penga Robnsona. Ilość kroków testu pownna wynosć co najnej 5. 11

12 2. Terodynaka złóż 2.1. Planowane etodyk eksploatacj złoża Planowane prognozowane zachowana złóż gazowo kondensatowych a na celu określene optyalnej strateg eksploatacj złoża. Teoretyczne ożlwych jest klka scenaruszy eksploatacj złoża kondensatowego. Perwszą z ożlwośc, jest eksploatacja złoża poprzez wykorzystane naturalnego potencjału produkcyjnego złoża, a węc bez stosowana procesów ających za zadane podtrzyywane cśnena złożowego w sposób sztuczny. Metoda ta jest efektywna, oraz ekonoczne uzasadnona w przypadku złóż posadających aktywny aqufer. Drug scenarusz przewduje podnesene efektywnośc wydobyca węglowodorów ze złoża dzęk podtrzyywanu cśnena złożowego poprzez zatłaczane do złoża, gazu pochodzącego ze źródeł trzecch (gas njecton), lub wydobytego z saego złoża (gas cyclng). W procesach nekcj do złoża gazów pozyskwanych ze źródeł ne zwązanych ze złoże (gas njecton), zastosowane znajdują gazy wytwarzane w sposób sztuczny, take jak N 2, CO2, lub gaz zeny pochodzący z nnych złóż, pozyskwany z sec gazownczej lub z agazynu gazu (w szczególnośc w okresach znejszonego popytu na ten surowec). Jako płyn wykorzystywany do podtrzyywana energ złożowej, wykorzystany oże być równeż rodzy gaz pochodzący z eksploatacj saego złoża. Płyn złożowy eksploatowany ze złoża odwerta produkcyjny poddawany jest procesow separacj. Uzyskany w ten sposób gaz suchy, którego główny składnke jest CH 4 (ogący posadać śladowe lośc takch gazów jak CH 2 6, N 2 lub CO2 ) jest ponowne zatłaczany do złoża odwerta nekcyjny (gas cyclng). Procedury ające na celu podtrzyywane cśnena złożowego ogą być podjęte na początku eksploatacj lub w czase jej trwana (naczej rzecz ujując: powyżej cśnena nasycena, lub w obszarze układu dwufazowego). Wybór poędzy eksploatacją złoża w sposób naturalny lub z wykorzystane etod podtrzyujących cśnene złożowe wyaga przeprowadzena analzy opłacalnośc przedsęwzęca. Dobór odpowednej etodyk eksploatacj złoża gazowo kondensatowego pownen uwzględnać następujące czynnk (Pollard, Bradley 1962): 1. Własnośc płynu złożowego oraz paraetry złoża: a. występowane w złożu, lub brak ropy, b. welkość zasobów poszczególnych produktów w złożu (lość kondensatu), c. własnośc skład płynu złożowego, d. ożlwośc produkcyjne nekcyjne odwertów (np. ch rozeszczene), e. zenność przepuszczalnośc warstwy złożowej, która oże powodować nską efektywność procesów nekcj, f. welkość oddzaływana aqufera. 2. Koszty udostępnena złoża, budowy nstalacj separacyjnych, absorpcyjnych sprężających gaz roboczy.. Zapotrzebowane rynku na produkty naftowe, gazowe kondensatowe. 4. Przyszłe ceny powyższych produktów. 5. Inne czynnk, take jak welkość podatków, długość koncesj na eksploatację złoża, czynnk poltyczne, dzałana konkurencj na rynku, etc Prognozowane produkcj złoża. Metoda objętoścowa. Prognozowane produkcj złoża oże być przeprowadzone jedną z klku etod: etodą objętoścową, etodą blansu asowego, w oparcu o odel nueryczny złoża: konwencjonalną etodą różnc skończonych (fnte dfference sulaton) lub poprzez syulację ln przepływu (strealne sulaton), nne, np. analza krzywych spadku. Wybór etody zależy od charakteru złoża, jakośc rodzaju danych dotyczących złoża, oraz welkośc nakładów, jake ogą być przeznaczone na budowę odelu złoża. Metoda objętoścowa oże być stosowana w przypadku złóż ne posadających aktywnej warstwy wodonośnej. Wyaga ona znajoośc najnejszej lośc paraetrów złożowych oraz jest najprostsza w stosowanu. 12

13 Metoda blansu asowego znajduje zastosowane przy odelowanu zachowań złóż z aktywny aqufere. Zastosowane tej etody jest ożlwe po pewny okrese eksploatacj złoża. Idea etody opera sę na analze danych z hstor produkcj złoża. Konstrukcja nuerycznego odelu złoża wyaga z kole dysponowane odpowedn dany geologczno geofzyczny oraz wyaga zastosowana specjalzowanych narzędz prograowych. Objętość zajowana przez węglowodory w złożu, określana we wsponanej powyżej etodze objętoścowej wyznaczana zasobów złoża jest określona zależnoścą: HCPV = Ah φ (1 Sw ) (2.8) HCPV - hydrocarbon pore volue, A - powerzchna złoża, wyznaczona planetryczne, h - średna ąższość złoża, φ - średna porowatość złoża, S w - średne nasycene wodą. Perwotne zasoby gazu w złożu, odnesone do warunków noralnych: Zsc p Tsc HCPV G = HCPV = = HCPV E Z p T B g sc re g B - perwotny współczynnk objętoścowy B (dla początkowego cśnena złożowego p teperatury g złożowej T = Tre ). Równane (2.9) oże być zastosowane do dowolnego okresu eksploatacj złoża. W szczególnośc pozwala ono na wyznaczene lośc gazu, który oże być wydobyty ze złoża: Grec = G Ga (2.10) G rec - lość gazu ożlwego do wydobyca ze złoża, G - perwotne zasoby złoża, G a - lość gazu, który pozostane z złożu po osągnęcu cśnena zanechana eksploatacj. Równane (2.10) ożna zapsać w następującej postac: 1 1 Grec = HCPV (2.11) B g B ga B - współczynnk objętoścowy B wyznaczony dla cśnena zanechana ( p - abandonent pressure). ga g g a (2.9) Przykład 2-1 Paraetry pewnego złoża są następujące: 6 2 A= 12 10, h = 10[ ], φ = 0.15, S 20 [%] w =, p = 18[ MPa], T = 0 re [ K ], Z 1. sc = Zależność współczynnka ścślwośc płynu złożowego od cśnena zestawono w tabel: pmpa [ ] Z Wyznaczyć skuulowaną welkość produkcj złoża dla cśneń 7 [ MPa ]. Rozwązane: Wyznaczene objętośc przestrzen porowej zajowanej przez węglowodory, wzór (2.8): HCPV = ( 1 0.2) = Welkość współczynnka B dla cśnena 18[ MPa ], wzór Error! Reference source not found.: g Bg = Bg = = n Wartośc paraetrów dla pozostałych cśneń zebrano w tabel na końcu przykładu. Perwotne zasoby złoża, wzór (2.9):

14 G = GIIP = = n Ilość gazu pozostająca w złożu przy cśnenu 7[ MPa ]: G 7[ MPa] 6 HCPV = = = B = gp, 7[ MPa] n 9 Skuulowana produkcja złoża odnesona do warunków noralnych, do cśnena 7[ MPa] : Gp = G G7[ MPa] = = n Ostateczne wynk oblczeń zawera tabela: Przykład 2-2 pmpa [ ] B g G n p n Przeprowadzć analzę zennośc paraetrów płynu ze złoża gazowo kondensatowego, w trakce eksploatacj złoża. Paraetry złożowe: Perwotne cśnene złożowe p : 19[ MPa ] p [ MPa ] Cśnene zanechana eksploatacj : a Średna teperatura złożowa : re T 90[ K ] 6 Przestrzeń porowa zajowana przez węglowodory (HCPV): Współczynnk ścślwośc płynu złożowego w warunkach noralnych Zb : 1 Skład płynu złożowego: składnk udzał olowy z [%] CH 4 70 CH CH n C5H CH CH W trakce analzy paraetrów płynu złożowego, należy uwzględnć zenność jego składu w trakce eksploatacj. Założyć, że zachowane płynu złożowego opsuje równane stanu Soave-Redlcha-Kwonga. Rozwązane. Do wyznaczena perwotnych zasobów złoża wyagana jest znajoość współczynnka ścślwośc płynu złożowego w warunkach złożowych. Welkość ta wyznaczona zostane w oparcu o równane stanu SRK (patrz rozdzał ; równeż: Dla warunków, które przyjęto w przykładze jako początkowe warunk złożowe, oraz przy założenu, że płyn złożowy zachowuje sę zgodne z równane SRK, płyn dla p = 19[ MPa], T = 90[ K] będze układe dwufazowy. Wyznaczone w oparcu o równane SRK udzały współczynnk ścślwośc poszczególnych faz w układze wynoszą: L = 0.255, V = 0.745, Z L = 0.75, Z V = Współczynnk ścślwośc dla systeu dwufazowego określa zależność: Z = Z V + Z ( V) (2.12) W zwązku z ty: Z 2 = ( ) = ph 2ph V L 1 14

15 Perwotne zasoby złoża, odnesone do warunków noralnych określone w oparcu o zależność (2.9), dla wyznaczonego powyżej współczynnka ścślwośc: G = = n Lczba ol węglowodorów znajdujących sę perwotne w złożu, wyznaczona w oparcu o równane stanu: 9 pg n n = = = [ ol ] ZRT n n W ponższy przykładze, krok z jak dokonywana będze syulacja pracy złoża wynosł będze 1[ MPa ]. Skuulowane wydobyce gazu po obnżenu cśnena złożowego od wartośc 19[ MPa ] do wartośc 18[ MPa ] wynese: Gp = = n Współczynnk ścślwośc w powyższy równanu wyznaczono w oparcu o zależność (2.12). Skuulowane wydobyce wyrażone w olach: ngp = = [ ol] Wartośc G, n oraz nnych paraetrów dla pozostałych cśneń przedstawono na wykresach. p Gp Treść przykładu zakłada zenność składu płynu złożowego w trakce eksploatacj złoża. Przyjuje sę, że ze złoża wydobywany będze płyn tworzący w warunkach złożowych fazę gazową. Faza cekła będze fazą ne oblną, pozostającą w złożu. Paraetry płynu złożowego, które wykorzystywane są przy tego rodzaju oblczenach ogą zostać wyznaczone w badanach przeprowadzanych w systee PVT, w szczególnośc w teśce CVD, lub wyznaczone w oparcu o równane stanu. Korzystając z równań blansu asowego, dla przypadku, w który z płynu o perwotny składze org re re lośc ol n, odebrane zostane n ol fazy gazowej o składze y, ożna wyznaczyć zależność określającą nowy skład układu : z org org re re z n y n z = (2.1) org re n n - ndeks -tego składnka eszanny (org orgnal, re - reoved). Wyznaczone w oparcu o zależność (2.1) składy płynu złożowego dla wybranych cśneń przedstawono w ponższej tabel. 19[ MPa ] 15[ MPa ] 10[ MPa ] 5[ MPa ] [ MPa ] CH CH CH n C5H CH CH org z, o 15

16 p n MPa Rys Zależność przewdywanego skuulowanego wydobyca gazu ze złoża w trakce jego eksploatacj. G p n V n L n Rys Udzały faz cekłej gazowej w płyne złożowy, w warunkach złożowych. p n MPa 16

17 Z Vn 0.6 Z Ln Z ren Rys. 2.. Współczynnk ścślwośc faz gazowej, cekłej dwufazowy płynu złożowego. p n MPa C1y n C2y n Cy n 0.4 C5y n C7y n Rys Zenność składu fazy gazowej płynu złożowego w trakce eksploatacj złoża. p n MPa 17

18 C1x n C2x n 0.4 Cx n C5x n C7x n Rys Zenność składu fazy cekłej płynu złożowego w trakce eksploatacj złoża. p n MPa C1z n 0.4 C2z n Cz n C5z n 0. C7z n Rys Zenność składu płynu złożowego, w trakce eksploatacj złoża gazowo kondensatowego. p n MPa 18

19 Cplus n Rys Zawartość frakcj C + w płyne złożowy. p n MPa 19

20 . Paraetry terofzyczne Substancja Foruła M [ kol ] T[ K ] p [ MPa ] V [ kol ] c c c Z c ω[ ] etan CH etan CH propan CH n-butan n C4H butan C4H n-pentan n C5H pentan C5H heksan CH heptan CH oktan CH nonan CH dekan C10H etanol CH 4O powetrze wodór H tlen O azot N sarkowodór HS tlenek węgla CO dwutl. węgla CO

21 4. Lteratura Ahed, T.: Hydrocarbon Phase Behavor, Gulf Publshng Copany, Contrbutons n Petroleu Geology and Engneerng vol. 7, (1989). Ahed, T.: Reservor Engneerng Handbook, Gulf Publshng Copany (2000). Dawdowcz, St.: Zarys terodynak gazu zenego, Wydawnctwo AGH (1989). Dodson, C., Goodwll, D., Mayer, E.: Applcaton of Laboratory PVT Data to Reservor Engneerng Probles, JPT, Deceber 195, pp Droh, J. K., Goldthorpe, W. H., Trengove, R.: Enhancng the Evaluaton of PVT Data, 7 th Offshore South East Asa Conference, Sngapore 2-5 February 1988, SPE paper Fussell, D. D., Yanosk, J. L.: An Iteratve Sequence for Phase-Equlbra Calculatons Incorporatng the Redlch-Kwong Equaton of State, Soc. Pet. Eng. J. (June 1978) Guehra, F. M., Thopson, L. G., Reynolds, A. C.: A Robust Algorth for Deternng Hydrocarbon PVT Propertes Usng a Generalzed EOS, SPE paper Ikoku, C. U.: Natural Gas Reservor Engneerng, John Wley & Sons, Inc. (1984). Kenyon, D. E., Behe, A. G.: Thrd SPE Coparatve Soluton Project: Gas Cyclng of Retrograde Condensate Reservors, JPT, August 1987, pp McCan, W. D.: The Propertes of Petroleu Fluds, PennWell Publshng Copany, Tulsa Mchałowsk, St., Wańkowcz, K.: Terodynaka procesowa, Wydawnctwa Naukowo - Technczne (199). Moses, P.: Engneerng Applcaton of Phase Behavor of Crude Ol and Condensate Systes, JPT, July 1986, pp Nghe, L. X., Azz, K., L, Y. K.: A Robust Iteratve Method for Flash Calculatons Usng the Soave- Redlch-Kwong or the Peng-Robnson Equaton of State, SPE paper Peng, D., Robnson, D.: A New Two Constant Equaton of State, Ind. & Eng. Che. Fund., 1976, vol. 15, pp Pollard, T. A., Bradley, H. B.: Gas Condensate Reservors, chapter 6 of Petroleu Engneerng Handbook, ed. Frck, T. C., Taylor, R. W., McGraw Hll, New York, Redlch, O., Kwong, J.: On the Therodynacs of Solutons. An Equaton of State. Fugactes of Gaseous Solutons, Checal Revews, vol. 44, 1949, pp Soave, G.: Equlbru Constants fro Modfed Redlch-Kwong Equaton of State, Che. Eng. Sc. (1972) 27, Szarawara, J.: Terodynaka checzna stosowana, Wydawnctwa Naukowo - Technczne (1997). Van der Waals, J. D.: On the Contnuty of the Lqud and Gaseous State, Ph. D. Dssertaton, Sgthoff, Leden, 187. Whtson, C. H.: Evaluatng Constant Volue Depleton Data, 56 th Annual Fall Techncal Conference and Exhbton of SPE, San Antono TX 5-7 October 1981, SPE paper