Analiza zjawisk wchłaniania kapilarnego w szczelinowatych utworach dolomitu głównego

Transkrypt

1 NAFTA-GAZ czerwiec 010 ROK LXI Jan Lubaś, Mateusz Masłwsi Instytut Naty i Gazu, Oddział Krsn Analiza zjawis wchłaniania apilarneg w szczelinwatych utwrach dlmitu główneg Wprwadzenie W złżach z matrycw-szczelinwym systemem prwatści mżliwść zastswania nwencjnalnych metd zatłaczania wdy mże być graniczna, ze względu na niebezpieczeństw przepływów szczelinwych i mijania mniej przepuszczalnej matrycy przez zatłaczane media. W nietórych przypadach zjawis t mże być rempenswane apilarnym wchłanianiem zatłaczanej wdy przez zwarty bl matrycy, w parciu prcesy nasiąliwści. Wypieranie rpy z blów matrycy d systemu taczających szczelin mże być nieiedy isttnym mechanizmem wydbycia rpy ze złóż szczelinwatych z nis przepuszczalną matrycą. Przyładem wdrżenia d pratyi nawadniania wchłaniająceg jest węglanwe złże Eis, gdzie p pzytywnych wyniach badań labratryjnych zastswan je w ru 1981, w 10 lat d rzpczęcia esplatacji złża [3]. Złże t charateryzuje się jedna bardz rzystną budwą gelgiczną, a przede wszystim nie psiada czapy gazwej. Wielść eetu wchłaniania apilarneg w śrdu prwatym jest różnicą sił ciśnienia apilarneg wymuszająceg wchłanianie i prów przepływu wyniających z lepści płynów złżwych. Kapilarne wchłanianie wdy z równczesnym wypieraniem rpy ma miejsce szczególnie w przypadu sał wdzwilżalnych. Wdzwilżalnść raz mżliwie duża espzycja pwierzchni matrycy są decydującymi czynniami zapewniającymi eetywnść wchłaniania. Wynane dtychczas w INiG prace badawcze [4] wsazują jedna na mieszany typ zwilżalnści sał z pzimu dlmitu główneg, przewadze rpzwilżalnści. Celem przeprwadznych badań był reślenie eetów wypierania rpy wdą w ta smpliwanym rdzaju sały złżwej i dpwiedzi na pytanie, w jaim stpniu prces wchłaniania apilarneg przez sały matrycy dlmitu główneg będzie wpływał na sutecznść nawadniania złża. Mdelwanie wypierania rpy z wyrzystaniem zjawis wchłaniania apilarneg Przed przystąpieniem d prac związanych z prjetwaniem zabiegu nawadniania daneg złża z wyrzystaniem zjawis wchłaniania apilarneg niezbędnym jest wynanie dpwiednich badań mdelwych. Złże przedstawiane jest ja mbinacja wielu niewielich blów matrycy, rzdzielnych systemem szczelin. Analityczny mdel pisujący wypieranie rpy w parciu zjawis wchłaniania pracwał Arnsy [1]. Wyrzystan w nim wynii badań labratryjnych rdzeni, tóre następnie przenszne są na salę złża. Prces wchłaniania apilarneg mżna przedstawić w pstaci matematycznej, ja równanie Gupta i Civana [], częst stswane d analizy przepływów w złżach szczelinwatych: d dt α = - λ (1) bjętść rpy pzstała d wydbycia w prcesie wchłaniania apilarneg, α dświadczalny wyładni prędści, λ współczynni prprcjnalnści, dla warunów pczątwych, gdy = w czasie t = 0, gdzie znacza pczątwą bjętść rpy raz dla α = 1: 466

2 artyuły = e -λ t () Odzys rpy, będący wyniiem prcesu wchłaniania, mżna reślić bezwymiarwą wielścią: R i ( ) = (3) Uwzględniając równanie () trzymujemy: R i = 1 e -λ t (4) Objętść rpy wydbytej pdczas prcesu wchłaniania apilarneg reśla równanie: = (5) Uwzględniając równanie () trzymujemy: = (1 e -λ t ) (6) Oreślenie ilści wydbywanej w prcesie wchłaniania apilarneg rpy ( ) mżna trzymać w wyniu bliczenia p czasie pchdnej wyrażenia (6): d = dt = λ t λ e (7) W celu rzwiązania równania (7) należy sprządzić wyres wyniów dświadczalneg badania rdzeni, znaczając prcentwy uzys rpy w tracie prcesu wchłaniania w uncji czasu, raz w ujęciu bezwymiarwym R i = (t D ), a więc wsaźnia dzysu rpy uzysiwanej pdczas prcesu wchłaniania R i = /. Czas bezwymiarwy t D t D m σ cs( θ ) = (8) t Φ µ g c L t czas wchłaniania [d], m przepuszczalnść matrycy [m ], Ф prwatść [-], σ napięcie międzyazwe [mn/m], μ g eetywna lepść cieczy, średnia gemetryczna lepść wdy i rpy µ µ w [Pa s], θ ąt ntatu [stpnie], L c długść charaterystyczna blu matrycy w złżu jest płwą dległści między szczelinami; wielść tę mżna reślić dświadczalnie, badając rdzenie wiertnicze [m]. Dpaswanie rzywej równania (4) d wyniów esperymentalnych R i = (t D ) ma miejsce wówczas, gdy zachdzi równanie: λ t = a t D (9) gdzie a jest nretną wartścią liczbwą, natmiast t D wyliczamy z równania (8). Wówczas, równanie dla reślenia przedstawiać się będzie w spsób następujący: ( θ ) c m σ cs( θ ) Φ µ L a t m σ cs g c = a e (10) Φ µ L g Dyspnując wyniami badań labratryjnych mżliwym jest wynanie szczegółwych bliczeń mdelwych reślających długterminwy eet nawadniania, z wyrzystaniem zjawis wchłaniania apilarneg, według przedstawinej metdyi bliczeniwej. Badania labratryjne dzysu rpy w prcesach apilarneg wchłaniania wdy Próbi rdzeni wiertniczych reprezentatywne dla pzimu rpnśneg złża, rzpatrywaneg ja ptencjalny biet nawadniania, przygtwan zgdnie z bwiązującymi prcedurami [5] nasycając je płynami złżwymi, a więc slaną i rpą złżwą. Na rysunu 1 przedstawin schemat szlaneg naczynia pmiarweg d badania eetu wypierania rpy slaną w prcesach wchłaniania apilarneg [6]. Z lei na tgraii 1 przedstawin zestaw naczyń szlanych umieszcznych w cieplarce raz zbliżenie widu badanej próbi rdzenia (tgraia ). Wytypwane rdzenie, nasycne rpą, umieszczn w śrdwisu slani mdelwej, wypełniającej naczynia pmiarwe. W wyniu wchłaniania Rys. 1. Schemat naczynia szlaneg d badania eetu wypierania rpy wdą w prcesie wchłaniania apilarneg nr 6/

3 NAFTA-GAZ Ft. 1. Wid naczyń szlanych d pmiaru eetu wypierania rpy wdą, wraz z umieszcznymi rdzeniami. Zestaw umieszczn w mrze termstatycznej, w temperaturze badania 60 C apilarneg slana wypiera rpę z przestrzeni matrycy salnej, tóra przemieszczając się d góry grmadzi się w cechwanych apilarach, stanwiących górną część naczynia pmiarweg. Umżliwia t w eecie reślenie bjętści dzysanej rpy w uncji czasu. Otrzymane wynii dzysu rpy w prcesie wchłaniania apilarneg przedstawin w tablicy 1. Następnie wyliczn wielści R i według równania (3) i zbrazwan w uncji czasu (rysune ). Analizując przedstawine na rysunu wynii, uzysane w tracie badań prcesu wchłaniania, mżna zauważyć, że najrzystniejsze spśród nich uzysan na rdzeniu nr 946. Wielść dzysu rpy w wyniu wchłaniania apilarneg wdy wynsi tutaj 1,03%. Pdbne, chć Ft.. Wid pjedynczeg rdzenia, nasycneg wcześniej rpą, umieszczneg w śrdwisu slani Rys.. Wyres dzysu rpy w wyniu apilarneg wchłaniania wdy w temperaturze 60 C Tablica 1. Oreślenie wielści dzysu rpy pdczas wchłaniania apilarneg na wybranych rdzeniach raz wytłaczania slaną i wyliczenie indesu zwilżalnści Nazwa rdzenia Ilść rpy wypieranie apilarne [ml] Ilść wytłcznej rpy przy wydajnści tłczenia slani = 0,1 [ml/min.] Ilść wytłcznej rpy przy wydajnści tłczenia slani = 0,5 [ml/min.] Sumaryczna ilść rpy wytłaczanie slaną [ml] Indes zwilżalnści I w 957 0,01 0, 0,0 0, 0, ,4 1,3 0,1 1,4 0, ,50,0 0,, 0, , 1,9 0,1,0 0, ,0 0,5 0,03 0,53 0, ,10 0,6 0,05 0,65 0, ,10 1,0 0,05 1,05 0, ,08 0,75 0,05 0,8 0, ,0 0,75 0,0 0,75 0, nr 6/010

4 artyuły niec niższe wynii uzysan dpwiedni: 9,45% dla rdzenia nr 948 raz 8,88% dla rdzenia nr 945. Następne w lejnści t: rdzeń nr 95, gdzie uzysan 5,34% dzysu rpy i rdzeń nr 93, gdzie uzysan 3,18% dzysu rpy. Trzecia grupa t pzstałe rdzenie, wartściach dzysu rpy w granicach d 0,54% d 1,81%. Oceniając ilści dzysanej rpy w wyniu wchłaniania apilarneg wdy trzeba stwierdzić, że nie są ne wysie, a dla nietórych rdzeni wręcz bardz nisie. Średnia wartść dla 11 rdzeni wynsi 4,1%. Wielść eetów wypierania apilarneg mżna również cenić w parciu wartści indesu zwilżalnści: I w = R i (R i + R ), lub I w ( ) = (11) R wielść ddatweg dzysu rpy, slaną zatłaczaną pd ciśnieniem 14 bar, bjętść dzysanej rpy metdą zatłaczania slani. Zgdnie z prcedurą badawczą przedstawiną w pracwaniu [5], w ażdym rdzeniu pddanym wcześniej badanim eetu wchłaniania apilarneg należy przeprwadzić wypieranie rpy slaną zatłaczaną przy ciśnieniu 14 bar, c pzwli ddatw reślić stpień dzysu rpy (R ) R = (1) W tym celu na stanwisu badawczym, tóreg schemat zilustrwan na rysunu 3, wynan dpwiednie badania, przetłaczając przez ażdy rdzeń z sbna slanę w ilści: 3 bjętści prwe z wydatiem przepływu 0,1 ml/min. raz 5 bjętści prwych z wydatiem przepływu 0,5 ml/min. Wytłaczaną rpę raz slanę dbieran w cylindrze pmiarwym. Uzysane wynii przedstawin również w tablicy 1. Otrzymane wartści indesu zwilżalnści scylują w granicach 0,03 0,3 i niżej (średni 0,106), a więc są bardz nisie znacznie niższe d granicznej wartści 0,6 [7]. Wsazuje t na bardz znimy udział eetu wypierania apilarneg w prcesach dzysu rpy z badanych próbe sał dlmitu główneg. Przedstawine na rysunu wartści dzysu rpy R i w uncji czasu przesalwan na wartści znrmalizwane R n i przedstawin na wyresie semilgarytmicznym, w uncji czasu bezwymiarweg t D (rysune 4). Dla wyliczeń zilustrwanych na rysunu 4, λ = 0,4133 c w danych warunach dpwiada wartści liczbwej a z równania λ t = a t D. Wówczas: m σ cs( θ ) 0, 4133 t ( ) m σ cs θ Φ µ g Lc 0, 4133 e Φ µ g Lc = (13) Wstawiając d równania (13) dpwiednie wartści pszczególnych parametrów petrizycznych raz właściwści płynów złżwych mżna reślić wielść Rys. 3. Schemat stanwisa d badania zjawis wypierania mediów z próbe rdzeni (nasycanie i wypieranie) Objaśnienia: 1 pmpy, zawry regulacyjne, 3 zbirnii ciśnieniwe na ciecze rbcze, 4 manmetry ciśnienia, 5 badane próbi rdzeni w uszczelnieniu ciśnieniwym, 6 płaszcz uszczelnienia ciśnieniweg, wypełniny wdą, 7 płaszcz grzewczy, wypełniny lejem grzewczym, 8 zawór zwrtny, 9 cylindry d pmiaru bjętści dbieranej cieczy nr 6/

5 NAFTA-GAZ dzysu rpy z reślneg ragmentu złża. W przypadu badanych próbe rdzeni będzie n jedna znimy, ze względu na niewieli udział zjawis wchłaniania apilarneg w prcesie nawadniania badaneg złża. Rys. 4. Uśrednienie rzywych wchłaniania apilarneg z wyrzystaniem równania Arnsy eg Pdsumwanie W parciu wynane w warunach labratryjnych badania mdelwe prcesów nawadniania z wyrzystaniem zjawis wchłaniania apilarneg, wyazan niewielą eetywnść tych zjawis w wybranych próbach dlmitu główneg. Oceniając ilści dzysanej rpy mżna stwierdzić, że nie są ne wysie, a dla nietórych rdzeni wręcz bardz nisie; średnia wartść dla 11 rdzeni wynsi 4,1%. Wielść eetów wypierania apilarneg mżna również cenić w parciu wartści indesu zwilżalnści, tóre scylują w granicach 0,03 0,3 (średni 0,106), a więc znacznie pniżej granicznej wartści 0,6. Wsazuje t na bardz znimy udział eetu wypierania apilarneg w prcesach dzysu rpy metdą nawadniania z badanych próbe dlmitu główneg. Artyuł nadesłan d Redacji r. Przyjęt d druu r. Literatura [1] Arnsy J.S. et al.: A mdel r the mechanism il recvery rm the prus matrix due t water invasin in ractured reservirs. AIME, vl. 13, [] Gupta A., Civaans F.: An imprved mdel r labratry measurement matrix t ructure transer unctin parameters in immiscible displacement. SPE 899, [3] Larry W. Lae: Reservir Engineering and Petrphysics. Petrleum Engineering Handb. SPE. USA, 007. [4] Praca INiG: Badania labratryjne zwilżalnści rdzeni wiertniczych z nwych twrów pd ątem mżliwści Recenzent: pr. dr hab. inż. Józe Raczwsi zastswania wtórnych metd ddziaływania na złże. Kraów, 008. [5] Praca INiG: Wynanie badań i bliczeń mdelwych metdy nawadniania złża z zastswaniem wchłaniania apilarneg. Krsn, 009. [6] Prace Texas A&M University, 004, Imbibitin assisted il recvery. [7] Schechter D.S.: Advanced reservir characterizatin and evaluatin CO gravity drainage in the naturally racture Spraberry Trend Area. PRRC Reprt 96 4, Dc. dr hab. inż. Jan LubAŚ abslwent AGH w Krawie. Pracwni nauw-badawczy Instytutu Naty i Gazu, atualnie ierwni rśnieńsieg Oddziału INiG. Specjalizuje się w zagadnieniach technlgii esplatacji złóż rpy natwej i gazu ziemneg. Autr wielu publiacji, patentów raz pracwań, z tórych więszść zstała wdrżna w przemyśle. Mgr inż. Mateusz MASŁOWSKI abslwent Wydziału Wiertnictwa Naty i Gazu Aademii Górnicz-Hutniczej w Krawie. Pracwni Załadu Stymulacji Wydbycia Węglwdrów w Instytucie Naty i Gazu w Krawie, Oddział Krsn. Zajmuje się zagadnieniami związanymi ze stymulacją złóż węglwdrów. 470 nr 6/010