Symulacyjne badanie procesów wypierania metanu rozpuszczonego w wodach złożowych poprzez zatłaczanie gazów kwaśnych w ramach ich sekwestracji

Podobne dokumenty
Symulacyjne modelowanie procesu konwersji złoża na PMG i regularnej jego pracy, z udziałem CO 2 jako gazu buforowego

Symulacyjne modelowanie procesu konwersji złoża na PMG i regularnej jego pracy, z udziałem CO 2 jako gazu buforowego

Badanie procesów dyfuzji i rozpuszczania się gazu ziemnego w strefie kontaktu z ropą naftową

Zastosowanie symulacji komputerowych do modelowania pracy podziemnych magazynów gazu w Polsce

Zastosowanie symulacji złożowych do analizy porównawczej procesu EOR na przykładzie wybranych metod wspomagania

Symulacje procesów eksploatacji złóż naftowych z zastosowaniem sterowania sprzężeniem zwrotnym.

Symulacje procesów eksploatacji złóż naftowych z zastosowaniem sterowania sprzężeniem zwrotnym.

Analiza możliwości pozyskania pozabilansowych zasobów gazu ziemnego z nasyconych poziomów solankowych w procesach sekwestracji CO 2

Symulacyjne modelowanie procesów mieszania się gazów w warunkach złożowych

Rozpuszczalność CO 2 i rodzimych gazów ziemnych w solance złożowej

Wpływ warunków separacji ropy na wielkość jej wydobycia

Analiza możliwości zwiększenia stopnia sczerpania zasobów złóż ropy naftowej w Polsce*

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W ZAKŁADZIE BIOFIZYKI. Ćwiczenie 5 POMIAR WZGLĘDNEJ LEPKOŚCI CIECZY PRZY UŻYCIU

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE Rola modelowania fizycznego i numerycznego

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Krzysztof Gosiewski, Anna Pawlaczyk-Kurek

MOśLIWOŚCI REALIZACJI CCS W GRUPIE LOTOS Z WYKORZYSTANIEM ZŁÓś ROPY NAFTOWEJ NA BAŁTYKU C.D.

Wykład 2. Anna Ptaszek. 7 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 2. Anna Ptaszek 1 / 1

Ocena zjawisk fazowych w procesie wypierania ropy naftowej dwutlenkiem węgla, na modelu złoża typu Slim Tube

Analiza porównawcza sposobu pomiaru jakości spalania gazu w palnikach odkrytych

Numeryczne modelowanie zjawiska dyspersji fizycznej modyfikacja pełnowymiarowego symulatora złożowego

Schemat uzbrojenia odwiertu do zatłaczania gazów kwaśnych na złożu Borzęcin

ZAGROŻENIA NATURALNE W OTWOROWYCH ZAKŁADACH GÓRNICZYCH

Modele matematyczne procesów, podobieństwo i zmiana skali

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Zastosowanie programu DICTRA do symulacji numerycznej przemian fazowych w stopach technicznych kontrolowanych procesem dyfuzji" Roman Kuziak

Technologia. Praca magazynu gazu charakteryzuje się naprzemiennie występującymi cyklami zatłaczania i odbioru gazu.

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

prędkości przy przepływie przez kanał

Modelowanie i symulacja zagadnień biomedycznych PROJEKT BARTŁOMIEJ GRZEBYTA, JAKUB OTWOROWSKI

Zadanie 1. Zadanie 2.

AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH: TECHNIKA PROCESÓW SPALANIA

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

Rentgenowska mikrotomografia komputerowa w badaniu skał węglanowych

Sonochemia. Schemat 1. Strefy reakcji. Rodzaje efektów sonochemicznych. Oscylujący pęcherzyk gazu. Woda w stanie nadkrytycznym?

Badania przepuszczalności rdzeni wiertniczych z użyciem różnych płynów złożowych

Wykład 3. Fizykochemia biopolimerów- wykład 3. Anna Ptaszek. 30 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

NAFTA-GAZ październik 2009 ROK LXV

Brenntag Polska Sp. z o.o.

Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne

Wpływ szkła wodnego potasowego na parametry zaczynów cementowo-lateksowych

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

Ćwiczenie 3: Wyznaczanie gęstości pozornej i porowatości złoża, przepływ gazu przez złoże suche, opory przepływu.

MECHANIKA PŁYNÓW Płyn

Zadania treningowe na kolokwium

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Kryteria oceniania z chemii kl VII

Nieustalony wypływ cieczy ze zbiornika przewodami o różnej średnicy i długości

1. Część teoretyczna. Przepływ jednofazowy przez złoże nieruchome i ruchome

. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest porównanie na drodze obserwacji wizualnej przepływu laminarnego i turbulentnego, oraz wyznaczenie krytycznej licz

pętla nastrzykowa gaz nośny

Analiza zagrożeń emisją biogazu na terenie po zrekultywowanym składowisku odpadów komunalnych w Krośnie

Parametry PMG Strachocina osiągnięte w pierwszym cyklu eksploatacji magazynu, po rozbudowie pojemności czynnej zakończonej w 2011 r.

Własności płynów - zadania

Badanie zmian wielkości ciśnienia punktu rosy gazu kondensatowego zachodzących wskutek jego kontaktu z ropą naftową

Badanie procesu dyfuzji gazu ziemnego na kontakcie z benzyną w warunkach ciśnienia i temperatury

WIROWANIE. 1. Wprowadzenie

Środowisko symulacji parametry początkowe powietrza

Destylacja z parą wodną

Obliczenia osiągów dyszy aerospike przy użyciu pakietu FLUENT Michał Folusiaak

Numeryczne modelowanie zjawiska dyspersji fizycznej model rzeczywistej struktury

Osiadanie kołowego fundamentu zbiornika

1.10 Pomiar współczynnika lepkości cieczy metodą Poiseuille a(m15)

Metoda Elementów Skończonych

Nowoczesne narzędzia obliczeniowe do projektowania i optymalizacji kotłów

K05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

Termodynamika. Część 12. Procesy transportu. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

Przedmiot: Chemia budowlana Zakład Materiałoznawstwa i Technologii Betonu

Zastosowania Równania Bernoullego - zadania

dn dt C= d ( pv ) = d dt dt (nrt )= kt Przepływ gazu Pompowanie przez przewód o przewodności G zbiornik przewód pompa C A , p 1 , S , p 2 , S E C B

Badania procesów wypierania metanu przy udziale sekwestracji CO 2

Wojskowa Akademia Techniczna Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu

Jerzy Stopa*, Stanis³aw Rychlicki*, Pawe³ Wojnarowski* ZASTOSOWANIE ODWIERTÓW MULTILATERALNYCH NA Z O ACH ROPY NAFTOWEJ W PÓ NEJ FAZIE EKSPLOATACJI

Statyka płynów - zadania

Metodyka wyznaczenia korelacji wybranych wielkości eksploatacyjnych z parametrami złożowymi dla odwiertów udostępniających formacje łupkowe

SPOSÓB POSTĘPOWANIA W OBLICZANIU ZASOBÓW ZŁÓŻ ROPY NAFTOWEJ NIEDOSYCONEJ, Z CZAPĄ GAZOWĄ I ZŁÓŻ GAZU ZIEMNEGO METODAMI OBJĘTOŚCIOWYMI

Rok akademicki: 2012/2013 Kod: WGG GZ-s Punkty ECTS: 4. Kierunek: Górnictwo i Geologia Specjalność: Gazownictwo ziemne

Zapora ziemna analiza przepływu ustalonego

BIOMECHANIKA KRĘGOSŁUPA. Stateczność kręgosłupa

Badania charakterystyki sprawności cieplnej kolektorów słonecznych płaskich o zmniejszonej średnicy kanałów roboczych

Chemia fizyczna/ termodynamika, 2015/16, zadania do kol. 2, zadanie nr 1 1

Numeryczna symulacja opływu wokół płata o zmodyfikowanej krawędzi natarcia. Michał Durka

Analiza stateczności zbocza

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

Ćwiczenie laboratoryjne Parcie wody na stopę fundamentu

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

Kontrola stanu technicznego. przy zastosowaniu metod geofizyki otworowej

Materiały pomocnicze z Aparatury Przemysłu Chemicznego

ZUŻYCIE ENERGII DO OGRZEWANIA LOKALU W BUDYNKU WIELORODZINNYM. Paweł Michnikowski

POMIAR STRUMIENIA PŁYNU ZA POMOCĄ ZWĘŻEK.

MoŜliwości realizacji CCS w Grupie LOTOS z wykorzystaniem złóŝ ropy naftowej na Bałtyku

Modelowanie procesów wypierania metanu zawartego w głębokich poziomach solankowych przy udziale sekwestracji CO 2

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

Sterowanie wielkością zamówienia w Excelu - cz. 3

Janusz Kośmider. Zjawiska przepływowe w odwiertach naftowych

METODA ELEMENTÓW SKOŃOCZNYCH Projekt

Transkrypt:

NAFTA-GAZ luty 2013 ROK LXIX Krzysztof Miłek, Wiesław Szott, Andrzej Gołąbek Instytut Nafty i Gazu, Oddział Krosno Symulacyjne badanie procesów wypierania metanu rozpuszczonego w wodach złożowych poprzez zatłaczanie gazów kwaśnych w ramach ich sekwestracji Wstęp Metan rozpuszczony w warstwach wodonośnych może w przyszłości stanowić istotne źródło dla procesu generowania złóż gazowych powstałych w oparciu o różnice rozpuszczalności pomiędzy CH 4 a zatłaczanym CO 2, który łatwiej ulega rozpuszczeniu, wypierając przy tym z fazy wodnej CH 4. Jednocześnie podczas zatłaczania CO 2 do struktur zawodnionych dochodzi do jego sekwestracji, co ma wymierne korzyści zarówno ekonomiczne, jak i ekologiczne. W związku z realizacją zadania poświęconego laboratoryjnemu wypieraniu CH 4 rozpuszczonego w solance za pomocą CO 2 zaistniała potrzeba modelowania tego eksperymentu przy użyciu kompozycyjnego symulatora złożowego, w celu dokładniejszej analizy przebiegu tego eksperymentu. Celem niniejszej pracy było zweryfikowanie metod niezbędnych do modelowania numerycznego procesu wypierania CH 4 z solanki za pomocą CO 2 przy jednoczesnym odtworzeniu danych eksperymentalnych. W pracy przetestowano oprogramowanie, a w szczególności moduł GA- SWAT z pakietu ECLIPSE [1] (za pomocą którego możliwe jest symulowanie procesów uwzględniających m.in. efekt rozpuszczalności gazów), będącego w dyspozycji Instytutu Nafty i Gazu. Dla lepszego zrozumienia zjawisk zachodzących w złożach zbudowano jednowymiarowy, numeryczny model migracji gazów w złożach w oparciu o wykonany w Zakładzie Badania Złóż Ropy i Gazu INiG fizyczny model złoża. Weryfikacja eksperymentu laboratoryjnego została przeprowadzona w oparciu o modelowanie procesów fazowych zachodzących w trakcie zatłaczania oraz procesów migracji CO 2 w ośrodku porowatym. Autorom nie są znane prace, w których podjęto się zagadnienia dotyczącego wypierania CH 4 z solanki za pomocą CO 2. Model migracji gazów w złożu Ogólna charakterystyka modelu fizycznego złoża W celu lepszego zrozumienia zjawisk fazowych zachodzących w złożu na podstawie wcześniejszych doświadczeń [2, 3] został opracowany numeryczny model złoża, przypominający tzw. cienką rurkę. Model symulacyjny fizycznego złoża zbudowany jest z dwóch tysięcy dwustu bloków połączonych w jeden szereg o długości 2,2 m (rysunek 1). Pojedynczy blok symulacyjny posiada przekrój o wymiarach 0,0458 0,0458 m (powierzchnia takiego bloku odpowiada przekrojowi kołowemu o średnicy 0,051 m), a wysokość każdego z bloków wynosi 0,001 m. Siatka bloków modelu o wymiarach 1 1 2200 jest jednorodna, użyty model cechuje się też jednorodną porowatością, φ = 0,3534, i przepuszczalnością, k = 1 darcy. 112

artykuły Tablica 1. Parametry równania PR dla gazu rodzimego/zatłaczanego Parametry równania PR dla gazu rodzimego/zatłaczanego Składnik T kryt [K] P kryt [bar] Z kryt ACF CH 4 190,6 46 0,229 0,0108 CO 2 304,2 73,8 0,229 0,2273 H 2 O 647,3 221,2 0,288 0,3434 Współczynniki binarne Składnik CH 4 CO 2 H 2 O CH 4 CO 2 0,1 H 2 O 0,1986 0,17 Rys. 1. Schemat modelu symulacyjnego złoża W modelu uwzględniono obecność dwóch faz: gazu i wody złożowej. Pod względem składu chemicznego zidentyfikowano gaz zatłaczany (100% CO 2 ) oraz gaz rodzimy (100% CH 4 ). Podano parametry płynów dla modelu trójskładnikowego opisanego przy pomocy równania stanu Penga- Robinsona. Parametry wymagane przez równanie stanu poszczególnych składników zaprezentowano w tablicy 1. Woda złożowa w modelu charakteryzuje się następującymi właściwościami: gęstość: ρ w = 1131 kg/m 3, ściśliwość: c w = 3,498 10 5 1/bar, współczynnik objętościowy: B w = 1,05, lepkość: μ w = 0,66 cp, 1/μ w dμ w /dp = 6 10 5 1/bar, rozpuszczalność CH 4 : R S,CH4 = 1,634 Nm 3 /Nm 3 (w warunkach eksperymentu), rozpuszczalność CO 2 : R S,CO2 = 16,00 Nm 3 /Nm 3 (w warunkach eksperymentu), Dodatkowe parametry modelu to: temperatura złożowa eksperymentu: T zł = 100 C, ciśnienie złożowe eksperymentu: P zł = 266 bar (przy zaniedbaniu niewielkich gradientów ciśnień), warunki normalne: T N = 0 C, P N = 1 atm. Jako warunki brzegowe badanego procesu przyjęto stałą wydajność wypływu zgazowanej solanki z górnego końca rurki oraz stałe tłoczenia według harmonogramu eksperymentu (tablica 2) do dolnego końca złoża. W czasie odbioru czapy gazowej przyjęto stałą wydajność wypływu gazu z górnego końca złoża. Jako warunki początkowe omawianego procesu przyjęto wypełnienie przestrzeni porowej solanką nasyconą CH 4. W modelowaniu uwzględniono: zjawisko rozpuszczalności gazów (CO 2, CH 4 ) w wodzie, zjawisko dyfuzji w fazie wodnej, Czas rozpoczęcia tłoczenia/odbioru Czas zakończenia tłoczenia/odbioru Jednostki - - Tablica 2. Harmonogram eksperymentu Nr tłoczenia CO 2 i odbioru solanki 1 2 3 4 5 6 2012-05-31 15:30 2012-05-31 15:38 2012-06-04 09:30 2012-06-04 09:34 2012-06-06 14:20 2012-06-06 14:24 2012-06-08 08:45 2012-06-08 08:49 2012-06-11 07:50 2012-06-11 07:54 2012-06-13 08:30 2012-06-13 08:34 Odbiór czapy gazowej 2012-06-14 08:00 2012-06-14 09:00 Odbiór solanki 2012-06-14 09:00 2012-06-14 09:35 G inj (0 C, 1 bar) Nm 3 10-6 24,00 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 0,00 0,00 W p (25 C, 1 bar) Rm 3 10-6 34,00 16,80 16,60 17,30 16,80 17,30 0,00 81,00 Gp (25 C, 1 bar) Rm 3 10-6 56,00 21,20 21,40 19,70 21,20 22,70 828,00 450,00 W inj (pomiędzy cyklami) (25 C, 266 bar) Rm 3 10-6 1,71 3,03 3,48 3,96 2,45 1,68 3,04 82,00 nr 2/2013 113

NAFTA-GAZ zjawisko dyfuzji w fazie gazowej. W celu ustalenia równowagi dla zadanej maksymalnej rozpuszczalności CH 4 przy zadanych warunkach eksperymentu zmodyfikowano zasolenie solanki, przy której zadana objętość CH 4 w złożu fizycznym uległa całkowitemu rozpuszczeniu. Następnie zmodyfikowano współczynniki binarne w celu korekcji rozpuszczalności dla CO 2 w zadanej solance. W trakcie weryfikacji modelu symulacyjnego przyjmowano zmienne wartości parametrów opisujących zjawisko dyfuzji w gazie oraz w wodzie. Modyfikowano współczynniki dyfuzji dla wszystkich trzech składników, w celu zbadania ich wpływu na szybkość migracji w badanym układzie. W trakcie analizy wyników symulacji okazało się, że niewielkie współczynniki dyfuzyjności w fazie wodnej wpływały w istotny sposób na czas pojawienia się czapy gazowej, jej wielkość oraz na zawartość w niej CH 4 oraz CO 2. Ważna była nie tylko ich wielkość, ale również proporcja pomiędzy nimi. Dla dyfuzji w fazie gazowej przyjęto zerowe wielkości współczynników dyfuzji dla wszystkich składników, ze względu na uzyskane bardzo dobre odtworzenie eksperymentu laboratoryjnego poprzez niewielkie modyfikacje dyfuzji w fazie wodnej. Podejmowane próby modyfikacji dyfuzji w fazie gazowej skutkowały otrzymaniem zawyżonej zawartości CO 2 z odbieranej czapy gazowej. Wyniki symulacji W oparciu o uzyskane dane z pomiarów laboratoryjnych odtworzono eksperyment, który podzielono na trzy główne etapy: Etap I sześć kilkuminutowych faz tłoczenia CO 2 zsynchronizowanych z równoczesnym odbiorem solanki wg harmonogramu (tablica 2). W okresach pomiędzy tymi fazami podtrzymywano stałe ciśnienie poprzez dotłoczenie wody. Etap trwał od 31.05.2012 r., godz. 15:30 do 14.06.2012 r., godz. 8:00. Etap II odbiór czapy gazowej z równoczesnym dotłoczeniem wody w celu utrzymania stałego ciśnienia. Etap trwał od godz. 8:00 do godz. 9:00 w dniu 14.06.2012 r. Etap III odbiór zgazowanej solanki z jednoczesnym dotłoczeniem wody w celu utrzymania stałego ciśnienia. Etap trwał od godz. 9:00 do godz. 9:35 w dniu 14.06.2012 r. W poszczególnych etapach modelowania eksperymentu, dla uzyskania wysokiej zgodności wyników symulacji z pomiarami eksperymentalnymi, sterowano wypływem oraz tłoczeniem: w etapie I: q inj,co2 wydajnością zatłaczania CO 2 : wynikającą z całkowitej ilości zatłoczonego CO 2 do złoża (G inj ) w poszczególnych etapach tłoczenia, q w wydajnością wypływu wody: wynikającą z całkowitej ilości zgazowanej solanki odebranej ze złoża (W p ) w poszczególnych etapach tłoczenia, q inj,w wydajnością zatłaczania wody: wynikającą z sumarycznej ilości wody zatłoczonej do złoża (W inj ) w czasie tzw. stójek pomiędzy poszczególnymi fazami tłoczenia CO 2 ; w etapie II: q g wydajnością wypływu gazu: wynikającą z całkowitej ilości odebranego gazu pochodzącego z czapy gazowej odebranej ze złoża (G p ), 0,00025 0,00020 Wynik symulacji Dane pomiarowe Wp [Nm 3 ] 0,00015 0,00010 0,00005 0,00000 31 05 00:00 02 06 00:00 04 06 00:00 06 06 00:00 08 06 00:00 10 06 00:00 12 06 00:00 00:00 16 06 00:00 Rys. 2. Wydobycie sumaryczne wody ze złoża podczas trwania eksperymentu. Etapy I, II i III 114 nr 2/2013

artykuły q inj,w wydajnością zatłaczania wody: wynikającą z sumarycznej ilości wody zatłoczonej do złoża (W inj ) w czasie odbioru czapy gazowej; w etapie III: q w wydajnością wypływu wody: wynikającą z całkowitej ilości odebranej ze złoża solanki nasyconej rozpuszczonym w niej gazem (W p ), q inj,w wydajnością zatłaczania wody: wynikającą z sumarycznej ilości wody zatłoczonej do złoża (W inj ) w czasie odbioru zgazowanej solanki. W wyniku przeprowadzonych symulacji starano się odtworzyć w poszczególnych etapach: w etapie I: sumaryczną ilość odebranego gazu pochodzącego z odgazowania solanki; w etapie II: moment pojawienia się czapy gazowej oraz jej wielkość, brak odbioru wody podczas odbioru czapy gazowej, skład chemiczny odbieranego gazu; w etapie III: ilość gazu pochodzącego z odgazowania odebranej solanki, skład chemiczny odebranego gazu. Na rysunku 2 przedstawiono sumaryczną ilość wody wydobytej ze złoża. Wielkość ta pokrywa się z danymi 0,00025 0,00020 Wynik symulacji Dane pomiarowe 0,00015 Wp [Nm 3 ] 0,00010 0,00005 0,00000 07:45 08:00 08:15 08:30 08:45 09:00 09:15 09:30 09:45 09:59 10:14 10:29 10:44 10:59 11:14 Rys. 3. Wydobycie sumaryczne wody ze złoża podczas trwania eksperymentu. Etapy II i III 0,0016 0,0014 Wynik symulacji Dane pomiarowe 0,0012 Gp [Nm 3 ] 0,0010 0,0008 0,0006 0,0004 0,0002 0,0000 31 05 00:00 02 06 00:00 04 06 00:00 06 06 00:00 08 06 00:00 10 06 00:00 12 06 00:00 00:00 16 06 00:00 Rys. 4. Wydobycie sumaryczne gazu ze złoża podczas trwania eksperymentu. Etapy I, II i III nr 2/2013 115

NAFTA-GAZ 0,0016 0,0014 Wynik symulacji Dane pomiarowe 0,0012 Gp [Nm 3 ] 0,0010 0,0008 0,0006 0,0004 0,0002 0,0000 07:45 08:14 08:43 09:12 09:40 10:09 10:38 11:07 Rys. 5. Wydobycie sumaryczne gazu ze złoża podczas trwania eksperymentu. Etapy II i III 80% 70% Wynik symulacji Dane pomiarowe 60% 50% c CO2 [ ] 40% 30% 20% 10% 0% 07:45 08:00 08:15 08:30 08:45 09:00 09:15 09:30 09:45 Rys. 6. Zawartość CO 2 w gazie. Etapy II i III eksperymentalnymi w każdej fazie eksperymentu. Analizując odbiór czapy gazowej (rysunek 3), który rozpoczął się 14.06.2012 r. o godz. 8:00, można stwierdzić, że w tym czasie aż do rozpoczęcia kolejnej fazy odbioru płynów ze złoża (14.06.2012 r., godz. 9:00) nie wydobyto wody czego należało oczekiwać stosownie do danych eksperymentalnych. Niedoskonałości aparatury badawczej, możliwość mieszania się wody nienasyconej pochodzącej z elementów aparatury badawczej z solanką pochodzącą ze złoża, jak i niewielkie ilości odbieranych płynów przyczyniły się do zaburzeń pomiarów laboratoryjnych, według których z odgazowania solanki otrzymywano mniej gazu niż wynikałoby to z pierwotnego wykładnika gazowego, wynoszącego WG = 1,634 Nm 3 /Nm 3. Niedoskonałości pomiarów przyczyniły się do wystąpienia obserwowanych różnic pomiędzy wynikami symulacji a danymi eksperymentalnymi (rysunek 4). Wobec powyższego nie można było ustalić jakości dopasowania dla większości pomiarów laboratoryjnych. Jeśli pominąć niedoskonałości etapu I, to można zauważyć, że ilość odebranego gazu w etapie III (rysunek 5) jest zbliżona do ilości wykazanej z danych laboratoryjnych (różnica względna ~10%). Podczas odbioru czapy gazowej powstałej w czasie trwania eksperymentu poddawano analizie jej skład chemiczny (rysunek 6). Podobnej analizie podlegał również 116 nr 2/2013

artykuły gaz pochodzący z odgazowania solanki. Skład gazu wygenerowany w procesie symulacji odtwarza w bardzo dobrym stopniu wyniki pomiarów laboratoryjnych. Jak widać z rysunku 6, skład wolnego gazu to przede wszystkim wyparty z solanki CH 4, natomiast gaz pochodzący z odgazowania solanki to w głównej mierze CO 2. Analiza rozkładów nasycenia gazem oraz zawartości CO 2 i CH 4 w gazie Szczegółowe wyjaśnienie zjawisk zachodzących w złożu w trakcie opisywanego procesu wypierania możliwe jest dzięki analizie rozkładów odpowiednich wielkości we- Rys. 7. Etap I, stan przed zatłaczaniem nr 1 (31.05.2012 r., godz. 15:30) Rys. 8. Etap I, stan po zatłaczaniu nr 1 (31.05.2012 r., godz. 15:38) nr 2/2013 117

NAFTA-GAZ wnątrz złoża dla różnych etapów zaawansowania procesu. Rozkłady dla nasycenia gazem, S g, zawartością CH 4 w gazie, c CH4 (YMF1), zawartością CO 2 w gazie, c CO2 (YMF2), oraz przeskalowaną ( 500) zawartością CH 4 w solance, c CH4w (NXMF1), na poszczególnych etapach eksperymentu przedstawiono na rysunkach 7 13: stan przed rozpoczęciem zatłaczania: 31.05.2012 r., 15:30 (rysunek 7), I porcja zatłoczonego CO 2 : 31.05.2012 r., 15:38 (rysunek 8), przepływ CO 2 do góry wraz z jego rozpuszczaniem się: 4.06.2012 r., 9:30 (rysunek 9), Rys. 9. Etap I, stan przed zatłaczaniem nr 2 (4.06.2012 r., godz. 9:30) Rys. 10. Etap I, stan po zatłaczaniu nr 6 (13.06.2012 r., godz. 8:34) 118 nr 2/2013

artykuły VI porcja zatłoczonego CO 2 : 13.06.2012 r., 8:34 (rysunek 10), pojawienie się pierwszej czapy gazowej na stropie złoża: 14.06.2012 r., 8:00 (rysunek 11), sczerpanie czapy gazowej, początek odbioru zgazowanej solanki: 14.06.2012 r., 9:00 (rysunek 12), koniec odbioru zadanej objętości zgazowanej solanki: 14.06.2012 r., 9:35 (rysunek 13). Z powyżej wymienionych rozkładów wynika: 1) istnienie frontu: gaz wypierany woda przemieszczającego się ku górze przy obecności minimalnego nasycenia gazem (S gcr @ 0,034), Rys. 11. Etap II, stan przed odbiorem czapy gazowej (14.06.2012 r., godz. 8:00) Rys. 12. Etapy II i III, stan po odbiorze czapy gazowej, a przed odbiorem zgazowanej solanki (14.06.2012 r., godz. 9:00) nr 2/2013 119

NAFTA-GAZ 2) wynikające z 1) istnienie strefy wodnej (S w @ 1,0) o malejącej rozpiętości i zanikającej pomiędzy 13.06.2012 r., 8:34 a 14.06.2012 r., 8:00, 3) istnienie frontu CH 4 (o zawartości < 100% w przemieszczającym się gazie) wypieranego przez rozpuszczający się w wodzie CO 2 o 10-krotnie większej rozpuszczalności, 4) istnienie rozpuszczonego CO 2 znajdującego się przed gazowym frontem CH 4, 5) wynikające z 3), 4) i rysunku 14 zjawisko wypiera- Rys. 13. Etap III, stan po odbiorze zgazowanej solanki (14.06.2012 r., godz. 9:35) 0,015 0,012 cch4 (H2O) x = 0,1 m c [ ] 0,009 0,006 cco2 (H2O) x = 0,1 m cch4 (H2O) x = 1,1 m cco2 (H2O) x = 1,1 m cch4 (H2O) x = 2,1 m cco2 (H2O) x = 2,1 m 0,003 0 31 05 00:00 02 06 00:00 04 06 00:00 06 06 00:00 08 06 00:00 10 06 00:00 12 06 00:00 00:00 16 06 00:00 Rys. 14. Koncentracja CH 4 oraz CO 2 na poszczególnych odległościach od górnego końca złoża 120 nr 2/2013

artykuły nia rozpuszczonego uprzednio w solance CH 4 przez przepływający przez złoże CO 2, 6) wynikająca z 5) wyższa rozpuszczalność CO 2 od wypieranego CH 4, co skutkowało powstawaniem w czasie relaksacji przekładki strefy wodnej, z powodu rozpuszczenia się większej ilości CO 2 od ilości wypartego CH 4 (gdzie S g 0,034) pomiędzy strefami gazowymi, 7) przepływ gazu ku górze aż do momentu spadku nasycenia gazem do jego nasycenia krytycznego (S gcr = 0,034), 8) wynikający z rysunku 14 niewielki, choć zauważalny efekt zmian wielkości rozpuszczenia się CO 2 (jak również CH 4 ) wskutek niewielkich zmian ciśnienia w złożu, 9) wynikające z 2) pojawienie się czapy gazowej o odpowiedniej wielkości, która mogła zostać odebrana bez wypływu wody, 10) niewielkie, choć zauważalne mieszanie się CO 2 z CH 4, czego wynikiem był odbiór czapy gazowej zanieczyszczonej przez CO 2. Podsumowanie i wnioski W ramach niniejszej pracy zrealizowano następujące zadania: 1. Zebrano oraz dokładnie przeanalizowano, poddając jednocześnie weryfikacji, otrzymane dane eksperymentalne pochodzące z eksperymentu laboratoryjnego zrealizowanego w Zakładzie Badania Złóż Ropy i Gazu, Instytutu Nafty i Gazu. 2. Skonstruowano model migracji gazu zachodzącej w fizycznym modelu złoża. 3. W skonstruowanym modelu zaimplementowano dane pomiarowe z eksperymentu laboratoryjnego pozwalające na jego odtworzenie. 4. Odtworzono poprawnie otrzymane dane eksperymentalne, a przede wszystkim: sumaryczną ilość wydobytego gazu, G p, sumaryczną ilość wydobytej wody, W p, moment pojawienia się czapy gazowej oraz jej wielkość, skład gazu pochodzącego z wydobywanej czapy gazowej (etap II), skład gazu pochodzącego z odgazowania solanki wydobytej po etapie odbioru czapy gazowej (etap III). 5. Przeprowadzono szczegółową analizę wyników powyższej symulacji. Wnioski z wykonanych analiz i prognoz symulacyjnych: Nasycenie krytyczne gazem, przy którym gaz staje się mobilny, odgrywa decydującą rolę w szybkości jego przemieszczania się w złożu, jak i czasie pojawienia się czapy gazowej przy górnym końcu modelu fizycznego złoża. Znaczna różnica pomiędzy rozpuszczalnością CO 2 a CH 4 (10-krotna na korzyść pierwszego związku) ma duże znaczenie dla zjawisk zachodzących w złożu towarzyszących powstawaniu wolnej czapy gazowej, składającej się przede wszystkim z CH 4. Efektywna migracja swobodnego CO 2 wynika z istnienia sił wyporu oraz gradientu potencjałów. Powoduje to pionowy przepływ zatłaczanego gazu ku górze, aż do spadku nasycenia gazem poniżej nasycenia krytycznego. Transport rozpuszczonego CO 2 w modelu fizycznym złoża zachodzi również w wyniku przepływu wody oraz dyfuzji CO 2 w środowisku wodnym. Uwzględnienie dyfuzji molekularnej gazów powoduje rozproszenie się gazu zatłaczanego w poszerzonym obszarze (w kierunku przepływu gazu oraz wody) i w efekcie zmiany koncentracji składu wydobywanego gazu. Znacząca zmiana składu gazu rozpuszczonego w solance wydobytej po zakończeniu wydobycia czapy gazowej wynika z dużej ilości CO 2 rozpuszczonego w wydobywanej wodzie. Dzięki symulatorowi kompozycyjnemu możliwe było dokładniejsze (względem pomiarów) określenie ilości wydobytego CH 4 oraz określenie stopnia sczerpania pierwotnej ilości tego gazu (tablica poniżej). Etap I II III Koniec etapu 14.06.2012 8:00 14.06.2012 9:00 14.06.2012 9:35 G p (CH 4 ) [Nm 3 10-3 ] W p [Nm 3 10-3 ] Sczerpanie CH 4 [%] Sczerpanie wody [%] 0,17 0,12 6,25 6,48 0,77 0,12 28,46 6,48 0,94 0,20 34,60 10,88 Symulacje numeryczne mogą stanowić cenne narzędzie dla bliższego poznania procesów zachodzących w złożu podczas wypierania CH 4 przez CO 2. Dzięki nr 2/2013 121

NAFTA-GAZ nim możliwe jest również ocenienie skali danego zjawiska. Pomiary eksperymentu laboratoryjnego można przenieść na model rzeczywistego złoża, jednak należy zaznaczyć, że dla prawidłowej oceny procesu wypierania CH 4 z solanki potrzebny jest szereg danych pomiarowych dotyczących tego złoża. Literatura [1] Symulator ECLIPSE 300 Release 2008.2 firmy GeoQuest, Schlumberger. [2] Szott W. i in.: Symulacyjne modelowanie procesów sekwestracji gazów kwaśnych w zawodnionych poziomach złoża Borzęcin. Konstrukcja modelu symulacyjnego do badań procesów migracji gazów w strukturach geologicznych Borzęcin. Krosno, czerwiec 2009. [3] Szott W.: Symulacja laboratoryjnych testów wypierania mieszającego dla polskich złóż ropno-gazowych przy pomocy symulatora Eclipse Compositional. Kraków, czerwiec 2006. Mgr inż. Krzysztof Miłek absolwent Wydziału Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH w Krakowie. Od 2009 roku pracownik Zakładu Symulacji Złóż Węglowodorów i PMG Instytutu Nafty i Gazu Oddział Krosno. Zajmuje się tematyką związaną z numerycznym modelowaniem złóż węglowodorów i podziemnych magazynów gazu. Dr Wiesław Szott absolwent Uniwersytetu Jagiellońskiego i Texas A&M University. Założyciel i kierownik Zakładu Symulacji Złóż Węglowodorów i PMG Instytutu Nafty i Gazu Oddział Krosno. Od ponad 20 lat zajmuje się problematyką modelowania i symulacji złożowych. Autor przeszło 30 prac naukowych i licznych opracowań, głównie z zakresu powyższej tematyki. Mgr inż. Andrzej Gołąbek absolwent Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Rzeszowskiej. Od 2008 roku pracownik Zakładu Symulacji Złóż Węglowodorów i PMG Instytutu Nafty i Gazu Oddział Krosno. Zajmuje się różnorodnymi zagadnieniami z zakresu symulacji złóż i informatyki. 122 nr 2/2013