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

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

Wpływ mikrocementu na parametry zaczynu i kamienia cementowego

Analiza porównawcza sposobu pomiaru jakości spalania gazu w palnikach odkrytych

Wpływ warunków separacji ropy na wielkość jej wydobycia

Rozpuszczalność CO 2 i rodzimych gazów ziemnych w solance złożowej

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

Wpływ współrozpuszczalnika na zjawisko rozdziału faz w benzynie silnikowej zawierającej do 10% (V/V ) bioetanolu

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

Analiza zmiany objętości węglowodorów gromadzonych w danej strukturze w czasie geologicznym z wykorzystaniem modelowania PetroCharge

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

Czy równowaga jest procesem korzystnym? dr hab. prof. nadzw. Małgorzata Jóźwiak

pętla nastrzykowa gaz nośny

WYZNACZANIE ROZMIARÓW

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

Podstawowe prawa opisujące właściwości gazów zostały wyprowadzone dla gazu modelowego, nazywanego gazem doskonałym (idealnym).

RÓWNOWAGA CIECZ PARA W UKŁADZIE DWUSKŁADNIKOWYM

prof. dr hab. Małgorzata Jóźwiak

Przedmiot: Chemia budowlana Zakład Materiałoznawstwa i Technologii Betonu

3. Przejścia fazowe pomiędzy trzema stanami skupienia materii:

chemia wykład 3 Przemiany fazowe

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

Dyfuzja w gazach - jaka jest szybkość dyfuzji. oraz jakie inne czynniki wpływają na to zjawisko.

TERMODYNAMIKA I TERMOCHEMIA

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

Prawa gazowe- Tomasz Żabierek

Dyfuzja w cieczach - jak szybko zachodzi i od czego zależy.

Badania przepuszczalności rdzeni wiertniczych z użyciem różnych płynów złożowych

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

Polskie Normy opracowane przez Komitet Techniczny nr 277 ds. Gazownictwa

ZAGROŻENIA NATURALNE W OTWOROWYCH ZAKŁADACH GÓRNICZYCH

Wymagania gazu ziemnego stosowanego jako paliwo. do pojazdów

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

Wykład 6. Klasyfikacja przemian fazowych

CHROMATOGRAFIA BARWNIKÓW ROŚLINNYCH

Analiza wpływu wytworzenia zapasu obowiązkowego na koszt świadczenia usług magazynowych

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 19/15

AUTOMATYKA I STEROWANIE W CHŁODNICTWIE, KLIMATYZACJI I OGRZEWNICTWIE L4 STEROWANIE KOLUMNĄ REKTYFIKACYJNĄ

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

BUDOWA ATOMU KRYSTYNA SITKO

Badanie właściwości związków powierzchniowo czynnych

Woda to substancja niezbędna do życia. Oznacza to, że używasz jej, wykonując podstawowe czynności życia codziennego.

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

SKRYPTY ZAJĘĆ Z CHEMII SZKOŁA PONADGIMNAZJALNA

WYSTĘPOWANIE METANU W POKŁADACH WĘGLA BRUNATNEGO. 1. Wstęp. 2. Metodyka wykonania badań laboratoryjnych próbek węgla na zawartość metanu

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Analizy PVT jako skuteczne narzędzie w rękach inżyniera naftowego. Część 1: laboratoryjne badania PVT

Skraplanie czynnika chłodniczego R404A w obecności gazu inertnego. Autor: Tadeusz BOHDAL, Henryk CHARUN, Robert MATYSKO Środa, 06 Czerwiec :42

Wpływ szkła wodnego potasowego na parametry zaczynów cementowo-lateksowych

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2019 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Specyficzne własności helu w temperaturach kriogenicznych

Rentgenowska mikrotomografia komputerowa w badaniu skał węglanowych

WYMAGANIA EDUKACYJNE FIZYKA ROK SZKOLNY 2017/ ) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Izoterma rozpuszczalności w układzie trójskładnikowym

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów

Materiały i tworzywa pochodzenia naturalnego

Egzamin końcowy Średnia arytmetyczna przedmiotów wchodzących w skład modułu informacje dodatkowe

Układ Otoczenie Faza układu Składnik układu Układ dyspersyjny

Wykład 10 Równowaga chemiczna

TEMAT: BADANIE ZJAWISKA TOPNIENIA I KRZEPNIĘCIA WODY

Równanie gazu doskonałego

Ciśnienie definiujemy jako stosunek siły parcia działającej na jednostkę powierzchni do wielkości tej powierzchni.

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Ćwiczenie 2. Charakteryzacja niskotemperaturowego czujnika tlenu. (na prawach rękopisu)

OFERTA TEMATÓW PROJEKTÓW DYPLOMOWYCH (MAGISTERSKICH) do zrealizowania w Katedrze INŻYNIERII CHEMICZNEJ I PROCESOWEJ

Modelowanie w ochronie środowiska

(54) Sposób wydzielania zanieczyszczeń organicznych z wody

PODSTAWOWE POJĘCIA I PRAWA CHEMICZNE

Wpływ podziemnego magazynowania gazu na efektywność eksploatacji złóż w PGNiG SA, Odział w Sanoku

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

WYKONUJEMY POMIARY. Ocenę DOSTATECZNĄ otrzymuje uczeń, który :

Roztwory. Homogeniczne jednorodne (jedno-fazowe) mieszaniny dwóch lub więcej składników.

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2018 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Utrwalenie wiadomości. Fizyka, klasa 1 Gimnazjum im. Jana Pawła II w Sułowie

WYDZIAŁ CHEMICZNY POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ KATEDRA TECHNOLOGII CHEMICZNEJ. Laboratorium LABORATORIUM Z TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

Równowagi fazowe. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

wymiana energii ciepła

Zjawiska powierzchniowe

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

Przemiany energii w zjawiskach cieplnych. 1/18

Wyniki pomiarów jakości powietrza prowadzonych metodą pasywną w Kolonowskiem w 2014 roku

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

Lekcja 6. Rodzaje sprężarek. Parametry siłowników

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

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

NAFTA-GAZ październik 2009 ROK LXV

Ciepło właściwe. Autorzy: Zbigniew Kąkol Bartek Wiendlocha

KATEDRA INŻYNIERII CHEMICZNEJ I PROCESOWEJ INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH LABORATORIUM INŻYNIERII CHEMICZNEJ, PROCESOWEJ I BIOPROCESOWEJ

Ćwiczenie 2: Właściwości osmotyczne koloidalnych roztworów biopolimerów.

Wiktor Hibner Marian Rosiński. laboratorium techniki cieplnej

Wykład 3. Diagramy fazowe P-v-T dla substancji czystych w trzech stanach. skupienia. skupienia

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA DYFUZJI W FAZIE GAZOWEJ

WYKŁAD 7. Diagramy fazowe Dwuskładnikowe układy doskonałe

SZKOLENIE PODSTAWOWE STRAŻAKÓW RATOWNIKÓW OSP Temat 11: Spalanie wybuchowe. Piotr Wójcik

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

Instytut Nawozów Sztucznych Puławy. Wyposażenie Laboratorium Wysokich Ciśnień w nowoczesną infrastrukturę badawczą

SPRAWOZDANIE Z MONITORINGU JAKOŚCI POWIETRZA W 2009 ROKU

Awaryjne przetłaczanie amoniaku w zdarzeniach komunikacyjnych założenia metody. Warszawa, 01 grudzień 2014r. Barszcz Robert

Zajęcia laboratoryjne

POLITECHNIKA OPOLSKA WYDZIAŁ BUDOWNICTWA Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych Laboratorium Materiałów Budowlanych. Raport LMB 326/2012

Transkrypt:

NAFTA-GAZ luty 2011 ROK LXVII Jerzy Kuśnierczyk Instytut Nafty i Gazu, Oddział Krosno Badanie procesów dyfuzji i rozpuszczania się gazu ziemnego w strefie kontaktu z ropą naftową Wstęp Badania mieszanin węglowodorowych prowadzone dla oceny zjawisk fazowych w warunkach zmiennego ciśnienia i temperatury wykonywane są w stanie równowagi dynamicznej, i polegają na dokładnym wymieszaniu obu faz aż do uzyskania ustalonych parametrów tej równowagi. Inny proces zachodzi natomiast podczas statycznego układu na kontakcie fazy gazowej i ciekłej, gdzie obydwie fazy pozostają w kontakcie na granicy przez dłuższy czas. W takich warunkach zachodzi proces dyfuzji gazu w cieczy zasadniczo różniący się od wcześniej wspomnianych warunków dynamicznych. Ten istotny problem może występować w przypadku magazynowania paliw ciekłych, gdy gaz stosowany jest jako czynnik wyporowy. Artykuł pokazuje podstawowe wyniki badań procesu dyfuzji gazu wykonane na kontakcie gazu ziemnego i ropy naftowej w temperaturach 40 C i 60 C, przy ciśnieniu 100, 60 i 20 bar, przy różnym czasie kontaktu. Teoretyczne podstawy dyfuzji i rozpuszczania się gazu w cieczy Dyfuzją nazywamy proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą i/lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka. Efektem dyfuzji w gazach i cieczach jest wyrównywanie się stężeń wszystkich składników w całej objętości fazy. Osiągnięcie stanu równowagi nie oznacza jednak ustania dyfuzji. Trwa ona nadal, natomiast dzięki dokładnemu wymieszaniu się wszystkich składników nie prowadzi już do zmian stężenia. Bezpośrednią przyczyną dyfuzji jest istnienie gradientu stężenia na granicy zetknięcia się dwóch faz; im większy jest gradient stężenia, tym proces dyfuzji przebiega szybciej. Ze względu na wielkość zjawiska, rozróżnia się dwa podstawowe rodzaje dyfuzji: dyfuzja śledzona (ang. tracer diffusion) jest procesem na poziomie mikroskopowym, który polega na chaotycznym ruchu jednej, pojedynczej cząsteczki, dyfuzja chemiczna jest procesem makroskopowym, obejmującym znaczne ilości (objętości) płynów, prowadzącym do wyrównania się stężeń dyfundujących substancji w całym układzie [1, 2]. Procesy dyfuzji opisują prawa Ficka. Są one współcześnie wykorzystywane w modelowaniu tych procesów w cieczach, gazach, tkankach, biopolimerach, farmakologii oraz w wielu innych dziedzinach życia. Przygotowanie próbek oraz stanowiska laboratoryjnego Przebieg procesu dyfuzji oraz rozpuszczania się gazu ziemnego w ropie naftowej w warunkach statycznych badano na przykładzie pojemników ciśnieniowych umieszczonych w łaźni termostatycznej. W celu utrzymania określonego ciśnienia wszystkie trzy pojemniki były połączone równolegle od góry do butli z gazem ziemnym, z możliwością zamknięcia każdego z pojemników. Odczyt ciśnienia był możliwy dzięki manometrowi zamontowane- 120

artykuły mu na zaworze butli z gazem. Odbiór poszczególnych próbek nagazowanej ropy naftowej następował od dołu pojemnika. Odcinano wtedy gaz ziemny i podłączano azot. Schemat stanowiska badawczego przedstawiono na rysunku 1 [3]. W warunkach utrzymywanego w czapie gazowej stałego ciśnienia, zadane porcje ropy były rozgazowywane, dla określenia stopnia nasycenia gazem. Każda następna porcja ropy pochodziła kolejno z coraz wyższych partii pojemnika. Dla każdego pojemnika utrzymywany był różny czas kontaktu, w określonych warunkach ciśnienia i temperatury. W ten sposób uzyskiwano wielkość nasycenia każdej porcji ropy, w zależności od miejsca jej położenia w pojemniku. Rys. 1. Schemat stanowiska badawczego Pozwoliło to na określenie wielkości dyfuzji gazu w ropie, w funkcji głębokości. Czas utrzymywania próbek w danych warunkach ciśnienia i temperatury wahał się od dwóch do dziesięciu dni. Wyniki badań laboratoryjnych stopnia rozpuszczalności gazu ziemnego w ropie naftowej w warunkach statycznych Badanie pilotażowe Pierwsze badanie miało charakter pilotażowy i zostało przeprowadzone w celu wypracowania odpowiedniej procedury badawczo-pomiarowej. Wykonano je w temperaturze 20 C, przy ciśnieniu wynoszącym 100 bar. Próbki odbierano kolejno po 4, 5 i 7 dobach. Przykładowe wyniki uzyskanych pomiarów po 4 dobach przedstawiono w tablicy 1, a zbiorcze zestawienie wyników po 4, 5 i 7 dobach badania zobrazowano na rysunku 2. Po 4 dniach badania, dyfuzją gazu objęte było około 60% objętości ropy; po 5 dniach głębokość była zbliżona do poprzedniej i wynosiła 63,8%; natomiast po 7 dniach osiągnęła 65,7%. Objętość ropy na kroku pomiarowym V R Tablica 1. Odbiór nasyconej ropy naftowej w warunkach P = 100 bar i T = 20 C po 4 dobach Objętość gazu na kroku pomiarowym V g Procentowy udział badanej ropy objętej dyfuzją Stopień nasycenia badanej ropy gazem dla danego kroku [cm 3 ] [cm 3 ] [% obj.] [Ncm 3 /cm 3 ] 100 7 95,3 0,064 102 7 78,0 0,063 100 6 60,3 0,085 48 66 43,0 1,236 50 160 34,6 2,323 50 306 26,0 5,502 30 650 17,3 19,480 20 640 12,1 28,770 33 955 8,7 33,068 17 628 2,9 39,026 nr 2/2011 121

NAFTA-GAZ Rys. 2. Zestawienie wyników badań dla próbek ropy naftowej w temperaturze 20 C w czasie 2, 4, 5 i 9 dni. Zbiorcze wyniki zestawiono na rysunku 3. 2 dni wynosiła 37,6% całkowitej objętości ropy w pojemniku; po 4 dniach 45,1%, a po 5 dniach nieznacznie wzrosła do 45,8%. Najgłębiej strefa dyfuzji znajdowała się po 9 dniach, obejmując 54,5% objętości ropy. przy ciśnieniu 60 bar Rys. 3. Zestawienie wyników badań dla próbek ropy naftowej w temperaturze 40 C wyniki zestawiono na rysunku 4. 2 dni wynosiła 37,6% całkowitej dniach 47%. Najgłębiej strefa dyfuzji znajdowała się po 7 dniach, obejmując 56,3% objętości ropy. przy ciśnieniu 20 bar Rys. 4. Zestawienie wyników badań dla próbek ropy naftowej w temperaturze 40 C przy ciśnieniu 60 bar 122 nr 2/2011

artykuły Rys. 5. Zestawienie wyników badań dla próbek ropy naftowej w temperaturze 40 C przy ciśnieniu 20 bar wyniki zestawiono na rysunku 5. Dla poszczególnych badań, głębokość dyfuzji gazu w ropie w przypadku 2 dni wynosiła 26,3% całkowitej objętości ropy w pojemniku, a po 4 dniach 28,2%. Najgłębiej strefa dyfuzji znajdowała się po 7 dniach, obejmując 30,1% objętości ropy. Pomiędzy kolejnymi odbiorami próbek jest niewielka różnica procentowej objętości nagazowanej ropy; przyczyną tego mogą być niskie warunki ciśnienia, w jakich przeprowadzono badanie. wyniki zestawiono na rysunku 6. 2 dni wynosiła 33,8% całkowitej dniach 47%. Najgłębiej strefa dyfuzji znajdowała się po 7 dniach, obejmując 52,6% objętości ropy. Rys. 6. Zestawienie wyników badań dla próbek ropy naftowej w temperaturze 60 C przy ciśnieniu 60 bar wyniki zestawiono na rysunku 7. 2 dni wynosiła 37,6% całkowitej dniach 41,3%. Najgłębiej strefa dyfuzji znajdowała się po 7 dniach, obejmując 48,8% objętości ropy. przy ciśnieniu 20 bar Rys. 7. Zestawienie wyników badań dla próbek ropy naftowej w temperaturze 60 C przy ciśnieniu 60 bar w czasie 2, 4 i 10 dni. Zbiorcze wyniki zestawiono na rysunku 8. nr 2/2011 123

NAFTA-GAZ Rys. 8. Zestawienie wyników badań dla próbek ropy naftowej w temperaturze 60 C przy ciśnieniu 20 bar 2 dni wynosiła 30,1% całkowitej objętości ropy w pojemniku, a po 4 dniach 31,9%. Najgłębiej strefa dyfuzji znajdowała się po 10 dniach, obejmując 41,3% objętości ropy. W dwóch pierwszych przypadkach jest to niewielka różnica, natomiast w ostatnim można zauważyć znaczny wzrost głębokości, co spowodowane jest dłuższym przebywaniem próbki w określonych warunkach ciśnienia i temperatury. Podsumowanie Badania zmian wielkości strefy objętej dyfuzją gazu ziemnego przeprowadzono w temperaturach 20, 40 i 60 C, przy ciśnieniach 20, 60 i 100 bar, dla czasów kontaktu 2 10 dni. Prace badawcze wykonano na stanowisku wyposażonym w pojemniki ciśnieniowe oraz łaźnię termostatyczną. Pierwsze badanie jakie zostało wykonane miało charakter pilotażowy i służyło głównie wypracowaniu odpowiedniej procedury badawczej, dlatego też przeprowadzono je tylko w jednym ciśnieniu 100 bar, w temperaturze laboratoryjnej (20 C). Jak można zauważyć na załączonych wykresach, ilość rozpuszczonego w ropie gazu, w stosunku do objętości, w żadnym punkcie nie jest równa zero. Wykonane analizy chromatograficzne wykazały przeważającą zawartość metanu w uwalnianym gazie: w przypadku temperatury 40 C jego zawartość wynosiła 62,71%, natomiast w temperaturze 60 C 80,72%. W badaniach potwierdzono głęboką dyfuzję gazu w magazynowanej ropie, która jest zależna od temperatury, ciśnienia i czasu kontaktu. Artykuł nadesłano do Redakcji 5.11.2010 r. Przyjęto do druku 13.01.2011 r. Literatura [1] Crank J.: The Mathematics of Diffusion. Second Edition, Oxford Science Publication, Oxford, March 1980. [2] Owsik W.: Fizyczne podstawy technologii wydobywania ropy i gazu. Katowice 1971. [3] Such J.: Badanie wielkości strefy rozpuszczania się gazu ziemnego w kontakcie z olejem napędowym w temperaturze 50 C i ciśnieniu 17 MPa. Dokumentacja INiG, Biblioteka Zbiorów Specjalnych, INiG, Kraków, czerwiec 2009. Recenzent: dr hab. inż. Jan Lubaś Mgr inż. Jerzy Kuśnierczyk absolwent Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Pracownik laboratorium PVT Zakładu Badania Złóż Ropy i Gazu w Instytucie Nafty i Gazu, Oddział Krosno. Zajmuje się zagadnieniami związanymi z inżynierią złożową, badaniami zjawisk fazowych płynów złożowych oraz dyfuzją gazu w cieczach w warunkach ciśnienia i temperatury. 124 nr 2/2011