cursuri fizica zacamintelor de hidrocarburi pdf

8/9/2019 Cursuri Fizica Zacamintelor de hidrocarburi pdf

1/46


2/46

50 este temperatura medie anual a zonei de suprafa (care, 6n ara noastr, variaz 6ntre 7,8+ 6n i 7,8+6n nord, la altitudini sub 00 m), H adncimea, 6n metri, iar 9grad T9 $ modulul gradientuluigeotermic, care variaz de la o regiune la alta 6n funcie de unii factori locali structura geologic aregiunii, prezena substanelor radioactive, activitatea vulcanic etc!

n cele mai multe zone din ara noastr, dar i 6n multe regiuni din strintate, gradientul geotermic este de0,00+/m& prin convenie, el este denumit :gradient normal;!

+nd temperatura se abate de la cea :normal;, avemde a face cu anomalii de temperaturpozitive,negative

Anomaliile pozitivevecintatea unor zone cu vulcanism activ, a unorlacolite, batolite!

n sonda #0#1


3/46

"a scara sondei sunt citate unele anomalii pozitive sau negative, determinate de variaiile de conductivitatetermic a rocilor!

n procesele de foraj i cele de eploatare a zcmintelor de 4idrocarburi are loc un transfer de cldur6ntre fluidele care curg 6n gaura de sond i rocile din zona adiacent!

5emperatura din sond se msoar 6n dou moduri cu termometre de maimum i cu termometre6nregistratoare!+unoaterea temperaturii 6n sonde i 6n zcminte este important din mai multe motive- energia de zcmnt&- vscozitatea lic4idelor&- starea de agregare&- proprietile fluidelor de foraj i de izolare, precum i comportarea materialului tubular&- proprietile fluidelor injectate 6n zcmnt, pentru aport de energie sau pentru obinerea anumitor efectefizico-c4imice&defeciuni 6n funcionarea ec4ipamentului din sonde!Aplica%i$> se estimeze temperatura normal la adncimi 6ntre 1000 i 000 m!?olosind rela%ia

se obin urmtoarele rezultate (rotunjite)

Adncimea, m 0 1000 3000 5000 7000

Temperatura, C 10 40 100 10 !10

TgradHTT += 0


4/46

Condi%iil$ d$ pr$&iun$"re#iunea lito#tatic$reprezint greutatea sedimentelor de deasupra punctului considerat pe unitatea desuprafa! @ccidental, peste aceasta, se suprapun i presiuni de natur tectonic!

"re#iunea lateral$(de confinare), numit uneori ipre#iune lito#tatic$ pa#iv$, cea vertical fiindconsiderat activ

% este coeficientul de 6mpingere lateral, iar A B coeficientul lui Coisson& acesta din urm ia valoricuprinse 6ntre 0,1% i 0,%0

"re#iunea de #tratreprezint presiunea fluidelor coninute de rocile din scoar, 6n particular derocile colectoare de 4idrocarburi!

'ste numit ipre#iune &idro#tatic$'Densitatea apelor mineralizate din formaiunile sterile de deasupra acumulrilor de 4idrocarburi

variaz 6n limite foarte largi de la 1000 la 110 2g/m (mai frecvent 6ntre 100 i 11%0 2g/m)!

Ep ( E) g E& (;mica anomalie;)

+auzele anomaliilor de presiune- diferena de densitate dintre ap i 4idrocarburi, ;micaanomalie;&- eistena unui alt zcmnt la o adncime simitor mai mare, cucare zcmntul considerat comunic $ :marea anomalie;&

Hgp rl =

Hg

pKp rlc

==1

Hgp an =

HgHgp ha =HgHHgp haa += )()(

Hgpp n +=


5/46

- eroziunea stratelor de deasupra

- activitatea forei tectonice care producedeformri (cutri) ale stratelor cu modificareavolumului 6n lipsa comunicaiei, 6n strateleAi

Capar anomalii pozitive, iar 6n stratul*oanomalie negativ&- recristalizarea unor minerale 6n forme diferite

de cele iniiale cu sc4imbarea de volum a rociii modificarea presiunii din pori& cristalizrile din soluie conduc i ele, 6n general, la cretereavolumului&

- creterea de volum a 4idrocarburilor care, 6n timp, trec spre o stare de maim stabilitate termodinamic!+unoaterea presiunii din formaiunile traversate i, 6n particular, din zcmintele de 4idrocarburi

este important pentru sigurana procesului de forare a sondelorDiferena de presiune sond-strat trebuie s fie ct mai mic, pentru a 6mpiedica contaminarea lor,

cu grave repercursiuni asupra productivitii sondelor&

- presiunea iniial de zcmnt determin att starea de agregare a sistemului de 4idrocarburi, ct ienergia de zcmnt&- proiectarea operaiilor de fisurare 4idraulic- interpretarea corect a anomaliilor de presiune ofer informaii de ordin geologic i prospectiv (de

eemplu Fmarea anomalieG poate indica prezena unui zcmnt la mare adncime)!Aplica%i$> se estimeze presiunea de zcmnt la adncimile de 1000, 000, %000 i 000 m, considernd

densitatea apei mineralizate constant pe toata adncimea i anume 11%0 2g/m i g H 7,1 m/s!

@dncimea, m 1000 3000 5000 7000

"re#iunea, 105 "a 11% #0 %% 70Aplica%i$> se estimeze anomalia de presiune 6n apeul unui zcmnt de gaze cu grosimea de 100 m, aflat

la adncimea de %00 m, cunoscnd densitatea medie a gazelor #0 2g/m i densitatea apei 10%0 2g/m&g H 7,1 m/s!>e calculeaz presiunea real la %00 mCresiunea normatapn este considerat la baza stratului, la adncimea de =00 m, i este 0,I10% Ca (laape, presiunea normal ar fi =0,%I10% Ca)! Cresiunea real la %00 m estepH ==,I10% Ca! Crin urmare, anomalia de presiune la %00 m este Ep H =,I10% Ca!

Hgp an =


6/46

CURSUL /#luid$l$-c+int$lor d$ idrocarburiCo+po-i%ia*i cla&iicar$aluid$lor d$ -c+ntCo+po-i%ia

&i&t$+$lor natural$ d$ idrocarburiCrin#i#tem de &idrocar+uri vom 6nelege amestecul de 4idrocarburi, 4etero4idrocarburi (substane 6nruditec4imic cu 4idrocarburile), inclusiv impuriti, cu ecepia apei!"imitele orientative de variaie a coninutului 6n diferite elemente sunt + - 1 !!! J& K -10 !!! 1# J&L - 0,1 !!! J& > - 0,0= !!! = J& M - 0,1 !!! 1, J!Kidrocarburile din sistemele naturale sunt

Alcani i cicloalcani, ambele 4idrocarburi saturate, cu formula c4imic +nK(n-pN1), 6n care neste numrul de atomi de carbon din molecul, iarpeste numrul de cicluri (dac eist)! >eria alcanilor,liniari sau ramificai, aupH 0, iar seria cicloalcanilor aup O 0!

Mumrul de izomeri ai alcanilor este etrem de mare! De eemplu, pentru n H 1 sunt 0 izomeri,

iar pentru n H #0 sunt circa =I101# izomeri!Hidrocar+uri aromatice (nesaturate), cu formula general +nK(n-p)!+ondiii standardp.tH 101% Ca (1,01% bar),

T.tH 7,1% P (00 +)!+ondiii normale p0H 101% Ca (1,01% bar),

T0H ,1% P (00 +)!>tarea de agregare a alcanilor (4idrocarburi parafinice) 6n condiii standard este

+1 !!! i-+% - stare gazoas,n-+=!!! +1= -stare lic4id,+1N - stare solid!

>tarea de agregare a ciclanilor (4idrocarburi naftenice) 6n condiii standard poate fi lic4id sau solid

+% Q +10 - stare lic4id+10N - stare solid!n condiii standard, 4idrocarburile aromatice cu un singur ciclu benzenic i cele cu pn la patrusubstitueni sunt 6n stare lic4id, iar cele policiclice sunt solide!Compuii cu o/igen ai 4idrocarburilordin petrol sunt alctuii preponderent dinsubtane cu caracter acid - aciziipetrolici, 6ntre care ponderea cea maimare o au acizii natenici urmeazacizii grai i acizii aromatici'


7/46

Compuii cu #ul (prin etensie se include i 4idrogenul sulfurat 6n aceast categorie) sunt prezeni 6nproporii variate 6n sistemele naturale de 4idrocarburi 4idrogenul sulfurat 6n gaze, iar mercaptanii,sulfurile aciclice i bisulfurile 6n iei!Compuii cu azotprovin 6n general din materialul biologic de origine a petrolului, prin descompunereaproteinelor 6n procesul de bituminizare! +ei mai importani sunt porfirinele, care constituie att dovadaoriginii organice a petrolului, ct i un termometru geologic de maim, deoarece ele se descompun rapid

(geologic vorbind) la temperaturi de 0 - %08+!Compuii cu caracter a#altic ai 4idrocarburilor au un sc4elet 4idrocarbonat cu structur comple iconin oigen, sulf, azot !a! 'i constau 6n rini, asfaltene, carbene, carboizi i acizi asfaltogenici! >egsesc 6n petrol pn la 1% J!2$inile au 6n general mas molecular peste 00 2g/2mol, densitate apropiat de cea a apei, vscozitatefoarte mare, culoare de la portocaliu la brun desc4is 6n strate subiri, pn la brun rocat 6n strate maigroase, sunt solubile 6n majoritatea 4idrocarburilor mai uoare dect ele, precum i 6n solvenii aromatici i4alogenai!Acizii a#altogenici #e aseamn cu rinile, dar sunt mai bogai 6n cicluri cu ramificaii carboilice, deunde caracterul lor acid, au culoarea mai 6nc4is, ctre negru, au masa molecular de ordinul a 1000 -100 2g/2mol,

au densitate relativ de aproimativ 1,, sunt solubili 6n alcool etilic, cloroform i soluii alcaline!A#altenele cu masa molecular de ordinul 1000 - %000 2g/2mol, au culoare neagr, consisten solid,densitatea relativ de 1,# !!! 1,%, sunt solubile 6n solvenii aromatici i cei 4alogenai, dar se gsesc maipuin 6n ieiuri! @lcanii inferiori constituie antisolveni pentru asfaltene!>istemele de 4idrocarburi, 6n special ieiul, au o compoziie etrem de comple i variat!>epararea i analiza componenilor din ieiuri este practic imposibil!+nd se eprim compoziia unui sistem se recurge la urmtorul artificiu se determin i se eprimfraciile +1, pn la +, restul fiind incluse 6ntr-o singur fracie un pseudocomponent, +N!Rneori, 6n locul unui singur pseudocomponent se introduc mai muli ei reprezint fraciile distilate 6ntreanumite temperaturi, fiecare dintre ele fiind asimilat, de obicei pe baza masei moleculare, cu uncomponent ec4ivalent (de regul un alcan)!

Sasa molecular a unei fracii se poate estima 6n mai multe moduri, dintre care vom prezenta relaia6n care T este temperatura medie de fierbere, 6n 0C, iar a, + i c suntconstante& pentru 4idrocarburi parafinice, a H =0& bH 0,& c H 0,001&eroarea de utilizare a acestei relaii este de !!! % J

+lasificarea sistemelor de 4idrocarburia) Dup natuta sistemului de fluide eistent 6n zcminte-gaze #$race conin % - 77 J (molar) metan, 6n rest componeni +!!!+=&- gaze +ogate (mai rare) conin %0 - 0 J metan, restul componeni +!!!+=&- gaze cu conden#at conin 0 - 0 J metan i o fracie semnificativ de componeni grei (+!!!+0)& eleprezint, 6ntr-un domeniu larg de condiiip, T), transformri anormale ale strii de agregare&-iei volatil raii de gaze asociate cuprinse 6ntre %00 i 100 000 Mm/m(raia de gaze reprezint raportul dintre debitul de gaze i debitul de iei, 6n condiii normale) i densitiale lic4idului sub 00 2g/m , 6n condiii de rezervor&-iei uor raii de 100 - %00 Mm/m i densiti de 00 - #0 2g/m&-iei mediu raii de %0 - 00 Mm/m i densiti de %0 - 700 2g/m&-iei greu raii foarte mici de gaze asociate i densiti mai mari de peste 700 2g/m!b) Dup natura fluidelor obinute prin separarea 6n sc4el-iei mort (fr gaze), din sistemele de iei&-gaze #$race, din gazele asociate i gazele de condensat&

00 TcT+a6 ++=


8/46

- conden#at, din gazele cu condensat&-gazolin$, din gazele asociate&-gaze lic&eiate "89,prin stabilizarea gazolineiobinute din gaze asociate!c) Cla#iicarea :Carpatica: are la baz compoziiafondului de 4idrocarburi, precum i coninutul 6n cear c,6n rini i asfaltene r, 6n compui cu sulf#i fracia de

distilat uor (pn la 008+)!+ompoziia fondului de 4idrocarburi este redatprin aa-numiii indici #tructurali ei reprezint procentelede carbon parafinic +", de carbon naftenic +;i decarbon aromatic +A'

@plicaie>e consider trei sisteme de 4idrocarburi cu compoziia dat 6n tabel! > se precizeze tipul fiecruisistem!+omponentul ?racia molar

>istemul 1 >istemul >istemul

6etan 0,71 0,0 0,%


9/46


10/46

CURSUL Star$a d$ ar$ar$ a &i&t$+$lor natural$d$ idrocarburi.i#temele de &idrocar+uri aflate 6n zcminte zcminte sunt sisteme termodinamice! @vnd 6n vedere cprocesul de eploatare decurge relativ lent, starea de ec4ilibru se pstreaz, 6n general, pe toat durataeploatrii!

>istemele termodinamice pot fi omogene, cnd au aceeai compoziie c4imic i aceleai

proprieti fizice 6n toate punctele, sau neomogene, cnd sunt alctuite din mai multe faze, cu compoziii iproprieti diferite!Rn sistem termodinamic este caracterizat printr-un numr de parametri macroscopici inten#ivi (care nudepind de masa sistemului) temperatura, presiunea, potenialul c4imic, densitatea !a! i inten#ivi (caredepind de masa sistemului) volumul, entalpia, energia !a!

Crinaz$ se 6nelege o parte a unui sistem termodinamic neomogen, delimitat printr-o suprafa deseparaie, i care se caracterizeaz (6n absena unui cmp etern de fore) prin aceleai proprieti fizice 6ntoate punctele sale! 6n legtur cu faza gazoas se face urmtoarea meniune denumirile :vapori; i :gaze;sunt sinonime!

Si&t$+$ +onoco+pon$nt$


11/46

5recerea sistemului din faz lic4id (punctul ") 6n faz gazoas (punctul 9 se poate face 6n doumoduri a9printr-o transformare direct a strii de agregare crescnd temperatura, cu fierbere 6n punctul? +9printr-o transformare care trece prin domeniul supercritic, traseul8 -@ - -H - ", fr fierbere!

+urba B - C mai poart denumirea de cur+a pre#iunii de vapori'>e observ c, 6n cursul fierberii, presiunea rmne constant la valoarea presiunea de vapori!

Dup terminarea vaporizrii (fierberii), presiunea scade pe msur ce volumul crete! De menionat c 6nsistemele mai complee (cu mai muli componeni), transformarea este diferit de cea descris aici!

"a 6nclzirea izobar (traseul8 -? - 9 a unui lic4id, se constat c 6n tot cursul vaporizriitemperatura rmne constant!nceputul vaporizrii coincide cu sfritul condensrii, iar 6nceputul condensrii cu sfritul

vaporizrii! +ele dou denumiri indic sensul de variaie al parametrilor de stare

Componentul

Temperatura

normala de

ier+ereC

"arametii critici?actorul

acentricTemperatura

8+"re#iunea

10% Caen#itate

a

2g/m

Setan

'tanCropani-butann-butani-pentann-pentann-4ean+iclo4ean*enzen5oluenn-4eptan

n-octann-ilen

-1=1,%

-,=-#,0-11,-0,%,=,0=,#1,00,1110,=7,#

1%,=17,1

-,1

,7=,1#,71%,01,17=,=#,1,07,%0,=,1

7=,!#=,0

#=,#1

#,##,%=,#,7,#,0,##1,1##7,##,1%,

#,7%,#=

1=

0011#0070

0

0,00#

0,0710,1%0,1%0,000,#000,%0,000,10,10,=%10,%0

0,770,1= ;

Si&t$+$ binar$"a sistemele cu doi componeni, cele dou faze, lic4id i gazoas coeist 6ntr-o infinitate de

puncte (p, T), care alctuiesc un domeniuplan! @cest domeniu este delimitat de cel6n care sistemul se afl 6n lic4id decurbapunctelor de ier+ere (de Dnceputal vaporiz$rii9 i de domeniul 6n care

sistemul se afl 6n stare gazoas de curtapunctelor de rou$ de Dnceput alconden#$rii9'

n zcmintele de 4idrocarburi nuse 6ntlnesc sisteme cu doi componeni inici sisteme cu un singur component5otui, studiul comportrii unor astfel desisteme face mai uoar 6nelegereasistemelor naturale complee!


12/46

Tniial, la presiuneap1 sistemul se afl 6n stare lic4id! 'l rmne 6n aceast stare pn la presiunea

de 6nceput al vaporizriipiv! ntre presiunilepivipic(presiunea de 6nceput al condensrii), sistemul se6mbogete treptat 6n faz gazoas!5ransformarea strii de agregare se termin la presiuneapic, cnd 6ntregul sistem a trecut 6n stare

gazoas! +ontinund destinderea de lapicpn la presiuneap, sistemul rmne 6n faz gazoas!Cresiunilepivipic sunt specifice pentru o temperatur dat!

5ransformarea descris mai sus se numete tran#ormare normal$, ea decurgnd 6n acelai sens cai la sistemele monocomponente! 5ot o transformare normal se va obine i la o 6nclzire izobar - #!

+ele dou presiunipiv ipicsuntpre#iuni de #aturaiepresiuni la care, la o temperatur dat, 6ntr-un sistem monofazic 6ncepe s se formeze a doua faz! 'le sunt specifice unei temperaturi date!

Centru punctul critic, la definiia anterioar (proprietile intensive ale lic4idului i gazului seidentific), se mai poate da i o alt definiie el reprezint punctul de convergen a curbei punctelor de

fierbere cu cea a punctelor de rou! Carametriicritici ai sistemului binar depind de natura iconcentraia componenilor din sistem!

Ame#tecul "re#iun

critic$,105 "a

2aport

"cma/Epc

6etan- etan

6etan- propan

6etan- n-+utan

6etan- n-entan

6etan- n-&e/an

6etan n-decan

=,1 1,%

77,7 ,1%

1#,#% ,70

1=,7 ,=#177,7% #,1

=1,7 ,


13/46

Si&t$+$ t$rnar$+omportarea sistemelor ternare este asemntoare cu cea a sistemelor binare! Diagrama de stare estesimilar cu cea a sistemelor cu doi componei! Deosebirea este c domeniul bifazic este mai etins!Cunctul critic al unui sistem ternar se gsete 6n interiorul triung4iului curbiliniu mr-ginit de curbele care

unesc punctele critice ale celor trei sisteme binare ce se pot alctui din cei trei componeni! Centru unsistem alctuit din +1-+L-+10, diagrama de stare (p,T) este prezentat 6n figur!Cresiunea critic a unui sistem ternar scade pe msur ce crete fracia componentului intermediar i,invers, crete pe msur ce sistemul devine mai srac 6n componentul intermediar! @cest fapt are oimportant practic deosebit! n condiii de zcmnt este necesar, uneori, obinerea unui sistemmonofazic prin injecia de fluide! Centru ca presiunea necesar s nu fie ecesiv de mare, trebuie casistemul s aib o presiune critic mic! @ceasta se poate realiza prin injecia unui sistem bogat 6n

componeniintermediari!


14/46

CURSUL 5

S3S4M M7CMP774 S3S4M 3CMP774

PU7C4UL CR343C AL S3S4MLR 3 S3 4R3CMP774


15/46

Si&t$+$ +ultico+pon$nt$.i#temele reale sunt sisteme multicomponente!

+omportarea de stare a sistemelor multicomponente este, calitativ, asemntoare cu cea asistemelor binare i ternare!?a de definiiile anterioare (punctul critic, transformare normal), vom mai introduce alte cteva noiuni!Cur+$ de egal titlu (curb de egal fracie de lic4id) este locul geometric al punctelor de coordonate (p, T),6n care fracia molar de lic4id este constant! 5oate curbele de egal titlu converg 6n punctul critic!

De remarcat c de-a lungul unei curbe de egal titlu, compoziia celor dou faze 6n ec4ilibrul se modific!Diferena de compoziie dintre faza lic4id i cea gazoas scade pe msura apropierii de punctul critic& 6nacest punct, cele dou faze devin identice!"unctul cricondenterm CT este punctul de temperatur maim la care faza gazoas i cea lic4id se afl6nc la ec4ilibru (punctul de maimum al diagramei de stare pe aa T)!"unctul criconden+ar Cp este punctul de presiune maim la care cele dou faze se afl 6nc la ec4ilibru(punctul de maimum al diagramei de stare pe aap)!Tran#ormarea anormal$ a strii de agregare, denumit i comportare retrograd$, este transformareainvers celei normale!

Diagrama de stare a unui sistem Diagrama de stare a unui sistemmulticomponent cu comportare multicomponent cu comportareretrograd cu domeniu etins! retrograd cu domeniu restrns

5ransformri izoterme ale sistemelormulticomponente!


16/46

!

Diagrama de stare a unui iei greu Diagrama de stare a unui iei volatil!

Diagrama de stare a unui gaz cucondensat!


17/46

Diagrama de stare Diagrama de starea unui gaz srac! a unui gaz bogat!

Diagrama de stare a sistemului dintr-un zcmntde :iei cu cap liber de gaze;!

cua%ii d$ &tar$ p$ntru &i&t$+$d$ idrocarburicua%ia $n$ral d$ &tar$

>istemele termodinamice fluide omogene (gazoase i lic4ide X) sunt descrise de ecaia general destare T2F=p = TRZvp =

6

T2Fp=


18/46

cua%ia d$ &tar$ 9an d$r :aal& (9d:)@vnd 6n vedere c micarea termic a lic4idelor la temperaturi nu prea mici este asemntoare cu

cea a gazelor, o micare dezordonat, iar fiecare molecul este 6n interaciune simultan cu un numr demolecule vecine, se folosete modelul cinetic de lic&id, asemntor cu modelul de gaz!

unde G este numrul de moli de substan!

cua%ia R$dlic;


19/46

?olosind date eperimentale pentru coeficientul T9 s-a obinut relaia

CURSUL

cua%ii d$ &tar$ p$ntru &i&t$+$d$ idrocarburi4$or$+a &trilor cor$&pond$nt$

Carametrii normali (presiunea normal i cea standard 101 % Ca, temperatura normal ,1% P(00+), temperatura standard 7,1% P (08+))!

Carametrii de stare redui se definesc ca raport 6ntre mrimile reale i cele critice

+nd 6n locul parametrilor critici se folosesc cei pseudocritici, atunci parametri de stare suntp#eudoredui

Mumeroase eperimente au artat c multe dintre#i#temele termodinamice luide au propriet$iidentice #au oarte apropiate atunci cnd ele #e g$#e#cla aceiai parametri redui' @ceast observaieeperimental poart denumit de Iteorema: #t$rilor core#pondente'

cua%ia $n$ral d$ &tar$

>istemele termodinamice fluide omogene (gazoase i lic4ide X) sunt descrise de ecaia general destare

)1(1 rTm += 2176,0574,1480,0 m +=

.;;c

r

c

r

c

rV

VV

T

TT

p

pp ===

.;;pc

pr

pc

r

pc

prV

VV

T

TT

p

pp === .; == ciipcciipc TzTpzp

T2F=p = TRZvp = 6T2Fp

=


20/46

cua%ia d$ &tar$ 9an d$r :aal& (9d:)@vnd 6n vedere c micarea termic a lic4idelor la temperaturi nu prea mici este asemntoare cu

cea a gazelor, o micare dezordonat, iar fiecare molecul este 6n interaciune simultan cu un numr demolecule vecine, se folosete modelul cinetic de lic&id, asemntor cu modelul de gaz!

unde G este numrul de moli de substan!

cua%ia R$dlic;


21/46


22/46

zcmnt! De asemenea, compoziia fluidului poate s difere de la o sond la alta, c4iar dac ele suntperforate la aceeai adncime!

@ doua observaie implic 6ntrebarea la ce nivel 6n evile de etracie fluidul este reprezentativ Y?luidul care curge prin evile de etracie poate s nu fie reprezentativ din dou motive!

a) +oloana este perforat 6n dreptul a dou sau mai multe orizonturi productive i proba obinutva fi un amestec, 6n proporii necunoscute, a fluidelor din aceste orizonturi!

b) +nd 6n zcmnt sistemul este bifazic (lic4id i gaze), debitul fiecrei faze fiind determinat de

mobilitatea fazelor, proporia lor 6n sond este practic totdeauna diferit de cea din zcmnt! Sai mult,sunt cazuri cnd, dei sistemul este bifazic, din zcmnt curge 6n sond numai o singur faz (abstraciefcnd de apa de zcmnt)! @ceast ultim situaie se 6ntmpl atunci cnd presiunea de zcmnt esteuor inferioar presiunii de saturaie!

n mod obinuit se preleveaz trei tipuri de probe- pro+e de und, colectate de la adncimea perforaturilor, cnd sonda produce la debite mici sau este6nc4is&- pro+e de la #eparator pentru recom+inare (lic4id i gaze)&-pro+e colectate de la capul de erupie'

Din sond se iau probe de iei, iar de la separator se iau probe de iei i gaze condensat!Col$ctar$a prob$lor d$ luid din &ond

nainte de colectarea probelor se stabilizeaz debitul de etracie& la locul de recoltare trebuie s fiepresiuni suficient de mari pentru a avea sigurana strii monofazice a sistemului! Ldat cu colectareaprobei de fluid din sond se msoar presiunea i temperatura, 6n locul de recoltare!@paratura de colectare a probelor de iei din sond este proiectat innd seama de restriciile de gabaritale evilor de etracie, de volumul necesar al probei !a!

Datorit costului ridicat al aparatelor de colectat probe din sond, ele nu sunt folosite i pentrutransport la laborator& probele se transvazeaz 6ntr-o butelie de transport!

Col$ctar$a prob$lor d$ la &$paratorCrobele de gaz i cele de lic4id, colectate de la separator 6n vederea recombinrii lor, se iau 6n

butelii de presiune prevzute cu ventile de 6nc4idere la ambele capete!

Croblema cea mai dificil 6n cazul acestui mod de colectare o constituie alegerea raportului dintrevolumele celor dou faze ce urmeaz a fi recombinate!

CURSUL 16


23/46

Structura &pa%iului d$ pori din rocil$ col$ctoar$Corii rocii formeaz un spaiu continuu, un adevrat labirint, o reea tridimensional de canale totalneuniforme! Vocile de precipitaie fisurate au o dubl reea cea a porilor matriciali i cea a fisurilor!

Crima 6ntrebare care se ridic este urmtoarea ce reprezint unpor! L prim accepiune este aceea c un por reprezint spaiul dintredou ramificaii (noduri) succesive 6n reeaua de goluri a rocii! @ceast

definiie are un caracter intuitiv i rspunde multor necesiti dedescriere a reelei de pori!

@nalizele microscopice, au artat c eist modificriimportante ale seciunii transversale 6ntre dou noduri ale reelei depori! Sai mult, un nod al reelei are, uneori, un volum considerabil,comparabil cu cel al spaiului dintre noduri!

Descrierea geometric a porilor este

imposibil! +uantificarea diverselor fenomene fizico-c4imice care se petrec 6n roc (interaciunea dintre roc i fluidele coninute, curgerea i dezlocuireafluidelor de zcmnt etc!) necesit descrierea dimensional a porilor! Tmpasul creat poate fi depit prinidealizarea formelor reale cu corpuri geometrice regulate!

?i#urilereprezint o categorie special de pori! +aracteristica lor esenial este o dezvoltare mare pe doudirecii i una mic pe cea de a treia dimensiune! ?isura poate fi idealizat cu spaiul dintre dou planeparalele sau neparalele, dup cum eist sau nu variaii mari a celei de a treia dimensiuni! +aracterizareadimensional a fisurilor se face prin desc4iderea fisurii care este 6nlimea seciunii transversale!L caracteristic de prim ordin a spaiului de pori este neuniformitatea acestuia! >unt mai multe scri lacare se refer neuniformitatea!


24/46

+ea mai mic este#cara micro#copic$,care are 6n vedere porii individuali sau elemente de volummici, cu olungime caracteristic de zeci de microni!

Rrmeaz#cara macro#copic$, cu elemente de volum avnd o lungime caracteristic de ordinulmilimetrilor,pn la10 cm& o#car$ intermediar$cu o lungime caracte-ristic de pn la 1 m, apoi#caramega, cu o lungime caracteristic de pn la 100 mi ultima scar, cea mai mare,#cara regional$!

"i&tribu%ia porilor p$ di+$n&iuniDup stabilirea semnificaiei mrimii porilor, pasul urmtor este evidenierea frecvenei cu care

pori de diferite dimensiuni sunt 6ntlnii 6ntr-o roc, adic, determinarea distribuiei porilor pe dimensiuni,denumit 6n mod curent distribuia poromeritic! 'ist o analogie perfect 6ntre distribuia granulometrici distribuia poromeritic!Tndiferent de definiia acceptat pentru pori (incluznd aici i fisurile) observaiile eperimentale arat crocile colectoare au, cel mai frecvent, pori cu dimensiuni cuprinse 6n intervalul 1!!!1000 m! +ontribuiaporilor de diferite dimensiuni la volumul de pori comunicani ai rocii difer foarte mult de la un tip de roc

la altul! +a i 6n cazul distribuiei granulometrice, este necesar folosirea claselor de dimensiuni, respectiva scrilor poromeritice!?recvena porilor dintr-o clas poromeritic,i , reprezint fracia din volumul de pori cu

dimensiuni cuprinse 6n acea clas

p

pii

V

Vf =


25/46

Para+$tri d$ &tructur ai &pa%iului poro&radul de intercone/iune, , reprezint numrul total de pori cu care este 6n legtur direct, la ambelecapete, un anumit por! "a reelele regulate de pori, are o valoare constant! >pre eemplu, re-eaua#implu &e/agonal$are ( #, iar reeauap$tratic$are( ='

ndicele #tructural de diicultate, D, este definit prin relaia

D

6n carec# icv reprezint razele medii ale constriciilor (gtuiturilor), respectiv a prilor largi(cavitilor)!

Tortuozitatea, reprezint raportul dintre lungimea real de parcurs dintre dou puncte arbitrare, aezatepe direcia de curgere i distana dintre cele dou puncte!

Cur$r$a o+o$n prin rocil$ col$ctoar$+urgerea fluidelor prin roci este posibil datorit prezenei porilor comunicani! +urgerea omogen

se refer la curgerea unui fluid printr-o roc (sau, 6n general, printr-un mediu poros) 6n absena altui fluidsau, alfel spus, curgerea omogen presupune saturaia complet cu un singur fluid!

+urgerea va fi abordat la scara micro i scara macro! n zcmintele de 4idrocarburi viteza decurgere a fluidelor este foarte mic!

Centru a obine o imagine asupra vitezelor de curgere din zcminte se consider urmtoruleemplu o sond produce iei cu un debit de %0 m/zi (un debit relativ mare pentru condiiile din

cvDD

11

cs

=


26/46

Vomnia) dintr-un strat cu grosimea de 10 m (o grosime comun)! Witeza ieiului este de ordinul a 0,#mm/s lng sond i de 0,# m/s la distana de 100 m de sond (cca ,% cm/zi)! "a aceast vitez, estenecesar un timp de mai muli ani pentru ca ieiul s ajung 6n sond de la distana de 100 mX

"a astfel de viteze, regimul de curgere este laminar! L ecepie o reprezint curgerea dinapropierea sondelor de gaze care produc cu debite foarte mari (de ordinul sutelor de mii de mM/zi), undecurgerea este turbulent!

n cele ce urmeaz, va fi studiat curgerea pe o reea cu cinci pori,dispui sub forma literei M, ca 6n figur! +urgerea va avea loc 6n sensul de laporii a i cla porii +i, respectiv d, deoarece presiunea la intrarea 6n reea,p,este mai mare dect cea de la ieire,p!

>e scrie mai 6nti legea conservrii debitului 6n nodurileAi*, adicdebitele care intr 6n noduri sunt egale ce cele care ies

Crin definiie, conductivitatea 4idraulic a unui canal, ci, este raportul dintredebitul i cderea de presiune din canalul respectiv!

Velaia se poate scrie astfel

Din relaia anterioar se observ cpAJp*saup*JpA, dup cum numrtorul este pozitiv sau negativ!@ltfel spus, curgerea are loc de laAspre*dar i invers, dei figura ar sugera c sensul curgerii este numaide laAspre*datorit orientrii acestui canal 6n raport cu direcia de curgere la scara macro!

Din punct de vedere fizic, curgerea 6n porul eeste determinat, de presiunile din reea i degeometria canalelor! n sc4imb, sensul curgerii este determinat numai de geometria porilor vecini! @stfel,

micarea poate fi c4iar 6n contrasens fa de micarea la scara macro!Cur$r$a o+o$n la &cara +acro. P$r+$abilitat$a ab&olut

Descrierea curgerii omogene prin medii poroase este de dat foarte vec4e (arcK, 1L5)! >-a orelaie empiric 6ntre viteza de filtraie (de curgere) i gradientul de presiune care determin curgerea!Witeza de curgere v , reprezint raportul dintre debitul de fluid Mi aria brutA+prin care are loccurgerea

=0iQ

L

Dci

128)1(

4

+=

=0iQ =i

ii ppc 0)(

)()()(

)()()(

=++

=++

AB!dBdcBc

BA!bAbaAa

ppcppcppc

ppcppcppc

()(

"""

dcba!

cbdaBA pp

ccccc

ccccpp

+++

=

b

fA

Qv =


27/46

Centru c 6n acest capitol se va pune accent pe aspectul fizic al curgerii omogene, va fi luat 6ndiscuie cazul cel mai simplu curgerea omogen staionar unidimensional a unui fluid care-i conservproprietile (6n special densitatea-fluid incompresibil) printr-o prob de roc izotrop, cu seciuneaconstant, aflat 6n poziie orizontal (pentru a neglija efectul gravitaiei)!

Carametrul >a fost denumit coeficient de permeabilitate absolut sau, mai scurt,permea+ilitate a+#olut$!@cesta reprezint un coeficient de proporionalitate 6ntre viteza de curgere i gradientul de presiune! 'lcuantific influena structurii interne a rocii asupra curgerii! 'ste un parametru global, reprezentndefectul combinat al mrimii, formei, distribuiei pe dimensiuni a porilor, al indicelui structural dedificultate, al gradului de interconeiune i al tuturor celorlali parametri de structur ai rocii i esteindependent de fluidul care curge!

Cermeabilitatea absolut este o constant pentru o roc! Din punct de vedere fizic,permea+ilitateaa+#olut$ reprezint$ o m$#ur$ a rezi#tenei rocii la curgerea monoazic$ a luidelor!

Dimensiunea permeabilitii este aceea a unei suprafee! @ceasta rezult din considerente de

omogenitate dimensional a legii lui DarcZ i nu din considerente de ordin fizic! Rnitatea de msur estem sau, 6n mod obinuit DarcZ-ul 1 D H 1 m H 10-1 m! nc mai folosit este mili-DarcZ-ul (mD)!

Deoarece permeabilitatea difer 6n funcie de direcia de curgere, de obicei se folosesc dou valoriale permeabilitii 6n cazul rocilor detritice permeabilitatea pe direcie paralel i, respectiv,perpendicular pe planul de stratificaie, iar 6n cazul rocilor fisurate permeabilitatea matricii,respectiv, a fisurilor!

Tnfluena cea mai mare asupra permeabilitii unei roci o are dimensiunea porilor i/sau a fisurilor!?cnd o paralel 6ntre curgerea printr-o roc i curgerea printr-un capilar cilindric sau printr-o fisur, seajunge la urmtoarele relaii pentru :permeabilitateaG unui capilar, respectiv a unei fisuri

Vevenind la rocile detritice, s spunem c dac ele sunt alctuite din granule de dimensiune mare, spaiiledintre granule vor fi i ele mari, iar ele vor avea o permeabilitate mai mare dect cele alctuite din granulede dimensiuni mici! Meuniformitatea distribuiei granulometrice duce att la o porozitate mic prininterpunerea granulelor mici printre cele mari, ct i la o permeabilitate mic prin scderea dimensiuniiporilor!L influen considerabil asupra permeabilitii absolute a rocilor prin care are curge apa este prezenamineralelor argiloase! 'fectul de micorare a permeabilitii este datorat umflrii i dispersiei particulelorde mineral

Tnfluena porozitii asupra permeabilitii necesit o discuie detaliat! n general, o roc cu oporozitate efectiv mare are i o permeabilitate absolut mare! Mu eist o relaie direct 6ntre porozitatesi permeabilitate! 'ist doar o tendin!"$t$r+inar$a p$r+$abilit%ii ab&olut$

Cermeabilitatea absolut a rocilor se poate determina pe cale direct (6n laborator) sau pe caleindirect (metode geofizice i de cercetare 4idrodinamic a zcmintelor)! Centru determinarea 6nlaborator, probele de roc trebuie s fie reprezentative i corect pregtite!

Dificultatea cea mai mare apare la determinarea permeabilitii absolute a rocilor fisurate!

l

p#vf

=

32

2

D# =12

2

$#=


28/46

n primul rnd, desc4iderea fisurilor se modific 6n mod considerabil 6n procesul de carotare,transvazare i prelucrare a carotelor!

n al doilea rnd, direcia de curgere influeneaz 6n mod considerabil permeabilitatea, mai alesdac eist o direcie predominant de fisurare! +eea ce se poate determina cu o eactitate acceptabil estepermeabilitatea matricial, prin separarea unei probe cuprins 6ntre fisuri!en+erg, care apare ladeterminarea permeabilitii absolute cu gaze la presiune mic! 'l se manifest mai pregnant la rocile cupori fini!

Datorit acestui efect, valoarea msurat prin folosirea unui gaz la presiune mic este mai maredect cea determinat cu gaz la presiune mare sau cu lic4id, adic fa de valoarea real!'plicaia rezid 6n aceea c legea lui Kaggen-Coiseuille, respectiv legea lui DarcZ, legi de curgere liniare

6n raport cu debitul de curgere i diferena de presiune care-l genereaz 6i pierd valabilitatea!+urgerea gazelor rarefiate este guvernat de legea lui Pnudsen, dup care, cnd drumul liber

mijlociu al moleculelor este de acelai ordin de mrime cu spaiul prin care acestea se deplaseaz,curgerea nu mai depinde de vscozitatea gazelor, ci de densitatea lor!

@ltfel spus, scade efectul frecrii interne (vscozitii gazului) asupra curgerii, consumul deenergie fiind dat, cu precdere de frecarea gazului cu roca! +u ct presiunea gazului este mai mic i poriisunt mai fini, cu att scade efectul ciocnirilor dintre molecule (al vscozitii gazului) 6n raport cuciocnirile dintre molecule i suprafaa intern a rocii!Determinarea permeabilitii absolute in #ituprin metode &idrodinamiceeste posibil numai 6n cazul 6n

cazul cnd sonda desc4ide acviferul zcmntului sau 6n cazul particular al zcmintelor de ap!>e face o confuzie grav atunci c6nd se folosesc date de presiune 6nregistrate la 6nceputul

eploatrii pentru :determinareaG permeabilitii absolute!

'ste o c4estiune de principiu la momentul iniial, c4iar dac presiunea este mai mare dectpresiunea de saturaie, 6n zcmnt sunt prezente dou faze ap ireductibil i iei sau, dup caz, apireductibil i gaze! n consecin, curgerea nu este niciodat omogen 6ntr-un zcmnt de 4idrocarburi,iar conceptul de permeabilitate absolut nu are semnificaie pentru cercetarea 4idrodinamic azcmintelor!

CURSUL 1


29/46

PAR4A A 3>A374RAC3U7A RCA #LU3"3nt$rac%iun$a luidluid#a-$ d$ int$ra%

+nd dou faze fluide sunt puse 6n contact, 6n absena unor reacii c4imice, sunt posibile treisituaii!

a! ntre cele dou faze se produce un transfer nelimitat de mas, pn la obinereaunei singure faze! 'ste cazul fluidelor perfect miscibile! 'emple de fluide miscibilegazele, produsele petroliere, apa i alcoolul etilic!

b! ntre cele dou faze se produce un transfer de mas limitat, pn la atingereaec4ilibrului de faz! 'ste cazul fluidelor parial miscibile! ntre cele dou faze sepstreaz o suprafa aparent de separaie! 'emple de fluide parial miscibile iei igaze, ap i gaze!

c! ntre cele dou faze nu are loc transfer de mas, pstrndu-se o suprafa aparent de

separaie! 'ste cazul fluidelor nemiscibile! 'emple de fluide nemiscibile mercur iaer, iei i ap! n realitate, c4iar i 6ntre fluidele foarte diferite, consideratenemiscibile, ec4ilibrul de faz presupune un sc4imb de mas foarte limitat!

>uprafaa aparent de separaie macroscopic dintre faze are un corespondent la scara microscopic,anume oaz$ de intera$! ?aza de interfa este alctuit din molecule sau ioni aparinnd ambelor fazevolumice 6n contact!

Rn interes special 6l prezint cmpul de fore din faza de interfa!

ntre moleculele, atomii i/sau ionii substanelor prezente 6n cele dou faze volumice i, evident, 6n

faza de interfa se manifest o serie 6ntreag de fore cu raz mic de aciune, de ordinul a cteva uniti[ngstrom (de legtur c4imic) sau cu raz mare de aciune (electrostatice, de inducie, de dispersie i derezonan)!

@ceste fore sunt fie de atracie, fie de repulsie! 'le variaz invers proporional cu puterea a doua,pn la puterea a aptea a razei!


30/46

lic4idele simple, faza de interfa cuprinde circa dou rnduri de molecule! "a fluidele mai complee,grosimea i consistena fazei de interfa sunt mai mari!

Dup


31/46

8ic&idul Ten#iunea #upericial$,

la 00+,m3/m (mM/m)

Ten#iunea intericial$

Dn contact cu apa, la 00+,m3/m (mM/m)

n-pentan 1=,1 -

*enzen 7 %

Ciclo&e/an %,% %1

Heptan 0 %0,n-Nctan 1, %1

n-Tetradecan ,% %

Ciclo&e/an % %1

Nctadecan %

"arain$ % \%0

L influen major asupra tensiunii interfaciale ap-iei o are prezena tensidelor (ageni activi desuprafa, substane tensioactive, surfactani)! @ceste substane micoreaz tensiunea interfacial ap-ieicu pn la cteva ordine zecimalede mrime! Centru a eplica

acest lucru, trebuie amintit csubstanele tensioactive au omolecul format dintr-o partepolar i o alta de forma uneicatene 4idrocarbo-nice! Carteapolar a moleculei este solubil6n ap i tinde s transferemolecula 6n aceast faz! Dincontr, cealalt parte este solubil6n iei i tinde s transfere6ntreaga molecul 6n iei! n

funcie de ec4ilibrul celor doutendine, molecula se dizolv6ntr-una din cele dou faze!

"i$r$n%a capilar d$ pr$&iun$

+onsecina cea mai important a eistenei tensiunii interfaciale este diferena capilar de presiune!n principiu, aceasta indic faptul c de o parte i de alta a unei interfee curbe presiunea este diferit!Tnterfeele fiind curbe 6n spaii 6nguste, denumite capilare, acestei diferene de presiune i se adaugatributul de capilar!


32/46

> considerm un element infinit mic din interfa, privit casuprafa de diviziune (modelul lui


33/46

L aplicaie important a diferenei capilare de presiune este ascensiunea i depresiunea capilar!Centru simplificare, vom considera interfaa dintre un lic4id i aer! Diferena de densitate foarte

mare, permite neglijarea, 6ntr-o prim aproimaie, a densitii aerului 6n raport cu cea a lic4idului!

L alt modalitate de a eplica ascensiunea capilar (ca i depresiunea capilar) este ec4ilibrul dintre fora

de interfa i fora de greutate! Veferindu-ne la figura anterioara, proiecia forei de interfa pe aulcapilarului este dat de epresia


34/46

CURSUL 18"i$r$n%a capilar d$ pr$&iun$

+onsecina cea mai important a eistenei tensiunii interfaciale estediferena capilar de presiune! n principiu, aceasta indic faptul c de o parte ide alta a unei interfee curbe presiunea este diferit! Tnterfeele fiind curbe 6n

spaii 6nguste, denumite capilare, acestei diferene de presiune i se adaugatributul de capilar!

> considerm un element infinit mic din interfa, privit ca suprafa dediviziune (modelul lui


35/46

L aplicaie important a diferenei capilare depresiune este ascensiunea i depresiunea capilar!

Centru simplificare, vom considerainterfaa dintre un lic4id i aer! Diferena dedensitate foarte mare, permite neglijarea, 6ntr-o

prim aproimaie, a densitii aerului 6n raportcu cea a lic4idului!

L alt modalitate de a eplica ascensiunea capilar (ca i depresiunea capilar) este ec4ilibrul dintre forade interfa i fora de greutate! Veferindu-ne la figura anterioara, proiecia forei de interfa pe aul

capilarului este dat de epresia


36/46

3nt$rac%iun$a &olidluidluid>e consider dou faze fluide nemiscibile sau parialmiscibile la ec4ilibru (e! ap i iei, ap i gaze, ieii gaze, mercur i aer) puse 6n contact cu o suprafasolid, se pot 6ntlni dou situaii etreme! +azul udriiperfecte, respectiv nule, sc4ematizate 6n figur!

+omparnd cele dou situaii, se observ spaiul larg ocupat de faza dominant (cantitativ), indiferent daceste usau n'n cazul de fa, se spune despre faza uc ud perfect suprafaa solid, iar despre faza ncare o udare nul fa de suprafaa solid!

@ceast situaie este destul de rar! +ele mai frecvente sunt situaiile intermediare, cnd o fazseamn mai mult cu cea care are o udare perfect, iar cealalt seamn mai mult cu faza care are o udarenul! Crima va fiaza umezitoareu, iar cealaltaza neumezitoaren! ?aptul c o faz este umezitoare sauneumezitoare nu este legat de cantitatea fiecrei faze, ci de natura lor i a suprafeei solide! Rdareadiferit este consecina interaciunii inegale dintre cele trei faze!

Vezultatul interaciunii la scara macroscopic este o configuraie geometric specific a interfeei fluid-fluid 6n apropierea contactului trifazic! Dac volumele fazelor fluide sunt mari, ceea ce corespunde unordimensiuni mari ale spaiului 6n care se gsesc, interaciunea trifazice se manifest numai 6n imediataapropiere a suprafeei solide unde interfaa fluid-fluid este curb, racordndu-se la suprafaa solid!

Deoarece energia de suprafa este proporional cu aria interfeei, 6n absena unor fore eterioare, formainterfeei fluid-fluid 6n spaiile capilare ca i forma picturilor este sferic! >fericitatea interfeei asigurcondiia de energie minim ctre care tinde orice sistem 6n stare de ec4ilibru! +mpul gravitaional face casuprafaa sse deformeze i s se abat de la forma sferic! @baterea este cu att mai mare cu ctdimensiunea tubului sau a picturii este mai mare!Uniul d$ contact

+aracterizarea geometric a raportului dintre o suprafasferic i una plan sau cilindric este foarte simpl! 'a se reducela o singur mrime, anume la ung4iul diedru de racordare asuprafeelor, adic ung4iul diedru dintre planele tangente lasuprafaa solid i la interfa! @cesta se numete ung&i de contacttriazicsau, pe scurt, ung4i de contact! Centru uurin, 6n loculung4iului diedru, se folosete ung4iul plan corespunztor, O!

n cele ce urmeaz va fi discutat numai situaia spaiilor capilare i va fi acceptat ipotezainterfeelor sferice, ecepiile fiind discutate de la caz la caz! 'c4ilibrul de fore 6ntr-un sistem cu trei faze,una solid (#) i dou fluide (ui n) aflate 6n contact poate fi cuantificat prin interaciunile dintre cele trei


37/46

perec4i de faze#-u, #-n iu-n, adic prin tensiunile interfaciale! @cest mod de a trata interac-iuneatrifazic a fost introdus de _oung!+onform teoriei lui _oung, proiecia tensiunilor interfaciale pe planul de aezare a picturii cu simboluriledin figur, (cu P 6n loc dePun9, se scrie astfel

Din aceast relaie rezult c ung4iul de contact se poate determina dac se cunosc tensiunile interfaciale,adic ung4iul de contact nu depinde de forma suprafeei (plan, cilindric etc!) i de mrimea picturii saua capilarului, ci numai de natura celor trei faze!

Rng4iul de contact msurat 6n faza umezitoare este ascuit, iar cel msurat 6n faza neumezitoareeste obtuz! 'ste modul cel mai simplu de a arta care faz umezitoare i care este neumezitoare!

Determinarea ung4iului de contact se face direct sau indirect! +ele mai folosite metode directesunt a picturii aezate i a lamei 6nclinate!Dup cum s-a artat, ung4iul de contact depinde de natura celor trei faze 6n contact! L influensemnificativ o au temperatura i prezena impuritilor pe suprafaa solid! n legtur cu eistenaimpuritilor, un eemplu important 6l reprezint prezena 4idrocarburilor grele sau a derivailor acestorape suprafeele de mineral care fac ca ieiul s ude mult mai bine 6n zonele respective dect 6n celelalte!

Dac moleculele sunt fiate 6n micropori, influena este i mai marcat pentru c moleculele respective nupot fi puse 6n nici un fel 6n micare!Udar$a &$l$cti9

?olosirea ung4iului de contact ca indiciu al udrii prefereniale are o aplicabilitate limitatdeoarece suprafeele rocilor nu sunt netede! Ce suprafeele rugoase, ung4iul de contact difer de la unpunct la altul! @cest fapt este 6n contradicie cu legea lui _oung, dup care ung4iul de contact depindenumai de natura fazelor 6n condiii date de presiune i temperatur!

Vespectarea legii lui _oung ar presupune variaii ale curburii interfeei 6n fiecare punct (conturul decontact trifazic ar avea aspectul unui rm cu fiorduri), ceea ce ar face ca energia de suprafa s fie mare,

iar diferena capilar de presiune s fie diferit de la punct la punct 6n zona de contact trifazic! >tarea deec4ilibru presupune o energie superficial mic i egalitatea presiunii 6ntr-un spaiu cu dimensiunicapilare! n consecin, interfaa fluid-fluid la nivel macroscopic va fi sferic i 6n cazul suprafeelorrugoase! >e poate defini pentru aceast situaie un ung4i de contact aparent care corespunde aproimativcu ung4iul de contact care s-ar msura pe suprafaa lustruit a aceluiai material!

Rn criteriu mai general prin care sepoate preciza dac o faz este umezitoaresau neumezitoareeste raportul dintre aria deaezare a celor dou faze pe suprafaa solidi volumul lor!

+ele dou picturi, ca i cele dou dopuri de fluid din figur au volume egale, dar arii de aezare netdiferite!5erminologia care definete interaciunea trifazic este foarte divers! Despre fazele fluide se spune c auo umidivitate mai mare sau mai mic fa de o suprafa solid, iar despre solide se spune cau oumidibilitate mai mare sau mai mic fa de unul din fluide!

n ingineria de zcmnt este utilizat i denumirea de umectabilitate a unei roci care desemneazconceptul de udare preferenial! +u acelai sens se 6ntlnesc i termenii de udare selectiv sau capacitatede udare!

cos= #u#n

#u#n

=cos


38/46

n cele ce urmeaz vor fi utilizai cu precdere termenii de udare preferenial i capacitate deudare a rocilor! Tndiferent de terminologie, este util de subliniat faptul c trebuie precizate toate cele treifaze aflate 6n contact! >pre eemplu, nu este corect eprimarea cuarul este udat preferenial de ap sauapa ud preferenial cuarul! 5rebuie spus cuarul este udat preferenial de ap 6n raport cu gazele sau apaud mai bine suprafaa de cuardect gazele!?i&t$r$-a d$ udar$

Dup cum s-a artat, rezultatul interaciunii trifazice este o form sferic de ec4ilibru a interfeeifluid-fluid! Rng4iul de contact corespunztor se numete ung&i de contact la ec&ili+ruOe!

L situaie interesant este aceea cnd intervine o for eterioar care se suprapune peste forele deinterfa! >unt dou situaii posibile 1) regimuleste static, cnd fora eterioar este prea micpentru a pune 6n micare fazele fluide, rezultatulfiind o deformare a interfeei & ) regimul estedinamic, cnd fora eterioar este suficient demare pentru a pune fazele fluide 6n micare cnd,de asemenea, se produce deformarea interfeei!

De observat c ung4iurile de racordare a interfeei la suprafaa solid sunt diferite mai mic 6n zona deretragere a fazei de referin i mai mare 6n zona de avansare a acestei faze! +ele dou ung4iurisenumesc ung&i de contact regre#ivOri, respectiv,ung&i de contact progre#ivOp!

Sodificarea ung4iului de contact sub aciunea unei fore eterioare se numete 4isterez de udare! Dinpunct de vedere fizic, 4istereza de udare se eplic prin aceea c procesul de desorbie - adsorbie,determinat de modificarea ariei suprafeelor de contact afazelor fluide cu solidul, presupune un consum deenergie! Dac energia disponibil nu este suficient,procesul de desorbie - adsorbie nu are loc sau este

limitat, ceea ce face ca tendina de deplasare a fazelorvolumice s nu aib corespondent pe suprafaa solid!

Deplasarea interfeelor presupune desorbia continu amoleculelor, atomilor sau ionilor fazei dezlocuite de pesuprafaa solid i adsorbia fazei dezlocuitoare! +ele dou procese se desfoar cu vitez limitat, 6ngeneral foarte mic! De aceea, se creeaz un decalaj 6ntre micarea fazelor 6n zona central a capilarului imicarea lor pe suprafaa solid, ceea ce produce deformarea interfeelor!

Vezultatul cel mai important al 4isterezei de udare este aa-numitul eect @amin care const 6n apariia uneidiferene de presiune de o parte i alta a dopului 6n micare 6n sensul unei rezistene suplimentare 6n

deplasarea acestuia!Diferenele capilare de presiune la interfeele care mrginesc dopul de faz neumezitoare sunt

egale cnd acesta este 6n ec4ilibru i diferite cnd el se mic! n cazul din urm epresiile diferenelorcapilare de presiune sunt date de epresiile

p!r


39/46

n interiorul dopului, pe distana a civa microni, zeci sau c4iar sute de microni, conform legii luiCascal, presiunea este aceeai, adicpnp ( pnr! Crin scderea celor dou relaii anterioare, rezult

Vaionamentul este eact acelai i pentru un dop de faz umezitoare aflat 6n micare!

'fectul 3amin 6n capilare de form neregulat se eprim astfel

6n care cr icpreprezint curburile celor dou interfee cea aflat 6n faa dopului cricea aflat 6n spatele dopuluicp!

>unt dou observaii foarte importante 1) efectul 3amin produce totdeauna stnjenirea curgerii i )efectul 3amin pentru mai multe dopuri succesive se multiplic cu numrul acestora! @ltfel spus, fiecaredop frneaz micarea, independent de prezena altordopuri 6n aval sau 6n amonte!

L a doua consecin a 4isterezei de udare demare amplitudine este fragmentarea fazelor!Secanismul este ilustrat 6n figur, unde sunt ilustratepoziiile succesive ale interfeei, notate cu 1Q%!

?enomenul descris mai sus este amplificat i de variaiile de seciune ale canalului! Ldat formate,dopurile vor induce efectul 3amin!

Aplica%i$ntr-un capilar cilindric eist trei dopuri 6n

micare, unul de faz umezitoare i dou de faz

neumezitoare! > se evalueze eectul @aminintrodusde aceste dopuri!

2$#pun#

@ evalua efectul 3amin 6nsemneaz a calcula diferena de presiuneCrintr-un artificiu, se poate scrie

Star$a d$ &atura%i$ a rocilorVocile de zcmnt, i mediile poroase 6n general, conin diverse fluide! Corii rocii sunt 6n 6ntregimeocupai cu una sau mai multe faze, cu rare ecepii cnd, 6n condiii de laborator, probele de carot suntvidate' 6$#ura i modul Dn care luidele ocup$ porii rocii reprezint$ #tarea de #aturaie! >e disting doumoduri de abordare a acestui concept!

Crimul, se refer la msura 6n care fiecare din fluidele eistente 6n roc particip la ocupareavolumului de pori! Wolumul de pori se poate referi la carote, la zcminte, la pri din zcminte etc!Crivit astfel, starea de saturaie reprezint un parametru global i constituie o medie pentru volumulconsiderat! Dac acest volum este divizat 6n mai multe pri, fiecare parte poate fi caracterizat de o altstare de saturaie, care reprezint, de asemenea, un parametru global pentru volumul 6n cauz! n modobinuit, 6n felul acesta se definete#tarea de #aturaie la #cara macro#copic$!

rpp pr(r(p coscos2 =r

p pr

cildopc

coscos( =

prdopc ccp =

01 ppp =

pp*)pp*)pp*)pp*)pp*)pp*)pp*p 0==%%##))((1 ++++++=


40/46

+el de al doilea mod de abordare are 6n vedere felul 6n care fazele fluide sunt dispuse 6n pori, maiprecis, locul pe care 6l ocup fluidele 6n porii individuali sau 6n grupurile de pori vecini! @ceasta este#tarea de #aturaie la #cara micro! ntre cele dou eist, aa cum se va vedea mai departe o anumitlegtur, fr a eista o dependen strict! n cele ce urmeaz vor fi discutate, pe rnd, cele dou laturi alestrii de saturaie!Star$a d$ &atura%i$ la &cara +acro

+uantificarea participrii fazelor fluide la :umplereaG porilor se face prin volumul fiecrei fazeraportat la volumul de pori comunicani! >e definesc coeficienii de saturaie,.i, pentru fiecare fazprezent 6n porii rocii, cu relaia

Sulimea coeficienilor de saturaie `.i reprezint starea se saturaie a rocii! n locul termenului decoeicient de #aturaiese folosete termenul de#aturaie(la fel ca 6n cazul coeficienilor de porozitate, depermeabilitate etc!)! >pre eemplu, se definete saturaia 6n ap a unei roci, .a, prin relaia

'cuaia de bilan a volumelor se scrie astfel

L modalitate obinuit de a scrie valorilesaturaiilor este sub form procentual! >pre eemplu, 6n

loc de a scrie .a ( 0,%, se scrie .a ( %J''ste vorba,evident, de procente volumice!

Determinarea strii de saturaie la scara macro are dou obiective stabilirea resurselor de iei i gaze dinzcminte i evaluarea 6n laborator a unor proprieti ale rocilor sau simularea unor procese care au loc 6nzcminte (curbe de presiune capilar, curbe de permeabilitate relativ, dezlocuirea ieiului etc)!

n principiu, metodele de determinare a strii de saturaie se 6mpart 6n dou categorii distructive inedistructive!

Setodele distructive sunt acelea 6n care, 6n urma determinrii epe-rimentale, starea de saturaie semodific! 'ste cazul etraciei cu solvent, care const 6n splarea probei cu un solvent pn la eliminarea

p

ii

V

V+ =

p

aa

VV+ = 10 i+

1= i+


41/46

complet a ieiului! Din bilanul material se afl masa i, ulterior, volumul ieiului etras, adic a celuieistent la momentul iniial 6n proba de roc! +el mai folosit pentru etracia cu solvent este aparatul>o4let! Ldat cu etragerea ieiului are loc evaporarea i colectarea apei din prob, aa 6nct, dup6nc4eierea eperimentului, proba rmne complet saturat cu gaze!

Setodele nedistructive permit determinarea strii de saturaie fr s o modifice! @cest tip dedeterminri este de ne6nlocuit 6n cursul urmririi unor procese dinamice, cnd fluidele curg prin carota

analizat (curgerea eterogen, dezlocuirea reciproc a fazelor etc!)!

+ea mai simpl este metoda bilanului material! @cest bilan const 6n 6nregistrarea la anumiteintervale de timp a volumelor intrate i a celor ieite! +unoscnd volumele eistente la momentul iniial 6nprob, se pot afla volumele eistente la un moment dat 6n proba de roc i astfel se pot calcula saturaiile!Setoda presupune aparatur foarte eact de msurare a volumelor!Star$a d$ &atura%i$ la &cara +icro

Satura%ii ir$ductibil$


42/46

CURSUL 21Star$a d$ &atura%i$ ,n -c+int$n$$@ploatat$

Cur$r$ra $t$ro$n prin +$diiporoa&$Sicarea fluidelor 6ntr-o carot sau 6ntr-un zcmnt are loc prin crearea unei diferene de presiunemotoare 6ntre capetele carotei sau 6ntre stratul productiv i sond! >unt patru fore care intervin 6n procesulmicrii motoare, de frecare, capilare i de gravitaie!

+ontribuia fiecrei fore variaz 6n limite foarte largi i nu poate fi surprins cantitativ!

6n care indicii m, , cigse refer, 6n ordine, la cele patru fore menionate mai sus!@ceast relaie poate fi rescris, prin 6mprirea la membrul stng, astfel

Cur$r$a $t$ro$n la &cara +icro

grh

cos2=

=pmgrad ppp gcf gradgradgrad ++

1=++ gcf


43/46

"a scara porilor individuali i a reelelor de pori, esenial este udarea selectiv a rocii de ctre fazelefluide! Centru simplificare, vom considera curgerea bifazic 6n canale cu geometrie regulat 6n absenagravitaiei! >e deosebesc patru regimuri de curgere curgerea omogen (este cazul porilor 6n care se afl,temporar, o singur faz), curgerea cu interfa, curgerea dopurilor i curgerea inelar!

Cur$r$a cu int$ra%! n cazul acestui regim se disting dou situaii care se refer la succesiuneafazelor faza umezitoare premerge fazei neumezitoare i invers! n figur este prezentat regimul de curgerecu interfa 6ntr-un capilar cilindric!

'cuaia de curgere poare fi scris, pe scurt, sub forma

Kistereza de udare este prezent, astfel c ung4iul de contact msurat 6n faza umezitoare este Or6n primulcaz i, respectiv Op6n al doilea caz, dup cum este consemnat i pe figur! 'fectul 4isterezei este acelailimitarea vitezei de curgere! @stfel, cnd avem Or , termenul al doilea din ultima relaia are o valoarecrescut, rezultnd o valoare mai mare pentru p,iar cnd avem Op , acest ter-men are o valoare sczut,ceea ce va face ca efectul de punere 6n micare a fluidelor s fie diminuat!Rn caz etrem este acela 6n care presiunea motoare este egal cu diferena capilar de presiune introdusde interfa (este vorba, evident, de cazul dezlocuirii cu faz neumezitoare)! ntr-o astfel de situaiemicarea 6nceteaz! Sai mult, dac presiunea motoare devine mai mic dect diferena capilar depresiune (pentru acelai caz) se produce curgerea 6n sens invers, adic faza neumezitoare se retrage, avndloc o 6mbibare liber a fazei umezitoare!

Cur$r$a dopurilor! 'ist diverse mecanisme de fragmentare a fazelor care curg prin pori! Lparte din ele au fost menionate 6n paragraful referitor la 4istereza de udare, altele vor fi analizate 6nparagrafele ce vor urma! n figura 1!# sunt prezentate dou dopuri 6n micare Rnul de faz umezitoare iunul de faz neumezitoare!

De observat c ambele relaii cuantific efectul 3amin! Dup cum s-a artat, efectul 3amin frneazcurgerea! @adar, indiferent dac este dop de faz umezitoare sau de faz neumezitoare, fora de interfarezultant pentru cele dou interfee este de acelai sens cu fora de frecare, cu alte cuvinte, ambele se

ppp cf = ( )[ ]r

,-./L./

r0

Qp (n

cos28

4 +=

ppp cf +=r

,,-p

prc

coscos2

=


44/46

opun micrii! >ubliniem i aici c 6n cazul unei succesiuni dedopuri efectul de frnare a micrii de ctre fiecare dop secumuleaz!

Dac presiunea motoare este inferioar unei limitedeterminate de efectul 3amin, dopurile se deformeaz, fr sfie puse 6n micare!Cur$r$a in$lar! n acest regim de curgere, faza umezitoare

se dispune sub forma unui inel periferic, iar fazaneumezitoare sub forma unui nucleu central

Cur$r$a $t$ro$n prin r$%$l$ d$ pori'Descrierea curgerii6n reele de pori fa de cea din porii individuali este mult maicomplicat din cauza fenomenelor care apar atunci cnd o interfa ajunge 6n nodurile reelei!Crima configuraie care va fi luat 6n discuie este un uartet de pori cilindrici ca 6n figura 1!= care senumete de obicei dublet de pori, pentru amarca eistena dispuneri :6n paralelG a doipori! >e pot considera mai multe combinaii deraze ale celor patru pori! Centru eemplificare

vom considera relaia rQ rQ r#( r1!

a)ezlocuirea azei umezitoare drenaRul9! @acum a fost menionat 6n capitolele anterioare, o faz neumezitoare ptrunde 6ntr-un capilar numai dacpresiunea motoare depete diferena capilar introdus de interfa! Centru acest caz vom considera cpresiunea motoare este superioar diferenei capilare de presiune corespunztoare capilarului cu raza r3care este i cea mai mare, raza fiind cea maimic!

@adar, consecina acestei evoluii esteformarea unui dop de faz umezitoare 6ncapilarul mai fin! "ungimea dopului este cuatt mai mare cu ct contrastul de viteze estemai mare, adic cu ct raportul rEr este mai mare! @ceast consecin este de o importan covritoarepentru curgerea eterogen prin medii poroase cnd o faz neumezitoare ptrunde 6ntr-un dublet de pori secreaz o discontinuitate 6n faza dezlocuit prin formarea unui dop! Cunerea 6n micare a acestui dop este,practic, imposibil datorit efectului 3amin, astfel 6nct curgerea prin porul respectiv este blocat!

b)ezlocuirea azei neumezitoare Dm+i+area9! Centru ptrunderea fazei umezitoare 6ntr-un dublet de porinu este necesar o presiune motoare! @ici semanifest fenomenul de 6mbibare spontanmenionat mai sus! Dac se aplic, totui, opresiune motoare, procesul decurge 6nacelai fel, doar c viteza este mai mare!

Vezultatul procesului de 6mbibare descrismai sus este analog cu cel de drenajfragmentarea fazei dezlocuite i formarea unui dop, de data aceasta, de faz neumezitoare 6n capilarul mailarg! +urgerea prin acest capilar este blocat, cu anse mici de a fi deblocat! Cunerea 6n micare a acestuidop prizonier poate fi fcut prin aplicarea unei presiuni motoare suficient de mari pentru depireadiferenei de presiune introdus de efectul 3amin! Kotrtoare 6n acest caz este i dimensiunea capilarului


45/46

#! n general, 6n zcminte nu sunt disponibile presiuni motoare suficient de mari dect 6n apropiereasondelor!

Cur$r$a $t$ro$n la &cara +acro"egea de curgere eterogen reprezint o etindere a legii lui DarcZ pentru curgerea omogen care, pentrumicarea unidimensional, are forma

Din punct de vedere fizic, aceast proprietate are o conotaie cu mult mai comple! 'a depinde de foartemuli parametri, 6ntre care starea de saturaie cu semnificaia ei cea mai larg (numrul de faze, saturaia6n fiecare faz, distri-buia fazelor 6n pori), sensul de variaie a saturaiei, umidivitatea fazei 6n raport cucelelalte faze, 4istereza de udare, structura spaiului de pori, 6n special indicele structural de dificultate,distribuia poromeritic i gradul de interconeiune! Dintre acetia, efectul cel mai mare asuprapermeabilitii efective 6l au saturaia i capacitatea de udare a rocii pentru fazele prezente!

Cermeabilitatea efectiv variaz 6ntre zero (faza respectiv nu curge), la saturaii inferioaresaturaiei ireductibile, .i S .i i valoarea permeabilitii absolute cnd saturaia 6n faza respectiv atingevaloarea maim, .i ( 1!Domeniul de variaie al permeabilitii efective fiind prea larg (cteva ordine zecimale de mrime), s-a

introdus un parametru normalizat, denumitpermea+ilitatea relativ$ a rocii pentru azai sau, mai scurt,permeabilitatea relativ pentru faza i! >intagma :permeabilitatea fazei iU e#te cu complet eronat'Crin definiie, permeabilitatea relativ, >ri , este dat de relaia

Din punct de vedere fizic, permeabilitatea relativ >ri , reprezint o msur a rezistenei rocii la curgereafazei i 6n prezena uneia sau mai multor faze! 'a depinde de aceiai parametri ca i permeabilitateaefectiv! n sc4imb, domeniul de variaie se 6ngusteaz foarte mult 0S >ri S 1sau 0S >ri S 100J!

Deducerea unei epresii analitice pentru permeabilitatea relativ, din considerente fizice, esteimposibil din cauza compleitii fenomenului curgerii eterogene! n aceste condiii, s-a recurs larealizarea unei serii mari de eperi-mente pentru a stabili tendinele statistice!

n cele ce urmeaz va fi considerat cazul cel mai simplu curgerea bifazic6n condiiile unui contrast mare de umidivitate a fazelor! Wariabila va fi saturaia 6nfaza respectiv cu sensul de scdere de la .i ( 1 la .i ( .i !

Dei rocile folosite au permeabiliti mult mai mari dectmajoritatea rocilor colectoare, s-a constatat c alurilecurbelor se pstreaz i pentru roci cu permeabiliti absolutemai mici! De aceea, aceste curbe au sunt cunoscute subdenumirea de cur+e tipice de permea+ilitate relativ$pentrudou faze cu contrast mare de umidivitate, una umezitoareui alta neumezitoare n

L

pA

#Q

i

ii

=

#

## iri =


46/46

cursuri fizica zacamintelor de hidrocarburi pdf

Documents