1

Capitolul 1

ZCMINTE DE HIDROCARBURI

1.1. Energia de zcmnt. Mecanisme de exploatare

Zcmntul reprezint o acumulare de hidrocarburi fluide ntr-o roc poros- permeabil, nchis de ecrane impermeabile, exploatabil industrial n condiii tehnice i economice eficiente, actuale sau viitoare.

In condiiile existente n zcmnt, hidrocarburile se pot afla : - n stare gazoas zcmnt de gaze naturale; - n stare lichid zcmnt de iei - n stare solid sub forma isturilor i nisipurilor bituminoase.

Un zcmnt poate fi alctuit din una sau mai multe uniti hidrodinamice (strate de

vertical sau blocuri pe orizontal) caracterizate prin continuitatea mediului poros i permeabil. O unitate hidrodinamic cuprinde de regul o zon saturat cu hidrocarburi, numit zona productiv, i o zon saturat cu ap, numit acvifer.

Structura petrolifer sau gazeifer este o structur geologic care cuprinde unul sau mai multe zcminte de hidrocarburi.

Exploatarea petrolului este un proces de dezlocuire a acestuia, ca rezultat al aciunii energiei naturale existente n zcmnt sau/i al energiei suplimentare introduse de la suprafa sau generate n zcmnt.

Pentru realizarea dezlocuirii sunt necesare dou condiii : - o diferen de presiune capabil sa asigure sondei debite rezonabile (sonda sa fie

eficient din punct de vedere economic); - un alt fluid care sa ia locul ieiului dezlocuit.

Oricrui zcmnt, nainte de a fi exploatat i este asociat o energie natural de zcmnt

care depinde de : 1. dimensiunile zcmntului (cuprinznd zona productiv i acviferul); 2. condiiile iniiale de presiune i temperatur; 3. caracteristicile rocii rezervor i fluidelor coninute n acesta.

Intr-un proces de exploatare energia natural de zcmnt nu este folosit n totalitate.

Randamentul de utilizare al energiei de zcmnt depinde de : 1. Factori naturali

- caracteristicile rocii colectoare (permeabilitate, porozitate, compresibilitate, umectabilitate, etc.)

- caracteristicile fluidelor din zcmnt (vscozitate, densitate, compoziie etc.) 2. Factori tehnici:

- Gabaritul de exploatare (numr total de sonde, mod de amplasare); - Sistemul de extracie utilizat; - Ritmul de exploatare (exemplu duzele la sonde eruptive) - Ritmul de injecie (la zcminte exploatate cu injecie de ap) - Conservarea n zcmnt a agenilor naturali de dezlocuire.

2

In cazul zcmintelor de gaze naturale, exploatarea are loc sub aciunea energiei naturale a zcmntului, rezultat din expansiunea gazelor, iar n cazul existenei unui acvifer activ, i ca urmare a avansrii acestuia. Discuie : presiunea n capul de erupie la o sond de gaze este apropiat ca valoare de presiunea dinamic a

zcmntului zcmntul poate fi exploatat pn la presiuni foarte mici factori de recuperare foarte mari datorit compresibilitii (destinderii) gazelor.

Concluzia: Nu se pune problema unei recuperri secundare la zcmintele de gaze.

Observaii: la zcmintele de gaze cu acvifer activ factori de recuperare mai mici : se trece de la curgerea omogen la curgere bifazic.

Explicaie cu ajutorul curbelor de permeabilitate relativ.

La zcmintele de iei formele de energie natural sunt : 1. expansiunea sistemului roc fluide; 2. expansiunea gazelor dizolvate, care se continu cu expansiunea gazelor ieite din soluie,

pe msura ce presiunea scade sub presiunea de saturaie (sau presiunea iniial de vaporizare, notat de obicei piv)

3. expansiunea gazelor libere (din capul liber de gaze); 4. expansiunea apei din acviferul adiacent; 5. energia gravitaional.

Forma energiei de zcmnt determin mecanismul de exploatare:

Astfel, ntr-un zcmnt caracterizat printr-o presiune iniial mare, peste presiunea de

saturaie, un prim fenomen care se nregistreaz este expansiunea sistemului roc-fluide. Expansiunea rocii se manifest printr-o reducere a volumului de pori ca urmare a dilatrii (mririi) prii solide a acesteia la scderea presiunii. Fenomenul se manifest de regul la presiuni mari, acioneaz pe o perioad scurt din durata exploatrii zcmntului i este depit ca importan de celelalte mecanisme, deoarece compresibilitatea rocii este foarte mic.

Expansiunea ieiului este de asemenea mai pronunat la presiuni mari, deoarece compresibilitatea ieiului cu gaze dizolvate este mai mare dect a ieiului mort.

Explicaie pe curbele de rs, bt, etc.

Ambele fenomene de destindere a rocii i respectiv a fluidelor coninute n pori - fac ca o

parte din iei, corespunztoare creterii cumulate de volum, s fie expulzat prin sondele de extracie.

Mecanismul expansiunii gazelor dizolvate, continuat cu expansiunea gazelor ieite din soluie (regimul de gaze dizolvate) este cel mai ntlnit i conduce la recuperri ale ieiului ce nu depesc 22 25% din ieiul existent n zcmnt (atunci cnd nu exist acvifer activ sau cap liber de gaze).

Dac zcmntul are un cap iniial de gaze i eventual acvifer activ, recuperarea poate atinge valori de ordinul 35%.

Mecanismul expansiunii gazelor din capul liber de gaze va conduce, evident, la creterea recuperrii ieiului din zcmnt. Este ns necesar s se conserve energia capului de gaze prin exploatarea sondelor situate mai jos pe structur. In orice caz, se interzice exploatarea gazelor din gaz-cap, deoarece s-ar pierde rapid energia, iar ieiul care migreaz n zona ocupat iniial de gaze ar deveni practic nerecuperabil.

3

Figura 1. Curbe tipice ale permeabilitilor relative n funcie de saturaie pentru dou faze, umezitoare i, respectiv, neumezitoare.

Mecanismul bazat pe mpingerea natural de ap, n cazul acviferelor cu ntindere mare,

poate fi astfel condus nct presiunea zcmntului s fie meninut la un nivel practic constant, prin corelarea debitului extras din zcmnt cu cumulativul de ap ptruns din acvifer. Este necesar ca presiunea s fie pstrat deasupra presiunii de saturaie pentru a menine n zcmnt o curgere omogen a ieiului (fr gaze). Cumulat, n cazuri favorabile factorul final de recuperare poate ajunge la circa 50%. Observaie: Injecia de ap este de fapt simularea acestui mecanism la zcmintele cu acvifere mici; este strict

necesar condiionarea apeide injecie pentru evitarea aparitiei unor blocaje in jurul sondei.

Discuie: fenomene de blocare a stratului n jurul sondei de injecie.

Mecanismul de exploatare gravitaional (regimul gravitaional) - se ntlnete la

zcmintele cu nclinri i permeabiliti mari i este predominant n faza final de exploatare.

La zcmintele cu permeabilitate vertical mare, pe msur ce presiunea scade, gazele ieite din soluie au tendina de segregare gravitaional, formnd un cap secundar de gaze. Este un mod foarte eficient de conducere a exploatrii, ce poate duce, n cazuri favorabile, pana la 75% recuperare, cu dezavantajul c durata exploatrii devine foarte mare.

n cele mai multe situaii, la zcmintele de iei acioneaz simultan mai multe dintre aceste mecanisme de dezlocuire.

De la suprafa, prin alegerea unei metode adecvate de exploatare, se pot controla aceste mecanisme naturale, astfel nct s predomine mecanismul care asigur eficiena maxim n exploatarea zcmntului.

O prezentare schematic a metodelor ce pot fi utilizate n scopul creterii recuperrii ieiului din zcminte este redat n figura 2.

4

Figura 2. Prezentare schematic a tehnologiilor de cretere a factorului de recuperare.

Metode nucleare

Folosirea bacteriilor

Folosirea spumelor

Injecia de CO2

Injecia de solventi gazoi i lichizi

Injecia de surfactani

Injecia de soluii de polimeri

R

E

C

U

P

E

R

A

R

E

A

T

I

T

E

I

U

L

U

I

Pe seama energiei naturale de zcmnt

Pe seama energiei suplimentare

Expansiunea sistemului roc-fluide (elastic)

Expansiunea gazelor libere si dizolvate

Expansiunea apei din acvifer

Energia gravitationala

Aciunea simultan a mai multor forme de energie

Metode conventionale

Injecie de apa (n acvifer)

Injecie de gaze (n capul de gaze) (metode nemiscibile)

Metode neconventionale

Metode termice

- injecia de abur - combustia subteran

- injecia de fluide calde

- nclzirea sondei la niv. stratului

Metode chimice Injecia de soluii

alcaline

Metode miscibile

Metode n perspectiv Noi agenti chimici

Expansiunea sistemului roca-fluide (elastic)

5

Practic este imposibil excluderea total a unui mecanism natural de exploatare. Se poate ns conduce exploatarea n aa fel nct unul dintre mecanisme s fie dominant sau nesemnificativ.

Tendina mondial exploatarea intens a zcmntului, pentru recuperarea rapid a investiiilor (ex: platforme marine + rafinrii demontabile, amplasate pe rmul mrii).

De asemenea, trebuie menionat c, n funcie de caracteristicile zcmntului i de modul de conducere a exploatrii, n diverse zone ale aceluiai zcmnt, n acelai moment al exploatrii, mecanismul de dezlocuire a ieiului poate s fie diferit.

1.2. Estimarea rapid a unor caracteristici ale hidrocarburilor din zcminte

In cele mai multe situaii n care exploatarea unor zcminte se afl nc n faz iniial (de exemplu zcminte puin cunoscute) dar i n cazul n care se pune problema iniierii unor metode de cretere a recuperrii nc de la nceputul exploatrii (de exemplu la zcminte cu ntindere relativ mic, la care presiunea scade rapid) este necesar s se apeleze la metode de estimare ale unor proprieti ale fluidelor din zcmnt, n diferite condiii de presiune i temperatur.

Prezentm n continuare pe cele mai importante, utilizabile atunci cnd nu se dispune de analize PVT :

Raia de soluie se estimeaz rapid dintr-o nomograma Standing, n funcie de presiune,

temperatur, greutatea specific relativ a gazului rg i respectiv a ieiului, rt:

Figura 3. Corelaia ntre raia de soluie, presiune, temperatur i densitatea relativ a fazelor.

6

Pentru utilizarea acestei nomograme, se definesc:

1000t

a

trt

g

g

== (la 4C)

293,1g

aer

g

aer

g

rgg

g

===

Factorul de volum al ieiului , bt (sau Bt, sau Bo ), poate fi estimat pe baza nomogramei din fig. 4:

Figura 4. Diagrama pentru estimarea factorului de volum monofazic al ieiului

Curbe stabilite pe baze statistice permit determinarea vscozitaii a titeiului din zcmnt ( la p i T ), atunci cand se cunoaste vascozitatea 0 a ieiului mort (n condiii de suprafa - rs=0). Raia de soluie include de fapt influena presiunii i temperaturii asupra vscozitii.

7

Figura 5. Viscozitatea petrolurilor saturate cu gaze, la tempoeratura i presiunea de zcmnt (pz

8

Factorul de volum bifazic : Sistemul iei gaze, n condiii de zcmnt se prezint sub forma a doua faze, gaze i lichid,

atunci cand presiunea zcmntului scade sub psat. Volumul total de hidrocarburi din zcmnt este compus din volumul fazei lichide (iei cu

gaze dizolvate) plus volumul gazelor libere, eliberate din soluie ntre piz i psat. Rezult c factorul de volum bifazic poate fi calculat cu relaia :

)( ssigt rrBbu +=

n care: sir este raia de soluie iniial, la presiunea de saturaie;

sr este raia de soluie la un moment dat, la o presiune oarecare p.

Sau, n general, cunoscnd din datele de producie raia gaze-iei, se poate scrie c )( sgt rRGTBbu +=

Se poate utiliza pentru estimarea factorului de volum bifazic i nomograma din figura 7:

Figura 7. Nomogram pentru estimarea factorului de volum bifazic.

In cazul n care ntre fluidele extrase din sond este prezent i apa, considernd neglijabil volumul de gaze dizolvate n ap, ( 1a ) :

assigt RrrBbu ++= )( ,

unde t

aa

Q

QR = se numete raia de ap.

Dac se cunoate procentul de impuriti ta

a

QQ

Qi

+= , se observ c :

9

a

a

R

Ri

+=1

, sau i

iRa

=1

.

Determinarea factorului de volum al gazelor, Bg, se poate face foarte simplu, prin aplicarea legii gazelor, considerndu-se c n condiii normale comportarea gazelor reale poate fi asimilat aceleia a unui gaz perfect :

znRTpV

nRTVp

=

= 000 de unde rezult 0

0

0 pT

Tpz

V

VBg == .

Factorul de abatere al gazelor, z , se poate determina n mod rapid pe baza a dou tipuri de diagrame :

- ),,( rgtpfz = - n funcie de presiune, temperatur i densitatea relativ a gazului - se

determin o valoare pentru parametrul T

T

z

01 . Exist un set de nomograme, pentru diferite valori

(ntre 0,6 i 0,8) ale rg . Pentru punerea n eviden a diferenelor care apar, sunt prezentate

exemplele din figurile 8, 9 i 10.

- ),( rr Tpfz = - n funcie de presiunea i temperatura redus a gazului (respectiv

coordonate pseudoreduse n cazul sistemelor multicomponente de gaze) rezult direct z (fig 11). Prin definiie, coordonatele pseudoreduse ale unui sistem aflat n faz gazoas sunt:

,pc

prp

pp = icipc ypp =

,pc

prT

TT = icipc yTT = .

unde yi reprezint participarea volumetric n sistem a fiecrui component.

10

Figura 8. Diagram pentru determinarea facorului de abatere Z ( gaz cu densitate relativ =0,6).

11

Figura 9. Diagram pentru determinarea facorului de abatere Z ( gaz cu densitate relativ =0,65).

12

Figura 10. Diagram pentru determinarea facorului de abatere Z ( gaz cu densitate relativ =0,8).

13

Figura 11. Diagrama pentru estimarea factorului Z n funcie de coordonatele reduse ppr, Tpr.

14

Pentru zcmintele la care s-au realizat analize PVT, toi parametrii necesari proiectrii

exploatrii, precum i variaia acestora cu presiunea, vor fi determinai cu precizie din diagramele PVT, realizate n ara noastr de ctre I.C.P.T. Cmpina :

Trebuie fcut precizarea c trebuie luate toate msurile pentru prelevarea corect la nivelul

stratului productiv, ca i pentru transportul i manipularea probelor de fluide pn la autoclav, pentru obinerea unor determinri P.V.T. corecte i reprezentative pentru zcmntul analizat.

Figura 12. Diagrama tipic PVT pentru determinarea proprietilor fluidelor n condiii de zcmnt.

15

1.3. Estimarea si clasificarea resurselor i rezervelor de hidrocarburi

Determinarea cantitativ i calitativ a resurselor i rezervelor de hidrocarburi dintr-un zcmnt se face pe baza gradului de cunoatere a acestuia, adic n funcie de:

- Condiiile geologice; - Poziia contactelor a/, respectiv g/; - Valorile medii ale caracteristicilor rocii colectoare: grosime, porozitate, saturaie n

fluide; - Caracteristici ale fluidelor in conditii de zcmnt i de suprafa; - Mecanismul de dezlocuire; - Comportarea n exploatare a zcmintelor (a crei apreciere poate depinde de datele

furnizate de operatori ).

Acumularea sau resursa geologic iniial (petrolul acumulat n zcmnt) - reprezint totalitatea hidrocarburilor fluide care se gsesc n zcmnt nainte de nceperea exploatrii i care se determin, din datele existente la momentul respectiv, prin metoda volumetric. Trebuie menionat c, n aceast faz, cunoaterea dimensiunilor zcmntului este imperfect.

t

taief

t

ttef

b

SmAh

b

mSAhN

)1( == (tone)

Se observ c expresia A hef m este volumul spaiului poros al zcmntului (exprimat n m3)

care trebuie bine determinat n funcie de imaginea geologic a zcmntului la momentul respectiv. Se noteaz cu N rezerva recuperabil, exprimat de obicei n tone. Observatie: In rapoartelede producie din schelele petroliere se gsesc de obicei exprimri de genul 10 x 0,5 = 4 tone/zi: trebuie s se ineleg c debitul brut este de 10 m

3/zi,

procentul de impuriti este 50%, iar debitul net al sondei este 4 tone/zi (se ia in calcul i

densitatea ieiului).

Raportul N

N se numete factor de recuperare i el poate fi actual, la un anumit moment n

decursul exploatrii unui zcmnt, sau final, estimat pentru sfritul exploatrii acestuia.

Factorul de recuperare reprezint o msur cantitativ a posibilitilor de extragere a unei pri din petrolul acumulat n strat i exprim eficiena modului n care se poate exploata raional un zcmnt.

Gradul de recuperare depinde de: - caracteristicile zcmntului; - mecanismul natural de dezlocuire; - metodele de exploatare secundar care se aplic; - condiiile economice stabilite.

Factorul actual de recuperare reprezint raportul ntre producia cumulativ extras la un moment dat i acumularea geologic iniial.

Factorul final de recuperare este raportul ntre rezervele iniiale recuperabile (de bilan) i acumularea geologic. Reprezint factorul de recuperare prevzut a fi realizat pn la sfritul exploatrii. Din acest motiv el se poate modifica n timp, n funcie de detalierea exploatrii zcmntului.

16

Dup gradul de recuperare, rezervele geologice se pot clasifica n: - rezerve de bilan (recuperabile); - rezerve n afar de bilan.

Dup sursa de energie, resursele de bilan (recuperabile ) se clasific n: - resurse recuperabile primare - sunt rezerve ce pot fi extrase prin folosirea

deplin i raional a energiei proprii a zcmntului. - resurse recuperabile secundare (sau suplimentare) - care se pot extrage n plus,

prin aplicarea unor metode de mrire a recuperrii (suplimentare de energie).

Rezervele geologice in afar de bilan reprezint: - Partea din rezervele geologice pentru care nu s-a dovedit posibilitatea

extragerii din zcmnt, cu metode i tehnologii existente; - Partea din acumulare care se va consuma n roca colectoare n timpul

exploatrii (n funcie de metoda de exploatare adoptat, de exemplu combustia subteran).

- Rezerve geologice existente, dar care din anumite motive (condiii geologice dificile, calitatea hidrocarburilor, tehnologii neeconomice) nu pot constitui n prezent obiectul unor exploatri eficiente. Acestea ar putea fi extrase ns n viitor, pe seama unor procese tehnologice mbuntite (sunt deci posibile).

Rezult c rezervele recuperabile (de bilan), ca i cele n afar de bilan i factorul de

recuperare se pot modifica n timp, pe msur ce se imbuntete gradul de cunoatere a zcmntului sau prin posibilitatea aplicrii unor metode de exploatare noi sau considerate iniial neeconomice.

Schematic, o clasificare a resurselor i rezervelor de iei poate fi fcut n maniera urmtoare:

In timp

= norme vechi

= norme noi (internationale)

Rezerva geologic iniial (R.G.I. sau N)

Petrol acumulat in zcmnt P.A.

In afar de bilan (C1 + C2)

Nedovedite

De bilan (sau recuperabile) (A + B) sau N

Dovedite (sigure)

Secundare

Suplimentare

Primare

Primare

Probabile Posibile

Primare Suplimentare Primare Suplimentare

17

OBS. RGI = N =P.A = Extras cumulativ + = N

Consum cumulativ (ex. combustie) + + rmas n zcmnt

Raportul N/N este factorul de recuperare, acesta putnd fi actual sau final, prevzut pentru sfritul exploatriizcmntului. NOTA: A = rezerve cu grad de cunoatere apropiat de 100%; se refer la zone complet

conturate, cu caracteristici fizice ale rocii i fluidelor bine cunoscute.

B= rezerve cunoscute i ncercate n detaliu n cel putin 2 sonde productive i cu

indicaii pozitive n alte sonde.

C1 = corespund zcmintelor cunoscute n urma cercetrilor geologice i geofizice; n cel

puin o sond s-a obinut debit industrial.

C2 = corespund unor zone neconturate pe care nu s-a dovedit posibilitatea de a produce

hidrocarburile considerate ca existente pe baz de indicaii sau analogie cu alte zone similare.

Estimarea i clasificarea resurselor, precum i modul de exploatare a unui zcmnt sunt

analizate i prezentate n studiile de exploatare a zcmntului, care trebuie s conin: - mai multe variante de exploatare posibile; - indicatorii economici afereni fiecrei variante; - ierarhizarea variantelor dupa indicatorii de eficien economic.

In vederea clasificarii rezervelor, se ntocmesc: - modelul geologo fizic al zcmntului; - modelul matematic al zcmntului; - evaluarea perspectivelor de aplicare a unor metode de mrire a recuperrii (pe baza

eficienei economice).

Modelul de zcmnt are un caracter dinamic, deoarece volumul informaiilor crete n timp. El este o reprezentare schematic i incomplet a zcmntului real , ncorpornd un grad mai mare sau mai mic de incertitudine, in funcie de calitatea, numrul i reprezentativitatea datelor de baz, depinznd i de cunotinele i experiena celui care l ntocmete.

Modelul matematic are ca obiectiv rezolvarea numeric a ecuaiilor care descriu procesele

din zcmnt. Se bazeaza pe ipoteze simplificatoare, ceea ce i confer un anumit grad de incertitudine.

Toate elementele necesare construirii modelului geologic i matematic al zcmntului se

obin prin intermediul sondelor, acestea reprezentnd de fapt legtura ntre zcmnt i operator. Observaie: Exist posibilitatea nregistrrii unor date eronate in rapoartele de producie, care pot conduce la erori n calculele de proiectare!

Pe msur ce cunoaterea unui zcmnt evolueaz n timp, din etapa de explorare ctre cea

de finalizare a exploatrii, se obin din ce n ce mai multe date care diminueaza riscul estimrii eronate a acumulrii geologice iniiale, ca n schema urmtoare:

18

STADIUL LUCRARI-LOR DE FORAJ

1 Etapa

anterioar forajului

sondelor de explorare

2 Sparea

sondelor de explorare- conturare a zcmntului

3 Inceperea sprii

sondelor de exploatare

4 Continuare spare

gabarit de exploatare

5

Interval de producie

METODE DE CALCUL A RESURSEI

Estimare prin analogie cu alte zcminte din zon

METODA VOLUMETRICA PREVEDEREA COMPORTARII ZACAMANTULUI METODA BILANTULUI MATERIAL MET.DE DECLIN NATURAL

VARIATIA IN

ESTIMAREA RESURSE-

LOR

R (N) Resursa (Petrol Acumulat)

FAZA I F A Z A a II a FAZA aIII-a TIMP

19

1.4. Ecuaia de bilan material

Aplicat la zcmintele de hidrocarburi, legea conservrii masei poate fi scris sub forma :

V i initial = Vt fluide in zcmnt + V

e fluide extrase (Rez.geol. (la un moment dat) iniial)

Figura 13. Schematizare a zcmntului pentru aplicarea ecuaiei de bilan material

Ca rezultat al scderii presiunii sub cea iniial de zcmnt, volumul fluidelor iniial

existente n zcmnt crete de V, ceea ce corespunde volumului extras.

Vi = Vt + V

Rezult c volumul de fluide extrase poate fi determinat prin creterea de volum a fluidelor prezente n zcmnt, ca rezultat al scderii presiunii de la pi la pt (corespunztor unui moment oarecare, t). Se poate scrie c A = C + D+ W A = volum de fluide extrase C = creterea de volum a fluidelor prezente n zona de iei (N) D = creterea de volum a capului de gaze (M) W = cumulativ de ap ptruns din acvifer n zona productiv. Termenul A reprezint cumulativul de fluide extrase din zcmnt (iei + gaze + ap) i el poate fi scris ca

A = N*bt + N*Bt *(R- rst) + w

20

Factorul de volum al petrolului este definit ca raport ntre volumul ocupat n zcmnt i cel ocupat

n condiii normale, 00Tp

pT

tV

Vb = , deci produsul tbN este cumulativul de petrol extras, exprimat

n condiii de zcmnt, la momentul t n decursul exploatrii. Bt este factor de volum al gazelor (la momentul t), astfel c produsul

)( stt rRBN reprezint cumulativul de gaze libere extrase, calculat ca diferena ntre volumul

de gaze care nsoete volumul N m3de iei la zi, RBN t , i cantitatea de gaze dizolvate n

petrol, stt rBN

w este cumulativul de ap extras din strat. Termenul C, care reprezint creterea de volum a fluidelor din zona productiv (zona de iei) se scrie :

C = N (UtUi )

Termenul D simbolizeaz creterea de volum a gazelor din capul liber de gaze i este dat de relaia :

D = M (Bt Bi)

Rezult ecuaia general de bilan:

N (UtUi ) + M (Bt Bi) + W = N [bt+ Bt ( R-rst)]+ w (1)

Aceasta ecuaie poate fi scris sub diferite forme:

- n funcie numai de coeficientul devolum al iteiului b, - n funcie de coeficientul de volum bifazic u, etc. Mai simplu se poate utiliza n prima variant. Se cunoate c:

)( stsittt rrBbu += i respectiv ui = bi

wrRBbNWBBMbrrBbN stttitistsitt ++=+++ )]([)(])([

wrRBbNWBBMrBbrBbN stttitsitisttt ++=++ )]([)()]()[( (2)

( cu termenii grupai n funcie de pi sau pt) Observaie:

Factorii N, M W, N, w sunt exprimai n m3 la suprafa.

R=RGT (raia gaze-iei, exprimat n m3N/m3)

U factor de volum bifazic al ieiului

b factor de volum monofazic al ieiului

B factor de volum al gazelor

Ultimii trei parametri sunt exprimai la momentele de timp i, respectiv t.

21

Ecuaia de bilan material d informaii asupra ponderii cu care diferitele forme de energie particip n procesul de exploatare, la momentul de timp t:

wrRBbN

uuNE

sttt

it

++

=

)]([

)(1 - fracia de fluid extras ca rezultat al destinderii elastice a

sistemului roc - fluid i al expansiunii gazelor ieite din soluie (respectiv energia corespunztoare acestor mecanisme);

wrRBbN

BBME

sttt

it

++

=

)]([

)(2 (3) - rezultat al destinderii gazelor din capul de gaze;

wrRBbN

WE

sttt ++=

)]([3 - rezultat al mpingerii apei din acvifer.

Observaie:

Particularizri

Dac acviferul lipsete sau este inactiv: W=0, w=0

Dac lipsete capul de gaze: M=0

Pentru un zcmnt fr cap de gaze i fr acvifer activ, se obine forma cea mai simpl:

)]([)( stttit rRBbNuuN +=+ (4)

Utilizarea ecuaiei de bilan pentru estimarea resurselor iniiale de petrol

O parte dintre parametrii prezeni n ecuaia de bilan scris sub forma general ( 1) sunt

determinai n laborator i se cunoate variaia lor cu presiunea din analizele P.V. T: u, b, B, rs. Din datele de producie se obin: N, w i R = RGT. Necunoscutele ecuaiei sunt: N, M, si W. n funcie de condiiile concrete din zcmnt, participarea apei din acvifer i a gazelor din

capul de gaze n dezlocuirea ieiului poate fi diferit, fcndu-se simita mai devreme sau mai trziu, n decursul exploatrii.

Utilizarea ecuaiei de bilan are ca scop stabilirea rezervei iniiale, dar i precizarea formei de energie preponderente ntr-un moment al exploatrii zcmntului.

Din motivele prezentate mai sus, aplicarea strict matematic a ecuaiei de bilan, n trei momente diferite pentru determinarea necunoscutelor N, M si W nu va conduce la rezultate satisfctoare.

Este necesar ca rezolvarea s se fac prin ncercari succesive, pornindu-se de la forma cea mai simpl a ecuaiei, caracteristic zcmintelor care produc n regim de gaze dizolvate (forma 4).

Dac pentru trei - patru etape de calcul rezerva calculat nu este practic constant, nseamn c mecanismul de dezlocuire nu este cel admis.

Aflarea exact a mecanismului de dezlocuire se face din aproape n aproape, apelnd uneori la alte metode de calcul pentru una sau dou din necunoscutele ecuaiei.

22

Metodologia de lucru - Regim de gaze dizolvate Din diagrama PVT se obin coeficienii de volum ai petrolului i gazelor, ca i raia de soluie

(se cunoate variaia acestor parametri cu presiunea). Se cunosc din datele de producie valorile N i RGT. Datele cunoscute sunt prezentate ntr-un tabel, pentru diferite momente. Se scrie ecuaia de bilan sub forma (4), pentru W=0, M=0. N(utui)=N[bt +Bt(R-rst)] (4) Se ine seama c: ui =bi, Ut =bt+Bt(rsi-rst), iar RN = M Rezult:..

wrRBbNWBBMbrrBbN stttitistsitt ++=+++ )]([)(])([

tstttsitisttt NBRrBbNrBbrBbN += )()]()[(

)()()()(

)(

sitisttt

t

sitisttt

sttt

rBbrBb

BM

rBbrBb

rBbNN

+

= (5)

Deoarece parametrii b, B, rs sunt funcii de presiune, relaia (5) poate fi scris: N = N . t + M . g (6)

Unde)()( sitisttt

stttt

rBbrBb

rBb

=

)()( sitisttt

tg

rBbrBb

B

=

..

Figura 14. Reprezentarea grafic a funciilor de presiune.

sunt funciile de presiune pentru iei, respectiv pentru gaze ( figura 14).

23

Valorile resursei N, obtinue la diferite perioade de timp trebuie s fie practic constante, nscriindu-se pe o dreapt. Rezult atunci c zcmntul produce ntr-adevr n RGD, deci parametrii utilizai n ecuaia de bilan au fost corect determinai i folosii.

Observaii : Trebuie subliniat c obinerea unor rezultate reprezentative pentru resursele iniiale prin

metoda bilanului (metoda funciilor de presiune) poate avea loc dup o perioad de exploatare destul de lung, timp n care din zcmnt s-a extras cel puin 5% din rezerva iniial, iar presiunea de zcmnt a sczut sub presiunea de saturaie.

Dac valoarea N, obinut prin calcul n mai multe etape ale exploatrii, variaz cu creterea

cumulativului de petrol extras N, n cazul n care datele utilizate sunt corecte, este probabil c mecanismul de dezlocuire este altul dect cel corespunztor gazelor dizolvate. Apare indicaia ca la dezlocuire particip i apa din zona adiacent, sau gazele din capul de gaze, sau ambele, simultan.

n asemenea cazuri, aplicarea ecuaiei de bilan presupune un calcul prin ncercri succesive, n care se iau pe rnd n consideraie i celelalte forme de energie (apare a, ecuaia scris n u).

Pentru siguran, calculul resurselor se va face ntotdeauna prin mai multe metode: Dintre cele trei necunoscute N, M, W ( n cazul unui zcmnt complex), cel puin una trebuie

determinat prin alte metode. Exemplu: pentru determinarea W: - teoria sondei centrale ( sonda este asimilat cu o sond

central care are raza egal cu a zonei productive).

n general, ecuaia de bilan se aplic cu succes pentru zcmintele care produc n regim de gaze dizolvate.

Surse de erori: determinri PVT eronate, date de producie incorect nregistrate

24

1.5. Comportarea n exploatare a zcmintelor de petrol care produc cu energie proprie

Studiul comportrii n exploatare a unui zcmnt presupune s se urmreasc variaia n

timp a unor parametri determinani, cum sunt: - presiunea - debitul de iei extras - raia gaze-iei, RGT - numrul de sonde n funciune - viteza de deplasare a contactelor ap/iei i iei/gaze (dac acestea exist).

A. Zcminte care produc n regim de gaze dizolvate (RGD):

Se observ posibilitatea mpririi n trei domenii: I = expansiune elastic p> p saturaie II = expansiunea gazelor ieite din soluie III =regim gravitaional

Figura 15. Comportarea n exploatare a zcmintelor aflate deasupra presiunii de saturaie

Factori care influeneaz comportarea n exploatare a zcmintelor in RGD :

- Vscozitatea i densitatea petrolului, - Raia de soluie iniial, - Coeficientul de volum monofazic, - permeabilitile relative.

Exemplu: In figura 16 se prezint influena viscozitii ieiului, t:

Considernd c 1>2>3>4>5 , se constat c epuizarea energetic este cu att mai rapid cu ct viscozitatea t este mai mare. Discuie absolut analog pentru

t curbele se prezint cu alur

absolut asemntoare.

Figura 16. Influena viscozitii ieiului asupra exploatrii

25

Concluzii la zcminte n RGD: FFR nu depinde de debitul cu care este exploatat zcmntul.

La strate bune consolidate debitul nu este limitat se scurteaz perioada de exploatare, dar nu crete N/N.

Totui n cazul zcmntului cu nclinri mari i permeabiliti bune perpendicular pe direcia de stratificaie, exist posibilitatea formrii unui cap secundar de gaze ( important surs energetic). Se recomand n acest caz debite moderate. De asemenea, trebuie nchise sondele din partea superioar a structurii ca s nu extrag gaze. FFR nu depinde de aezarea sondelor. Se recomand ns o reea ct mai uniform, din

motive legate de iniierea ulterioar a unor procese de injecie. n RGD, factorul de recuperare poate fi cuprins ntre 5 25%; de regul FFR 15%, mai

frecvent sub 10%. Se impun deci procese de recuperare secundar ageni de lucru cu efect energetic sau/i fizicochimic.

B. Zcminte cu cap iniial de gaze (p psat )

Gazele cantonate n capul liber de gaze se destind i ptrund n zona productiv, dezlocuind petrolul.

Zcmntul produce ca urmare a expansiunii gazelor din CLG i al expansiunii gazelor ieite din soluie.

Figura 17. Zcminte cu cap liber de gaze. Figura 18. Influena volumului CLG

Se observ c, fa de situaia anterioar, lipsete domeniul piz - psaturaie

FFR depinde de raportul ntre volumul capului de gaze i cel al zonei de iei, H: cu ct acesta este mai mare, cu att FFR crete. Sondele se amplaseaz paralel cu limita / g. FFR are valori de 2040 (45%), dac se conserv CLG i eventual se promoveaz segregarea gravitaional a gazelor, ceea ce presupune utilizarea unor debite moderate de exploatare.

26

C. Zcminte cu mpingere substanial de ap

Figura 18. Curbe tipice de comportare pentru zcminte cu mpingere substanial de ap

Se observ c, prin controlul numrului de sonde aflate n producie se ncearc ca presiunea dinamic s fie meninut deasupra presiunii de saturaie, ps,