Symulacja procesu

eksploatacji złóż gazowo-

kondensatowych

Stanisław Nagy

Akademia Górniczo-Hutnicza

Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu,

Cel prezentacji



problemy symulacji procesu eksploatacji

złóż gazo-kondensatowych:

–

różnice w odniesieniu do klasycznej symulacji

złóż gazowych i ropnych symulatorami „black

oil”.

–

dodatkowe efekty związane z dwufazowym

przepływem gazu i kondensatu w strefie

przyodwiertowej stanowią istotne problemy

eksploatacyjne.

–

zagadnienia termodynamiczne związane z

procesem modelowania

Definicja złóż gazowo-

kondensatowych



Złoża gazowo – kondensatowe mogą być mniej
więcej zdefiniowane jako te, które produkują:

–

lekko zabarwiony lub całkowicie bezbarwny płyn złożowy
o

–

gęstość w warunkach standardowych wyższa niż 45ºAPI
(0.8 g/cm3),

–

przy wykładniku gaz-kondensat mniejszym niż 2700
m3/m3

–

zawartości składników ciężkich węglowodorów C

7+

od 4%

(@ definicja uproszczona wg McCaina)

Eksploatacja złoża g-k



Eksploatacja złoża gazowo –
kondensatowego sprowadza się
najczęściej do produkcji gazu lub gazu z
rozpuszczonym kondensatem, z którego
znaczna ilość płynnych węglowodorów
jest skraplana w powierzchniowych
separatorach, stąd nazwa gazowo –
kondensatowe.

Gas cycling



Bardzo rzadko w złożach gazowo-
kondensatowych prowadzi się tzw. „gas
cycling” w celu odzysku kondensatu.



Spowodowane jest to najczęściej
dużymi kosztami procesu zatłaczania i
wysoką ceną gazu ziemnego.

Zakres temperatur i ciśnień



złoża węglowodorów mają bardzo
zróżnicowane wartości temperatur i
ciśnień.



zmienność parametrów ze wzrostem
głębokości zalegania

Matematyczny model

przepływu



model symulatora, w którym fazy
gazowa i ropna są dwoma płynami

–

o zmiennym składzie chemicznym

–

wmiennych własnościach filtracyjnych.

Uwzględnia się w modelu

–

rzeczywisty skład gazu

–

niejednorodność złoża zgodnie z
dotychczasowym rozpoznaniem
geologicznym

–

zróżnicowanie nasycenia resztkowego
wodą.

Własności lekkiej ropy i g-k



W złożach węglowodorowych lekkiej
ropy naftowej i gazu kondensatowego,
skład oraz ciśnienie nasycenia silnie
wpływają na własności płynu.

Obliczenia PVT



Obliczenia równowagowe - typu „flash
calculation”- z wykorzystaniem stałej
równowagi fazowej oraz równania stanu
są wykonywane w celu określenia
składu faz, jeżeli ciśnienie jest

niższe

niż ciśnienia nasycenia.

Dla składnika węglowodorowego

ważne są relacje bilansowe

(udziały molowe lub masowe):

1

1

c

N

kg

k

C

=

=

�

1

1

c

N

ko

k

C

=

=

�

Równanie ciągłości

(

)

(

)

kg g g

ko o o

kg g g

ko o o

C

u

C

u

C

S

C

S

x

t

r

r

f

r

r

�

��

�

-

+

=

+

�

�

�

�

Równanie Darcy dla 2 faz

ro

o

o

o

kk

P

u

x

m

�

=-

�

rg

g

g

g

kk

P

u

x

m

�

=-

�

Ciśnienie kapilarne, nasycenie

fazami

cog

g

o

P

P

P

= -

cow

o

w

P

P P

= -

1

o

g

w

S

S

S

+ +

=

Równanie przepływu

(

)

rg

g

ro

o

kg g

ko o

kg g g

ko o o

g

o

kk

P

kk

P

C

C

C

S

C

S

x

x

x

t

r

r

f

r

r

m

m

�

�

�

�

�

��

�

+

=

+

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

Własności PVT obu faz

1

2

( ,

,

,...)

o

o

o

o

P C C

r

1

2

( ,

,

,...)

g

g

g

g

P C C

r

1

2

( ,

,

,...)

g

g

g

g

P C C

m

1

2

( ,

,

,...)

o

o

o

o

P C C

m

Stała równowagi fazowej

( , ,

,

)

ig

igo

ig

io

io

C

K T P C C

C

=

Liczba równań



Liczba równań koniecznych do
rozwiązania układu zależy od liczby
składników węglowodorowych.



Wpływ liczby pseudoskładników ma
wpływ na jakość prognozy
termodynamicznej – w szczególności na
ciśnienie nasycenia (rys.1), skład obu
faz, gęstość i lepkość obu faz.

Praktyczne modele PVT



W modelowaniu wykorzystuje się
najczęściej od 4 do 25
pseudoskładników, których własności
oblicza się na postawie oddzielnej
procedury grupowania i uśredniania
własności

Wpływ liczby składników

Istotne elementy

termodynamiki



stosunek ściśliwości (Z-factor) ,



początkowy wskaźnik kondensatowo-gazowy
dla składników cięższych
od butanów (C5+) dla p,T ,



ciśnienie punktu rosy,



początkowy skład gazu ,



sumaryczna produkcja na podstawie testu
CVD dla składników cięższych
od butanów (C5+) oraz butanów (C4) ,

Istotne elementy

termodynamiki



w przypadku złóż o wysokim ciśnieniu i w

wysokiej temperaturze – wszystkie drugorzędne

efekty stają się efektami pierwszorzędnymi,



testy typu “swelling” “multicontact” oraz

analiza kompozycyjna dla symulacji procesów

zatłaczania gazu,



analiza procesu wykraplania kondensatu w

pobliżu otworu (LDO),



zmienność lepkości w funkcji składu i ciśnienia,



zmienność napięcia powierzchniowego w

funkcji składu i ciśnienia

Znaczenie PVT



Dla klasycznych układów ropy naftowej
oraz gazu ziemnego własności PVT
grają podrzędną roję, to w przypadku
gazu kondensatowego lub lekkiej ropy
nafty własności PVT decydują o jakości
rozwiązania.

„tunning EOS”



W modelowniach kompozycyjnych
wykorzystuje się zwykle równania stanu
stopnia trzeciego. Są to najczęściej
oryginalne i zmodyfikowane równania
stanu Penga-Robinsona, Soave-Redlicha
Kwonga, Joffe-Zudkovitza, Teji-Patela

EOS



Równania te wykorzystywane są
głównie dlatego, że znane są wszystkie
pozytywne i negatywne aspekty ich
wykorzystania, a dodatkowo dostępne
są współczynniki binarnego-
oddziaływania składników i
pseudoskładników

Algorytmy PVT



Szereg algorytmów opisujących rozdział
składników gazu ziemnego
kondensatowego na pseudoskładniki
istnieje w literaturze ([2]), również szereg
korelacji do określania własności tych
pseudoskładników – w szczególności
określenia ciśnienia krytycznego,
temperatury krytycznej i czynnika
acentrycznego.

Regresja nieliniowa w

procedurze dopasowania PVT



Procedury regresji nieliniowej określania
ostatniej pseudofrakcji (np. analizy
PNA) są najistotniejsze dla właściwego
doboru modelu do obliczeń.



Te ostatnie dopasowania realizowane są
m.in. w pakietach komercyjnych (PVTi
(Eclipse, Schlumberger), DESKTOP-PVT
(VIP, Landmark), PVT(CMG)).

Obszar okołokrytyczny



Oddzielnym zagadnieniem, jest
modelowanie własności w obszarze
krytycznym i ocena dokładności
prognozy dla określonego równania
stanu.

Symulator komputerowy

–

Eclipse 300 Geoquest,

–

VIP Landmark,

–

GEM CMG

–

Paradigm (Baker) Compositional

Cechy modeli



przestrzennej struktury złoża, budowy

warstwowej, uskoków, przesunięć

warstw,



zmienności przestrzennej porowatości

oraz przepuszczalności we wszystkich

trzech kierunkach: kx, ky, kz,



zjawisk wielofazowych i kapilarnych,



sił grawitacyjnych,



zależności parametrów od ciśnienia,

Cechy modeli



rzeczywistego składu gazu ziemnego i jego własności

filtracyjnych i termodynamicznych,



wody okalającej i podścielającej,



rzeczywistej konstrukcji otworów eksploatacyjnych i

chłonnych,



sterowania pracą otworów przy pomocy kontroli ciśnienia lub

wydajności, wykładnika gazowego i ciśnienia głowicowego,



uruchamiania i zamykania otworów w trakcie eksploatacji

oraz udostępniania lub zamykania wybranych warstw, co jest

realizowane przy zastosowaniu opcji restartu programu ze

zmodyfikowanym zbiorem danych



tworzenie zagęszczonej siatki wokół odwiertów wokół

odwiertów

Zastosowanie modeli

kompozycyjnych



Główne zastosowania modeli
kompozycyjnych w modelowaniu złóż
obejmują najczęściej zagadnienia
symulacyjne charakteryzujące się :



znaczną zmiennością kompozycyjna w
głębokości oraz w kierunku x-y



zmienność temperaturowa z
głębokością.

Ważne zagadnienia



zatłaczanie gazu do złoża



modelowanie procesu odzysku
kondensatu ze złoża gazowo-
kondensatowego



modelowanie procesów eksploatacji
wtórnej (EOR)



sekwestracja dwutlenku węgla.

Dodatkowe Zagadnienia



określenie współczynników
przepuszczalności względnej w funkcji
prędkości przepływu gazu



modelowanie nieliniowych efektów
przepływu w strefie przyodwiertowej

Niwewłaściwie dobrane

własności PVT

Podsumowanie



Do modelowania kompozycyjnego złóż
gazu kondensatowego stosowane są:



Eclipse 300 Geoquest, VIP Landmark,
GEM CMG do symulacji eksploatacji złóż
ropy naftowej i gazu ziemnego.



Programy te umożliwiają symulację
przepływu izotermicznego wielofazowego
(np. 4 fazy ciekłe, 1 faza gazowa) .

Podumowanie



Stosowanie modelowania

kompozycyjnego umożliwia symulację

takich procesów jak eksploatacja

układów gazowo-kondensatowych,



Użycie symulatorów kompozycyjnych

zwiększa dokładność prognozy

wydobycia układów węglowodorów, w

szczególności do układów lekkiej ropy i

układów gazowo-kondensatowych

Dziękuję za uwagę