강의개발. 개발설계의 일반원칙을 강의한다. 계면활성제 용액에 의한 오일 치환 효율
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13강
석유 회수 증가
1. 회수가능준비금을 늘리는 방법
향상된 오일 회수 - 복잡한 문제, 유전사업 전 분야에서 축적된 경험을 활용한 솔루션입니다. 물론, 우선 우물에 대한 정기적인 유체 역학 연구를 기반으로 지층의 지질 구조와 범람 과정의 규제 구현을 고려하여 퇴적물에 우물을 올바르게 배치하는 것입니다. 유속을 증가시키고 오일 및 가스 유입 프로파일을 평준화하기 위해 지층의 바닥 구멍 영역에 영향을 미치고 주입정의 주입성을 인위적으로 조절함으로써 저장소 운영의 효율성이 향상됩니다. 저수지 압력을 유지하십시오. 주입된 물에 화학 시약을 첨가하여 지하에서 기름을 보다 완벽하게 제거하면 물 범람의 효율성이 크게 높아질 수 있습니다. 오일 회수율을 높이는 모든 2차 및 3차 방법은 이전 강의에서 논의한 특정 물리 법칙의 사용을 기반으로 합니다.
오일 발생 조건, 특성 및 구성에 따라 다릅니다. 또한 경제성을 바탕으로 탄화수소 추출에 다양한 기술을 활용하고 있습니다. 가장 잘 알려진 기술 중 하나는 오일의 점도를 낮추기 위해 저장소에 냉각수를 주입하는 것입니다. 오일 용매인 액화 가스를 지층에 주입함으로써 동일한 목표를 추구합니다. 가스 환경에서 중질 탄화수소의 역증발 및 응축 현상을 이용하여 가스를 저장소로 펌핑하는 기술 개발고압
, 이는 오일 분획의 일부를 증기상으로 전달하는 데 기여합니다.
물과 대체된 오일의 이동성을 동일하게 하기 위해 냉각수를 지층에 주입합니다. 오일 회수율을 높이기 위해 계면활성제와 이동식 연소원으로 안정화된 폼이 사용됩니다. 지층의 우물 근처 영역에 영향을 미치는 초음파, 진동 및 전기적 방법이 연구되고 있습니다. 2. 세제 및오일 치환
물의 성질예금은 유전의 효율성을 높이는 주요 방법입니다. 그러나 모든 효율성에도 불구하고 석유 매장량의 절반 이상이 땅에 남아 있습니다. 홍수의 효율성을 높이는 방법 중 하나는 변위 특성이 높은 물을 저수지에 주입하는 것입니다. 현대 개념에 따르면, 미네랄에서 탄화수소를 세척하는 것과 관련된 물질의 세제 작용 메커니즘은 물의 습윤성을 향상시키고 오일 및 기타 표면과의 계면에서 표면 장력을 감소시키는 능력에 의해 결정됩니다. 현탁액 및 유제 등을 방해하는 물질이어야 합니다.
지층 암석의 구조와 특성, 다공성 매체의 유체 상태에 따라 변위 유체의 매개변수가 영향을 미칩니다. 2. 세제 및속성이 동일하지 않을 수 있습니다. 예를 들어 저장소의 오일이 분산된 상태인 경우 이 경우 가장 좋은 변위 특성은 오일 경계에서 표면 장력이 낮고 암석을 잘 적시는 것이 특징인 물입니다.
파손된 저수지에 범람할 때 습윤 장력 값이 높은 물을 사용하는 것이 좋습니다(에스× 코사인큐), 모세관력에 의해 균열로 부서진 암석 블록에 집중적으로 흡수될 수 있습니다.
그러나 수분이 흡수되는 과정은 기름으로 포화된품종에는 형성이 동반됩니다 물-기름오일상의 연속성이 붕괴되어 오일 회수에 부정적인 영향을 미치는 혼합물. 이러한 혼합물은 낮은 값의 물이 있을 때 덜 집중적으로 형성됩니다(에스× 코사인큐). 그렇다면 중성(중간) 습윤성 조건에서 접촉각이 90°에 가까울 때입니다.° , 에이 에스최소값을 가지면 오일 회수 계수가 증가해야 합니다. 이러한 물은 세척 특성이 좋지 않지만 변위 용량이 가장 높습니다. 이러한 점에서, 석유와 함께 생성된 지층수를 선호해야 하며, 적절한 처리 후 지층에 다시 주입해야 합니다. 저장소 압력을 유지하는 데 사용되는 담수는 암석 표면을 더 잘 적시고 기름과 접촉하여 보다 안정적인 유제를 형성합니다. 또한, 이들은 육지 저수지의 일부인 점토 시멘트의 팽창과 기공 공간의 감소에 기여합니다. 사실, 일부 과학자들은 이 경우 수축하는 여과 채널에서 오일이 압착된다고 믿고 있지만, 그들의 연구에 제시된 실험실 실험 결과로 판단하면 그렇지 않습니다. 단순히 여과 채널의 구조를 변경하여 여과 흐름을 재분배함으로써 결과적인 효과를 설명하는 것이 훨씬 쉽습니다.
점토질 함량이 미미한(0-5%) Udmurtia 들판의 육지 저수지에서 담수와 기수 여과 중 투과도 감소는 느슨하게 결합된 물 층의 두께 증가와 관련이 있습니다. 여과 채널의 표면. 암석의 가스 투과도가 0.2에서 0.9μm 2 로 변할 때, 광천수에 비해 담수의 투과도가 상대적으로 감소하는 비율은 평균 55%로 34~75%로 다양합니다.
0.3~0.9μm의 가스 투과성을 특징으로 하는 Bashkiria의 사암 퇴적물에 대한 실험에서 지층수(29~67%의 변화 범위에서 평균 46%)와 관련된 담수의 투과도 변화에 대한 유사한 수치를 얻었습니다. 2.
수행된 연구에 따르면 주입된 물의 화학적 조성 변화로 인해 소량의 점토 시멘트가 포함된 석영 미사암 사암의 투과성이 감소하는 것으로 나타납니다. 이는 표면에 결합된(느슨하게 결합된) 물 확산층의 두께에 영향을 미칩니다. 여과 채널의. 다공성 매질에 여과된 물이 담수화됨에 따라 (1)에 따라 이 층의 두께가 증가하여 투과도가 감소하게 됩니다. 주입된 물의 광물화가 증가함에 따라 암석의 투과성은 다시 증가합니다. 연구 후 수행된 가스 투과도 제어 측정에서는 암석의 기공 공간 구조에 구조적 변화가 발생하지 않았으며 절대 투과도도 변하지 않은 것으로 나타났습니다. 좀 더 정확히 말하면 평균편차는 다음과 같다.± 7.5%로 이는 실험실 조건의 투과도 평가 오류 내에 있습니다.
,(1)
어디 디시간- 결합수층의 두께 변화;
에이 - 전해질 해리 정도;
N - 전해질 분자가 분해되는 이온의 수;
중 - 유체 점도;
아르 자형- 이온 반경;
K는 볼츠만 상수입니다.
T - 절대 온도;
중- 이온의 질량;
와 함께 1 및 C 2 - 형성수 및 주입수 내 염의 몰 농도.
다공성 매질의 투수성을 변화시키는 과정의 메커니즘은 암석의 시멘트를 구성하는 점토 입자 표면의 양이온 교환과 관련이 있습니다. 이 경우 용액과 미네랄의 두 가지 유형의 상호 작용이 가능합니다. 첫 번째 경우, 점토 물질에 흡수된 착물과 동일한 양이온을 포함하는 용액을 여과하면 양이온 교환이 사실상 없습니다. 미네랄에 의해 흡수된 복합체의 조성은 변하지 않으며, 확산층의 두께 변화는 주로 주입수와 형성(결합)수 내 염분 농도의 차이에 의해 결정됩니다.
두 번째 경우, 투과도의 변화는 흡수된 복합체에 들어가거나 침출되는 양이온의 유형과 생성수와 주입된 유체의 농도 차이에 따라 결정됩니다. 흡수된 복합체에서 나트륨 양이온이 우세한 경우 투과성의 가장 큰 변화가 관찰됩니다.
| 샘플번호 | 투과성, µm 2 | 투과성의 상대적 감소, |
|
| 을 위한 NaCl 용액 | 신선한 물을 위해 | ||
| 1878 | 0,230 | 0,096 | |
| 1879 | 0,136 | 0,034 | |
| 1881 | 0,018/ 0,012 | 0,013 / 0,0073 | |
| 1883 | 0,131 | 0,046 | |
| 1883a | 0,014 | 0,006 | |
| 3806 | 0,045 / 0,058 | 0,023 / 0,038 | |
| 평균 | |||
참고: 분모는 미네랄 및 담수의 두 번째 주입 주기의 투과도 값을 나타냅니다.
이와 관련하여, 육지 저수지에서 퇴적물이 발생하는 주입정의 주입성을 복원하고 저수지 압력을 유지하려면 광물화 및 저수지 물 조성에 가까운 화학적 조성을 갖는 물을 사용하는 것이 좋습니다.
또한 주입수 저장소의 여과 특성을 향상시키기 위해 다가 금속의 염화물 염(예: AlCl 2, FeCl 3) 또는 황산염(예: Na 2 SO 4, K 2 SO 4)을 포함하는 성분을 추가할 수 있습니다. 또는 느슨하게 결합된 물 층의 두께를 줄이고 암석의 투과성을 높이는 데 도움이 되는 질산염(예: NaNO 3, KNO 3) 첨가제.
3. 계면활성제를 이용한 물 처리
액체의 표면 및 습윤 특성과 다공성 매질의 상 경계면 특성에 필요한 변화는 물에 계면활성제를 첨가함으로써 달성될 수 있습니다.
대부분의 계면활성제 분자는 한쪽 끝에 잔류 친화력이 낮은 긴 소수성 탄화수소 사슬과 다른 쪽 끝에 높은 친화력을 갖는 친수성 극성 그룹으로 구성됩니다. 모든 계면활성제는 화학적 특성에 따라 음이온 활성계로 구분되며, 양이온성의및 비이온성 물질. 이온성 계면활성제 분자의 탄화수소 부분이 수용액에서 형성된 음이온의 일부인 경우, 해당 화합물은 음이온성 활성 물질에 속합니다. 양이온성의물질은 긴 사슬의 탄화수소 라디칼을 포함하는 수용액에서 양이온을 형성합니다. 비이온성 물질을 함유하지 않음 비이온화친수성 말단 그룹. 이들 물질의 표면 활성은 극성 및 비극성 그룹으로 구성된 비대칭(양친매성) 구조를 갖는 분자의 독특한 구조에 기인합니다. 분자의 비극성 및 수불용성 부분은 소수성 알킬, 아릴 또는 알킬아릴 라디칼이고 극성 부분은 수용성그룹을 대표한다 폴리에틸렌 글리콜또는 프로필렌 글리콜나머지.
일반적인 비이온성 계면활성제로는 OP-10이 있는데, 이는 15~20년 전에 큰 기대를 걸었던 제품입니다. 예 양이온성의계면활성제는 사암을 소수화하는 데 사용되는 카르보졸린 O입니다. 음이온성에는 설포놀 NP-1, NP-3, 설포네이트 등이 포함됩니다.
다양한 화학 첨가제가 오일 회수에 미치는 영향을 실험실 조건에서 테스트했습니다. 현재 석유 회수율을 높이는 보편적인 수단이 없다는 것이 거의 모든 사람에게 분명해졌습니다. 동일한 시약이라도 조건에 따라 다르게 반응합니다. 표는 현장 조건에서 오일 회수를 향상시키는 데 사용되는 다양한 시약에 대한 실험실 연구 결과를 보여줍니다. 우랄-볼가 지역. 본 연구는 PermNIPIneft, BashNIPIneft, 우드무르트NIPInft, 기프로보스토크.
| 기술(상세한 수정 없이 화학 시약 용액 테두리) | 계수의 상대적 증가 오일 변위 |
|
| 변화의 범위 | 평균 |
|
| 비이온성 계면활성제(OP-10 유형) 홍수 과정 초기부터 ~에 잔여 오일 세척 후 | 0 - 0,11 0 - 0,12 | 0,055 0,019 |
| 음이온성 계면활성제(탄산염 내) | 0 - 0,34 | 0,156 |
| 동일함(영토암에서) | 0 - 0,13 | 0,044 |
| 알칼리 및 이를 기반으로 한 조성물 | 0 - 0,38 | 0,155 |
| 폴리머 | 0 - 0,28 | 0,113 |
| 이산화탄소 | 0,05 - 0,28 | 0,122 |
표는 특정 조건에서 모든 기술이 완전히 비효율적일 수 있는 반면 동시에 다른 기술은 긍정적인 효과. 눈에 띄는 예는 음이온성 계면활성제로, 육지 저장소에서는 실질적으로 효과가 없지만 탄산염에서는 계수가 매우 눈에 띄게 증가합니다. 오일 변위.
계면활성제는 암석 표면에 다양한 정도로 흡착됩니다. 표면층에서의 G의 비흡착, 용존 물질의 농도 및 농도에 따른 표면 장력의 변화 사이의 정량적 관계 설치된 상태에서깁스 방정식
어디 아르 자형- 보편적인 기체 상수
티- 절대온도.
용액의 표면 장력을 감소시키는 용질의 능력을 나타내는 값을 일반적으로 표면 활성이라고 합니다.
표면 활성의 크기는 흡착 등온선 Г=f(C)와 용해된 물질의 농도에 대한 표면 장력의 의존성으로부터 결정될 수 있습니다.에스=에프(C).
처음에는 표면장력이 급격히 떨어지다가 표면층이 흡착된 분자로 채워지면서 변화가 일어나게 됩니다.에스 계면활성제 농도가 증가하면 감소하고 흡착이 계면활성제 분자로 층이 완전히 포화되는 일정한 값에 도달하면 중지됩니다. 따라서 계면활성제의 표면 활성은 다음과 같은 값으로 평가됩니다.
저것들. 계면활성제 농도가 0이 되는 경향이 있는 G0의 초기 값. 표면 활동의 SI 단위는 H입니다.× 중 2/kmol.
1mN × 중 2 /kmol=1깁스=1Dyn/cm/(mol/dm 3)
주입된 물을 처리하는 데 가장 적합한 것은 낮은 농도의 오일과의 경계면에서 표면 장력을 크게 감소시키고 암석 표면의 습윤성을 향상시키는 계면활성제입니다. 흡수가 적은그 위에 파괴적인 물-기름 유제. 또한, 가격이 저렴하고 담수 및 생성수에 완전히 용해되어야 하며 생성수 염에 대한 저항성이 있어야 합니다. 일반적으로 다양한 계면활성제의 혼합물이 최고의 성능을 발휘합니다. 이와 관련하여 실험실 연구의 주요 임무는 특정 오일 조건에 가장 적합한 구성을 선택하는 것입니다. 엄청난 양의 연구가 필요하다 높은 비용시간과 비용이 많이 들기 때문에 완전히 구현되는 경우는 거의 없습니다.
오일 회수율을 높이기 위해 산업용으로 계면활성제를 사용하는 것은 여과 채널의 거대한 표면에 의한 흡착으로 인해 심각한 어려움에 직면합니다. 그러나 화학 용액 가장자리를 따라 물을 여과한 결과 물질이 부분적으로 탈착되고 지층의 다른 부분으로 이동한다는 점을 고려해야 합니다.
반면, 흡착이 일어나지 않으면 계면활성제의 작용 메커니즘이 완전히 구현될 수 없습니다. 암석 표면에 활성 시약의 흡착을 감소시키는 물질을 사용하여 폴리머 범람의 효과에 대한 연구 결과가 알려져 있으며 이는 기술적 효과가 없음을 나타냅니다.
4. 알칼리성 범람
알칼리 용액은 담수에 의해 추진되는 슬러그 형태로 지층에 주입됩니다. 알칼리성 테두리의 작용 메커니즘은 알칼리와 오일의 상호 작용으로 인한 계면 활성제의 형성과 관련되어 있으며, 이는 용액과 오일의 경계에서 표면 장력을 감소시키고 암석 표면의 친수화를 초래합니다. 더 큰 범위) 오일의 유화로 인해 추가적인 유체역학적 저항이 생성되어 홍수에 의한 형성의 미세 및 거시적 스윕이 증가하는 데 기여합니다. 현재 알칼리성 범람 및 그 변형에 대한 현장 테스트가 수행되고 있으며, 이는 알칼리 혼합물의 생성으로 표현됩니다. 다양한 유형계면활성제, 열알칼리성 범람 등. 알칼리성 범람의 효과는 오일의 활성과 밀접한 관련이 있으며, 이는 알칼리와 반응하는 산성 성분의 함량에 따라 달라집니다.오일의 활성이 높을수록 알칼리 용액과의 경계면에서 표면 장력이 더 많이 감소합니다.
5. 폴리머 범람
농화물을 첨가해서 수용성폴리머는 점성 불안정성을 제거 또는 감소시키고 주입된 물이 생산 유정으로 조기에 누출되는 것을 방지함으로써 변위 전선을 평준화하는 것을 목표로 합니다. 이 경우, 폴리머 용액에 가해지는 힘에 저항하는 폴리머 용액의 주요 특성이 실현됩니다.
다른 모든 조건이 동일할 때 폴리머 용액의 여과 속도가 높을수록 저항 계수가 높아집니다. 저항 계수의 크기는 폴리머 용액의 이동성과 물의 이동성의 비율에 의해 결정됩니다. 이 방법의 효율성에 대한 또 다른 중요한 지표는 잔류 저항 계수입니다. 이는 다공성 매질을 물로 세척하고 이전에 주입된 폴리머를 탈착 또는 파괴한 후에 결정됩니다. 실제 조건에서 슬러그가 주입정에서 멀어짐에 따라 여과 속도가 급격히 감소하여 폴리머 범람이 효과적이지 않기 때문에 이 기술은 순수한 형태로 어디에도 사용되지 않습니다. 이는 자체 조절 점도를 갖는 화학 성분의 주입과 함께 사용됩니다. 이러한 시약은 오일과 접촉하면 점도가 감소하고 물과 접촉하면 점도가 증가하므로 퇴적물 내에서 암석의 지질 구조와 저장소 특성이 급격하게 변하는 실제 탄화수소 발생 조건에서 오일을 가장 효과적으로 대체할 수 있습니다.
6. 저수지에서 석유 회수율을 높이기 위해 이산화탄소를 사용
물에 용해되거나 액체 형태로 지층에 유입되는 이산화탄소는 석유, 물 및 저장소의 물리적, 화학적 특성에 유익한 영향을 미치며 지층에서 석유 회수율을 높이는 데 도움이 됩니다.
CO2는 상대밀도 1.529로 공기보다 무거운 무색의 기체입니다. 임계온도 31.1° 와 함께; 임계 압력 - 7.29 MPa; 임계 밀도는 468kg/m3입니다. 20의 온도에서° 와 함께5.85MPa의 압력에서 밀도가 770kg/m3인 무색 액체로 변합니다. 강한 냉각을 통해 CO 2 는 밀도 1650 kg/m 3 의 하얀 눈 같은 덩어리로 응고되고, -78.5 온도에서 승화됩니다.° 와 함께그리고 대기압. 액체 이산화탄소의 표면 장력은 온도가 증가함에 따라 감소합니다.
| 온도, ° 와 함께 | ||||
| 표면 장력, mJ/m 2 | 16,54 | 4,62 | 1,37 | 0,59 |
물에 대한 이산화탄소의 용해도는 압력이 증가함에 따라 급격히 증가합니다. 수온과 염도의 증가는 CO 2 용해도의 감소를 동반합니다. 이산화탄소 농도가 증가하면 물의 점도도 증가합니다. 예를 들어 온도가 20도라면° 와 함께압력 11.7 MPa, 탄산수의 점도는 1.21 MPa× 와 함께. 오일 내 이산화탄소의 용해도는 오일의 압력, 온도, 분자량 및 구성에 따라 달라집니다. 탄화수소의 분자량이 감소함에 따라 CO 2의 용해도는 증가합니다. 매우 가벼운 오일의 경우 CO 2는 5.6-7MPa의 압력에서 완전히 혼합됩니다. 중유는 액체 이산화탄소에 완전히 용해되지 않습니다. 불용성 잔류물은 수지, 파라핀 및 기타 중질 탄화수소로 구성됩니다. 혼합물의 오일 부피에 대한 액체 이산화탄소 부피의 비율이 증가하면 오일의 용해도가 증가합니다.
오일 회수율을 높이기 위해 액화 이산화탄소를 슬러그 형태로 주입하고 탄산수를 통해 밀어냅니다. 이 경우, 석유의 이산화탄소와 액체 이산화탄소의 탄화수소의 상호 용해는 해당 특성의 변화와 함께 발생합니다. 오일의 점도가 감소하고 부피가 증가하며 오일-물 경계의 표면 장력이 감소합니다. 예를 들어, CO 2 농도가 25중량%인 Arlan 오일의 부피 증가는 24℃에서 30%에 도달합니다.° 와 함께압력은 12MPa이고 점도는 13.7MPa에서 감소합니다.× 최대 2.3mPa × c. 석유에서 경질 탄화수소의 상당한 추출은 CO 2 임계 이상의 온도와 압력에서 관찰되므로 이 과정은 경유 부분이 이산화탄소가 풍부한 상으로 역행 증발하는 과정과 유사합니다.
실험실 연구 결과에 따르면 액체 이산화탄소 슬러그의 부피가 기공 부피의 4~5%일 때 오일 회수율은 기존 홍수에 비해 50% 이상 증가합니다. 탄산수를 주입하면 유리한 조건에서 계수를 높일 수 있습니다. 오일 변위일반 홍수에 비해 거의 30% 정도 감소했습니다. 이산화탄소는 효과적인 수단저수지 압력이 5.6 MPa 이상이고 온도가 24 -71 범위 내에서 변화하는 탄산염 및 육지 지층에서 오일 회수 증가° C. 석유 회수에 대한 이산화탄소의 긍정적인 효과는 암석과의 활발한 화학적 상호작용의 결과이기도 합니다. 이러한 상호 작용의 결과로 암석의 투과성이 증가할 수 있습니다. 이산화탄소의 영향으로 점토 광물의 산도가 증가하여 압축을 촉진하고 팽창을 방지합니다. 생산적인 구조물에 CO2를 주입하는 산업적 실험에서는 고무적인 결과가 나왔습니다.
7. 오일 회수율을 높이는 열적 방법
처음으로 러시아 저수지에 대한 열 영향에 대한 실험은 30년대에 시작되었습니다. 지층에 뜨거운 물을 주입하면 온도가 상승하여 오일의 점도가 감소하고 분자 표면력이 변화하며 오일이 팽창하고 바위, 물의 습윤성을 향상시킵니다. 공정 초기에 지층에 주입된 뜨거운 물은 암석에 열을 빠르게 방출하고 지층 온도까지 냉각되므로 대체된 오일과 후속 냉각수 부분 사이에 냉각수 구역이 형성됩니다.
결과적으로 오일은 실제로 저장소 온도에서 물로 대체됩니다. 오일 치환 효율에 대한 냉각수의 영향은 저수지 개발의 후기 수역 기간에 영향을 미치기 시작합니다.
지층에서 뜨거운 물의 이동은 가열 구역의 여과 저항 감소를 동반합니다. 표면의 습윤성이 향상되고 액체의 모세관 재분배의 강도와 역할이 증가합니다.
오일 점도의 감소가 오일 회수를 증가시키는 데 도움이 되는 경우 변위 전면에서 모세관 과정의 강화는 오일 회수에 상당히 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 현상은 지층의 냉각수 온도가 낮을 때 발생할 수 있습니다(최대 80-85℃).° 와 함께).
과열된 수증기가 지층에 주입되면 과열열로 인해 지층이 먼저 가열됩니다. 이 경우 온도는 포화 증기의 온도로 감소합니다. 저수지 조건에서 물의 끓는점까지. 다음으로, 기화 잠열을 소비하여 지층을 가열한 후 증기가 응축됩니다. 이 구역에서 증기-물 혼합물 및 형성의 온도는 증기 형성의 잠열이 모두 소비될 때까지 포화 증기의 온도와 동일합니다. 그런 다음 지층은 온도가 초기 지층 온도로 떨어질 때까지 뜨거운 물의 온도로 가열됩니다.
또 다른 방법 열 효과현장 연소 공정의 구현입니다. 오일은 물과 증기에 의해 가열된 오일 일부의 연소로 인한 뜨거운 가스 생성물로 대체됩니다. 지층 내 움직이는 연소원의 영향으로 인한 전체 결과는 오일 회수 증가에 기여하는 수많은 효과로 구성됩니다.
우선, 가벼운 탄화수소가 방출되어 연소 전선 앞의 가열되지 않은 지층에서 응축되어 오일의 점도가 감소합니다. 응축된 수분은 증가된 영역을 형성합니다. 수분 포화도; 액체와 암석의 열팽창이 발생하고, 시멘트질 물질의 용해로 인해 투과성과 다공성이 증가합니다. 연소 중에 형성된 이산화탄소는 물과 기름에 용해되어 이동성을 증가시킵니다. 중유 잔류물은 열분해 및 균열을 겪으며, 이는 저장소에서 탄화수소의 수율을 증가시킵니다.
이 공정의 성공적인 구현은 암석의 형성, 높은 투과성 및 다공성에서 오일의 균일한 분포에 의해 촉진됩니다. 보다 안정적인 연소원은 코크스 잔류물 함량이 높은 중유를 함유한 지층에서 발생합니다. 증가 수분 포화도형성 과정이 복잡해집니다. 연소 중에 발생하는 열파는 연소원의 온도에 해당하는 두 개의 하강 날개 사이에 최대값이 있는 온도 곡선이 특징입니다. 실험실 데이터에 따르면 그 가치는 550-600에 도달 ° C. 온도 곡선의 정면 날개가 나타납니다.연소 생성물에 의한 대류 전달에 의한 열 확산과 열 전도성으로 인한 탄화수소 증기 및 물의 응축으로 인해 코크스와 부분적으로 오일이 연소되는 동안. 이동하는 연소원 이후에는 가열된 암석이 남게 되는데, 이는 이곳으로 이동하는 산화제에 의해 점차 냉각됩니다. 실험실 실험에 따르면 열 파장은 수십 센티미터에 이릅니다. 파동의 속도는 산화제의 자속 밀도와 산소 농도에 따라 달라지며 하루 단위에서 수십 미터까지 다양합니다. 설명된 기술을 구현하면 오일 회수율이 70~85%에 도달할 수 있다고 믿어집니다.
8. 저장소에서 솔벤트를 사용한 오일의 변위
오일을 용매로 대체하는 메커니즘의 기본은 본질적으로 존재하지 않는 오일과의 경계면에 표면 장력이 없다는 것입니다. 프로판과 같은 용제는 더 저렴한 약품을 통해 밀어냅니다. 솔벤트 슬러그가 이동함에 따라 한쪽 가장자리는 오일에 의해 침식되고 다른 쪽 가장자리는 치환제에 의해 침식됩니다. 액체의 혼합 정도는 대류 확산 계수 또는 혼합 계수라고 불리는 분산 계수 D로 특징 지어집니다. 이 계수는 이동 속도에 따라 달라지며 분자 확산 계수를 몇 배나 초과할 수 있습니다. 이 과정은 접촉 표면의 곡률과 중력 혀의 형성으로 인한 오일과 용매의 밀도 차이에 의해 크게 영향을 받습니다. 변위 선단이 접근할 때까지 연속성을 유지하는 데 필요한 최적의 무늬 크기 생산 우물, 다양한 조건에 대해서는 예금의 특성을 고려한 특별 연구를 통해 결정해야 합니다. 실제로 용매 테두리의 크기는 기공 부피의 4~12% 범위입니다.
공정의 효율성은 오일의 구성과 다양한 단계의 기공 공간의 포화도에 따라 크게 영향을 받습니다. 지층의 오일 부분에 자유 가스가 있으면 프로판과 가스의 혼합 및 용매로서의 품질 저하로 인해 공정이 느려집니다. 공정 효율의 현저한 감소는 다음과 같은 경우에 관찰됩니다. 대량다공성 매체의 물.
물은 오일의 일부를 차단하여 액체 프로판과의 접촉을 잃습니다. 이러한 조건에서는 알코올과 같이 물과 기름 모두와 혼합되는 용매를 사용할 수 있습니다. 슬러그에 이어 용매에 잘 녹는 가스를 지층에 주입하는 것이 가장 합리적입니다.
슬러그가 가스 형성을 통해 추진되는 경우 일반적으로 액화 액체가 용매로 사용됩니다. 프로판-부탄혼합물 및 기타 더 무거운 탄화수소.
오일과 가스에서 슬러그의 무제한 상호 용해도가 관찰되도록 용매의 구성을 선택해야 합니다. 이 조건에서는 다공성 매질에 상 경계가 나타나지 않으며 오일이 보다 효율적으로 이동됩니다. 슬러그에 의한 오일의 혼합 치환을 수행하려면 저장소 조건에서 액체 상태인 용매 탄화수소의 구성을 선택해야 합니다.
9. 고압가스에 의한 오일의 치환
실험 데이터에 따르면 일부 매우 높은 압력에서는 타르 및 기타 무거운 구성 요소를 제외하고 거의 모든 오일 구성 요소가 가스에 용해됩니다. 그런 다음 오일 증기 또는 그 구성 요소를 포함하는 이 가스를 추출하면 표면에 응축수가 생성될 수 있으며 압력이 감소하면 침전됩니다. 따라서 이 방법의 본질은 예금을 인위적으로 변환하는 데 있습니다. 가스 응축수. 실제로 이 기술은 구현하기 어렵기 때문에 모든 오일, 매우 높은 압력(70-100MPa) 및 엄청난 양의 가스(최대 3000m 3 in)를 용해합니다. 정상적인 조건 1m 3의 기름을 녹이려면).
주입된 가스에 무거운 탄화수소 가스(에탄, 프로판 또는 이산화탄소)가 포함되어 있으면 역 증발 압력이 크게 감소합니다. 그러나 필요한 가스의 양은 여전히 높습니다. 가장 휘발성이 높은 오일 분획을 추출하면 프로세스가 상당히 단순화되고 저렴해질 수 있습니다. 이를 위해서는 오일을 완전히 용해시키는 데 필요한 압력에 비해 더 낮은 압력에서 더 적은 양의 건조 가스를 주입해야 합니다.
실험에 따르면 경유가 포함된 지층 모델에 고압 가스를 주입하는 과정에서 오일 회수율이 오일 분획의 역 증발을 통해서만 발생하는 것보다 더 크다는 것이 확인되었습니다.
저장소를 통해 이동하는 가스는 점차적으로 에탄과 더 무거운 탄화수소로 농축되고, 메탄은 주입된 가스의 압력보다 낮은 포화 압력을 갖는 새로운 오일 부분을 만나 오일에 용해됩니다. 상당한 양의 중질 탄화수소를 함유한 가스는 상대적으로 낮은 압력과 온도에서도 오일과 완전히 섞입니다. 동시에 오일 회수율도 높습니다. 이 과정은 오일이 액체 용매로 대체될 때 관찰되는 과정과 비슷해집니다.
이산화탄소 CO2(이산화탄소)는 기름과 잘 섞입니다. CO2 소스는 천연 퇴적물, 종종 이산화탄소와 탄화수소의 혼합물을 함유하고 있으며, 폐기물 화학 생산, 에너지 및 야금 공장의 연도 가스.
대기압 105Pa, 온도 273.2K의 이산화탄소는 기체 상태로 점도와 밀도가 kg/m3입니다. CO2의 임계압력은 7.38MPa이고 임계온도는 304.15K입니다. 이는 일반적인 유전 조건에서는 상당히 낮은 온도입니다. 따라서 CO2가 약 10-20MPa의 압력에서 310-350K의 온도, 1500-2000m 깊이에 위치한 층에 주입되면 이산화탄소가 임계 상태에 있게 됩니다. 액체 상태로 전환될 때 이산화탄소의 점도는 약 3배 증가합니다. 압력이 증가하면 점도 증가하고 온도가 증가하면 감소합니다(그림 13.1).
그림 13.1 온도에서의 압력 대 이산화탄소 점도 곡선: 1 - T = 303.2 K에서; 2 - T=333.2K에서
CO2가 오일의 탄화수소 부분과 혼합되면 수지와 아스팔텐이 CO2와 경질 탄화수소의 혼합물에 약간 용해되어 침전될 수 있습니다. CO2는 오일에 용해되어 점도를 감소시킵니다.
CO2는 중유 성분에 약간 용해되지만 탄화수소가 흡착되면 탄화수소의 팽윤, 느슨해짐 및 암석 입자로부터의 분리를 촉진합니다. 10MPa의 압력과 300~310K의 온도에서 250~300m3의 CO2(표준 조건에서 측정)가 1m3의 오일에 용해될 수 있습니다. 탄화수소의 용해도 측면에서 CO2는 프로판과 유사합니다. 이산화탄소는 기름에 녹는 양보다 물에 녹는 양이 약 10배 적습니다.
따라서 액체, 기체 또는 초임계 상태의 이산화탄소를 하층토에서 추출하기 위해 오일용 용매로 사용할 수 있습니다.
그림 13.2 물에 의해 밀려난 이산화탄소 슬러그에 의한 직선 형성에서 오일의 이동 계획: 1 - 물; 2 - 무거운 잔류물; 3 - CO2와 물이 혼합되는 영역; 4 - 물 속 CO2 농도 분포; 5 - CO2 림; 6 - 오일 내 CO2 농도 분포(중질 잔류물 없음) 7 - CO2와 오일이 혼합되는 영역; 8 - 기름; 9 - 결합된 물
저장소에서 석유를 대체하는 가장 효과적인 모델을 고려해 보겠습니다. 이 모델에서는 이산화탄소가 슬러그 형태로 저장소에 주입되고, 펌핑된 물에 의해 저장소를 따라 추진됩니다(그림 13.2). 지층의 물을 뿌린 부분에는 중유 부분이 남아 있는데, 이는 물로 대체되지 않는 것으로 간주됩니다. x = x* 경계에서는 다양한 점도의 확산을 포함한 대류 확산이 발생하고 CO2와 오일이 혼합되는 영역이 형성됩니다. 그러나 경질 탄화수소만이 오일에서 CO2 가장자리로 전달되고 이미 혼합 영역에서 주로 수지와 아스팔텐으로 구성된 저이동 오일 잔류물이 형성됩니다. 오일과 CO2의 혼합 영역의 크기는 다양한 점도의 대류 확산 방정식으로 설명됩니다.
길이 L1 = 2l1의 계산은 잘 알려진 공식에 따라 수행됩니다.
물에 의해 추진되는 CO2 슬러그를 주입하여 석유 저장소를 개발하는 과정의 매개 변수를 계산하는 가장 중요한 목표는 필요한 슬러그 크기를 결정하는 것입니다. 이 경우 궁극적으로 실종으로 이어지는 요인을 고려할 필요가 있습니다. 그 요인 중 하나는 오일에 용해되는 것입니다. 두 번째 요인은 물과 접촉하는 물에서 CO2가 용해되는 것, 즉 물 속으로 이산화탄소가 확산되어 CO2 림을 촉진하는 것입니다. 이산화탄소의 점도는 물의 점도보다 낮습니다. 따라서 CO2와 오일을 혼합하는 영역에서 점성이 낮은 CO2가 점성이 높은 오일로 대류 확산되는 것과 달리 물과 CO2가 접촉할 때 혼합물의 점도 구배는 흐름과 대류 침투에 반대됩니다. 물이 CO2로 변하는 양은 줄어들 것입니다. 따라서 우리는 물과 CO2의 접촉에서 지층에서 이동하는 물질의 흐름에 반대되는 일방적 대류 확산이 발생한다고 가정합니다. 대류 확산이 일반적인 것으로 간주하여 다양한 점도 확산의 영향을 무시합니다.
경계 x = xb(그림 13.2)에서 물 속의 CO2 농도는 주어진 저수지 압력과 온도에서 물 속 CO2의 최대 평형 농도와 같습니다. 혼합 영역 x = xb - l2의 경계에서 물 속 CO2의 특정 농도는 c2 = 0입니다.
CO2와 석유의 탄화수소 부분이 혼합되는 면적의 크기를 계산할 때 이동 좌표를 도입합니다.
a 물과 CO2가 혼합되는 영역을 계산하기 위해 이동 좌표를 사용합니다. 여기에 석유 내 CO2 농도가 0.5인 좌표 x*의 이동 속도가 있고, 는 좌표 x = xb의 이동 속도입니다.
우리는 물 c2의 이산화탄소 농도 분포를 다음과 같은 형태로 찾을 것입니다.
이산화탄소와의 경계에서 물 속의 이산화탄소 농도는 어디에 있습니까?
이산화탄소가 물로 대류 확산되는 방정식은 다음과 같습니다.
도함수의 마지막 표현식을 이산화탄소의 물로의 대류 확산 방정식에 대입하고 이 방정식의 왼쪽과 오른쪽을 o2를 따라 l2에서 0으로 통합하면 다음을 얻습니다.
시간 t에서 물에 확산된 이산화탄소의 총 부피 Vy는 다음 식으로 결정됩니다.
여기서 s는 지층의 물이 공급되는 영역의 수분 포화도입니다.
예제 13.1. 길이 l = 500 m, 폭 b = 250 m, 총 두께 h0 = 15 m의 직선형 저수지는 물에 의해 구동되는 이산화탄소 테두리로 기름을 대체하여 개발된다고 가정됩니다. 공정의 형성 적용 범위 계수 з2 = 0.8. 저장소 다공성 m = 0.25, 형성을 포화시키는 오일의 점도 mH = 4 · 10-3 Pa s, 저장소 조건에서 이산화탄소의 점도 mu = 0.05 · 10-3 Pa s, 결합수 포화도 sCB = 0.05. 석유에는 수지와 아스팔텐이 부피 기준으로 20% 함유되어 있습니다. 오일이 CO2 슬러그에 의해 대체되면 수지와 아스팔텐은 지층에서 대략 절반 정도 대체되고 나머지는 다공성 매질에 퇴적되어 움직이지 않습니다. 따라서 지층의 물로 포화된 부분에서 잔류 오일 포화(수지 및 아스팔텐으로의 포화)가 발생한다고 가정할 수 있습니다.
sH = 0.l이므로 수분 포화도 s = 0.9입니다.
저장소 조건으로 감소된 이산화탄소와 저장소로 펌핑된 물의 유속은 q=400 m3/day, Km=2.45 · 105 m/(Pa·s)입니다.
CO2와 오일의 혼합 영역 중간에서 x = l 형성의 끝 부분에 접근할 때 순수한 탄소가 없다는 조건을 기반으로 이산화탄소 가장자리 VOT의 부피를 결정해야 합니다. 지층에 남겨진 이산화물. 지층의 여과율은 다음과 같습니다.
오일과 CO2 혼합 영역의 실제 이동 속도:
여기서 우리는 농도 c = 0.5인 단면이 형성 끝까지 접근하는 시간 t*를 찾습니다.
매개변수의 값을 결정해 보겠습니다.
대류 확산 계수:
b에 비해 작은 l의 경우 다음 공식에 따릅니다.
전체 공식을 사용하여 정제하면 m을 얻습니다.
우리는 오일과의 혼합물 영역에서 평균 CO2 양을 결정합니다.
이산화탄소에 노출되는 과정에서 덮이는 지층의 기공 부피는 다음과 같습니다.
VOP = bhml = 0.25 250 12 500 = 375 103 m3.
기름에 대한 용해도에 비해 물에 대한 CO2의 용해도가 미미하다는 점을 고려하면 단면적 o2 = 0 5% CO2가 물에 용해될 것이라고 믿습니다. 따라서 b2 = 0.05입니다. 시간 t = t*에서 물에 용해된 이산화탄소의 부피는 다음 공식으로 결정됩니다.
VУB =1.0607 0.25 250 12 0.9 0.05 (7.271 10-7 6.886 107)1/2=253.3m3.
VУ = 42,390 + 253.3 = 42.65,103m3.
지층의 기공 부피와 관련하여 이는 11.4%입니다.
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향상된 석유 회수는 유전 사업의 모든 영역에서 축적된 경험을 활용하여 해결하는 복잡한 문제입니다. 지층의 지질 구조를 고려하여 퇴적물에 유정을 올바르게 배치함으로써 회수 가능한 석유 및 가스 매장량을 늘릴 수 있습니다. 퇴적물의 다양한 부분의 생산 균일성을 높이기 위해 수분 함유 윤곽을 조이는 과정을 조절하면 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 유속을 증가시키고 석유 및 가스 유입 프로파일을 평준화하기 위해 유정 바닥에 영향을 미침으로써 저수지 개발의 효율성이 향상됩니다.
유전 개발에 있어 수년간의 실습을 통해 암석에서 석유 추출을 증가시키기 위한 많은 방법과 기술 기법이 제안되었습니다. 다음으로, 특정 물리적 현상을 기반으로 오일 회수율을 높이는 몇 가지 방법을 고려해 보겠습니다.
저장소의 오일 회수율을 높이는 것은 저장소의 유리한 물리적 조건을 개발 및 유지하여 저장소에서 오일을 가장 효과적으로 이동시킴으로써 인위적으로 달성할 수 있습니다.
알려진 바와 같이 물은 가스보다 다공성 매체에서 오일을 훨씬 더 잘 대체합니다. 그러므로 지질학적 조건과 경제적 이유로 가능한 경우에는 자연적 또는 인공적인 물 치환 방식을 만드는 것이 필요합니다. 매장지에서 인위적으로 유지되는 수압 체제는 표면에서 오일 함유 윤곽을 넘어 저장소로 또는 저장소의 오일 부분으로 물을 주입함으로써 생성됩니다. 지층에 주입된 물에 특수 물질을 첨가하여 물의 효율성을 더욱 높이고, 그 결과 오일 치환 특성이 향상됩니다.
저수지에 물이나 자유가스를 주입하여 저수지 압력을 유지하는 방법이나 자원이 고갈된 유전에 에너지를 보충하는 방법(이른바 2차 석유 회수 방법)로는 매장된 석유를 모두 추출할 수 없습니다. 따라서 석유 회수율을 높이기 위한 새로운 방법에 대한 집중적인 연구가 계속되고 있습니다. 이는 항상 해당 물리 법칙을 기반으로 합니다.
예를 들어, 저점도 오일은 저장소에서 더 잘 옮겨집니다. 따라서 오일 회수율을 높이는 일부 방법은 저장소에 열과 냉각제를 인위적으로 도입하여 저장소 오일의 점도를 낮추는 방법을 기반으로 합니다.
알려진 바와 같이, 무거운 역청도 일부 경질 탄화수소 용매에는 잘 용해됩니다. 예를 들어 휘발유나 액체 프로판은 다공성 매질에서 거의 모든 오일을 제거할 수 있습니다. 용매의 이러한 특성은 액화 가스를 저장소에 주입하여 오일 회수율을 높이는 방법을 개발하는 데 사용됩니다.
이 연구의 한 장에서는 고압 가스 환경에서 중질 탄화수소의 역증발 및 응축 현상을 고려할 것입니다. 가스의 이러한 특성은 고압 가스가 저장소에 주입될 때 저장소에 있는 오일 유분의 일부를 증기상으로 인위적으로 변환하여 잔류 오일 포화도를 줄이는 방법을 개발하는 데 사용됩니다. 그런 다음 생산 유정의 가스는 증기상으로 전달된 석유 제품과 함께 표면으로 회수됩니다.
앞으로 더 공부할 것이라는 데는 의심의 여지가 없다. 물리적 특성지층 유체, 지층의 물리적 화학 및 다공성 매질의 유체 운동 법칙은 미래에 새로운 물리적 원리를 기반으로 저장소에서 오일 회수율을 높이는 새로운 방법의 개발로 이어질 것입니다.
석유 저장소 물리학의 이론적 기초를 유전 실습에 적용한 예로서 석유 회수율을 높이기 위한 몇 가지 방법의 물리적 기초를 고려해 보겠습니다.
1. 고압가스를 이용한 오일 추출
이 장에서는 석유와 가스 혼합물의 특성, 특히 역증발 또는 역행 증발 현상을 조사합니다. 압축 가스의 이러한 특성은 오일 회수율을 높이는 데 사용될 수 있습니다. 이 경우 압력을 높이기 위해 저장소에 가스를 주입해야 하며, 이는 오일의 액체 성분에 대한 용매가 됩니다. 실험 데이터에 따르면 일부 매우 높은 압력에서는 타르 및 기타 무거운 구성 요소를 제외하고 거의 모든 오일 구성 요소가 가스에 용해됩니다. 그런 다음 유증기 또는 그 구성 요소를 포함하는 이 가스를 추출하면 표면에 응축수가 생성될 수 있으며 압력이 감소하면 침전됩니다. 따라서 이 방법의 본질은 필드를 가스 응축수 필드로 인위적으로 변환하는 데 있습니다. 실제로 모든 오일을 용해하려면 매우 높은 압력이 필요하기 때문에 이는 달성하기 어렵습니다. 70 - 100MPa) 및 엄청난 양의 가스 (최대 3000m 3 일반적인 용해 조건에서 1m 3 기름). 주입된 가스에 무거운 탄화수소 가스(에탄, 프로판 또는 이산화탄소)가 포함되어 있으면 재증발 압력이 크게 감소합니다. 그러나 필요한 가스의 양은 여전히 높습니다.
증발 공정을 통해 가장 귀중한 휘발성 오일 분획만 추출하면 공정이 크게 단순화되고 저렴해질 수 있습니다. 이를 달성하려면 가스에 오일을 완전히 용해시키는 데 필요한 압력에 비해 더 낮은 압력에서 더 적은 양의 건조 가스를 주입해야 합니다. 그렇지 않으면 프로세스의 본질은 동일하게 유지됩니다.
실험에 따르면 경유가 포함된 지층 모델에 고압 가스를 주입하는 과정에서 오일 회수율이 오일 분획의 역 증발을 통해서만 발생하는 것보다 더 크다는 것이 확인되었습니다. 저장소를 통해 이동하는 가스는 점차적으로 에탄과 더 무거운 탄화수소로 농축되고, 메탄은 주입된 가스의 압력보다 낮은 포화 압력을 갖는 새로운 오일 부분을 만나 오일에 용해됩니다. 상당량의 중질 탄화수소를 함유한 가스는 상대적으로 낮은 압력과 온도에서도 오일과 완전히 섞입니다. 이 경우, 액체 용매에 의한 오일의 치환 과정에서 관찰되는 공정과 유사해지기 때문에 오일 회수율이 높습니다.
오일을 가스로 치환하는 과정에서 발생하는 다양한 상 변환 과정을 고려하고 해석할 때 주어진 온도와 압력에서 탄화수소 시스템의 물리적 상태에 대한 다이어그램(그림 1.1)이 사용됩니다. 이 다이어그램에서 탄화수소 시스템은 세 가지 구성 요소 그룹의 형태로 임의로 표시됩니다. 다이어그램 내의 모든 지점은 세 가지 구성 요소 그룹 각각의 비율 형태로 탄화수소 시스템의 구성을 나타냅니다. 와 함께 1 에탄의 탄화수소 와 함께 2 헥산으로 와 함께 6 및 헵탄 와 함께 7 . 삼각형의 꼭지점이 대응됩니다. 100%- 시스템의 해당 구성 요소 그룹의 특정 콘텐츠. 실선 1 (루프 형태) 다이어그램의 상분리 곡선은 다음과 같습니다. 이는 2단계 영역을 제한합니다. 상분리 곡선은 주어진 온도에서 주어진 포화압력을 갖는 시스템 구성점의 기하학적 궤적을 나타냅니다. 곡선의 아래쪽 부분은 액체상을 나타내고 위쪽 부분은 기체상을 나타냅니다. 그들은 한 지점에서 연결됩니다 8 , 이는 임계 압력과 온도를 갖는 혼합물의 구성을 특성화합니다. 선 2 (연결선)은 다이어그램이 그려지는 주어진 온도와 압력에서 평형 상태에 있는 포화 증기와 가스 포화 오일의 조성 곡선 상의 점에서 끝납니다.
포화 증기 곡선의 위쪽과 오른쪽 지점에 해당하는 혼합물은 가스(영역)를 나타냅니다. 5 ), 가스 포화 액체 곡선의 왼쪽과 아래 지점에 해당하는 혼합물은 오일(영역)을 나타냅니다. 6 ). 상분리 곡선의 오른쪽과 아래 영역의 혼합물은 임계 혼합물 영역에 속하며 기체상 또는 액체상입니다. 상 분리 곡선의 오른쪽 위와 오른쪽에 있는 이 영역의 섹션(영역 10 ) 혼합물에는 무거운 성분이 더 적습니다. 기음 1+ . 이러한 탄화수소는 가스 영역의 점으로 표시되는 혼합물과 혼합됩니다. 혼합물의 임계 영역의 또 다른 부분은 2상 영역(영역)의 오른쪽 아래에 위치합니다. 9 ). 여기의 혼합물에는 메탄이 덜 포함되어 있습니다. 와 함께 1 유전의 점으로 표시되는 탄화수소와 혼합됩니다.
저장소 조건(압력 및 온도), 오일 및 주입된 가스의 구성에 따라 오일을 가스로 대체하는 과정에 대한 다양한 옵션이 가능하다는 것은 이미 언급되었습니다. 낮은 저장소 압력에서 건조 가스(예: 메탄)가 지층에 주입되면 상대적으로 적은 양의 중간 구성 요소가 수행됩니다( 와 함께 2 - 와 함께 6 ).
상당한 양의 성분을 함유한 습한 가스가 저장소에 주입되면 석유와 가스 사이의 보다 복잡한 상호 작용이 발생합니다( 와 함께 2 - 와 함께 6 ). 석유 및 습성 가스가 저장소를 통과하면서 석유 내 가스 성분의 응축 및 플래시백 현상으로 인해 상당한 변화가 발생할 수 있습니다. 저장소 상태와 시스템의 초기 구성에 따라 오일은 임계 조건과 비임계 조건 모두에서 변위될 수 있습니다. 주어진 온도와 압력에서 탄화수소 시스템의 물리적 상태에 대한 다이어그램을 통해 언급된 유형의 가스가 형성에 미치는 영향 간의 세부적인 차이를 모니터링할 수 있습니다. 예를 들어 오일이 가스로 전환되는 과정의 차이입니다. 응축수 상태 및 오일 성분이 가스상으로 부분적으로 전달되는 고압 가스 주입. 예를 들어, 습한 가스로 오일을 치환하는 과정에서 오일 혼합물의 특성 변화를 고려해 보겠습니다. 이 중 무거운 구성 요소는 저장소 조건에서 응축되어 임계 변위 조건이 발생하면 오일 상으로 들어갈 수 있습니다. 석유와 가스 영역 사이의 임계 변위 동안 탄화수소 혼합물이 형성되며, 이러한 조건 하에서 임계 영역 위의 저장소에 위치합니다(그림 1.2). 이 경우 상 경계면에 반월판이 없는 조건에서 오일이 가스에 의해 대체되고 오일 회수율이 100 %.
지방가스(포인트 5 ) 저장소의 오일을 대체합니다(점 4 ). 접촉 시 가스는 무거운 구성 요소 중 일부를 잃고 새로운 구성 요소가 풍부한 오일과 평형을 이루게 됩니다(포인트 1-1 포화 증기와 포화 액체의 조성 곡선에 대해). 그 후, 원래 구성을 가진 새로운 가스 부분과 접촉하면 이 오일은 탄화수소가 점점 더 풍부해집니다. 와 함께 2 - 와 함께 6 , 그 구성은 포인트로 특징 지어집니다. 2 , 3 등. 이 과정은 오일의 구성이 주어진 조건에서 임계점에 도달할 때까지 계속됩니다. 그러면 2상 흐름은 단상이 되고 혼합물의 조성은 저장소를 따라 가스 변위 영역에서 경계면이 없는 오일 변위 영역으로 변경됩니다. 따라서 습한 가스를 저장소에 주입하는 과정에서 오일은 오일과 혼합되는 매체로 대체됩니다.
이러한 공정은 실제 조건에서는 고압에서만 가능합니다. 그림에서. 1.3은 온도에서 3원계 메탄-n-부탄-데칸의 다이어그램을 보여줍니다. 71°C그리고 다양한 압력. 이 그림에서 다음과 같이, 고려 중인 시스템에서 위의 압력에서만 상호 용해성 전이 영역의 출현이 가능합니다. 14MPa. 데칸이 오일을 모델로 하고 메탄과 n-부탄의 혼합물이 농축된 압축 가스라고 가정하면 상호 용해성 변위는 저장소 압력에 있을 것입니다. 아르 자형 pl =14.06MPa그리고 t=71°С, 즉. 메탄 내 n-부탄의 질량 분율이 초과될 때 25% (점 이자형 1 ). 저장소 압력이 증가함에 따라 이러한 조건은 메탄 내 n-부탄 농도가 낮아질 때(변위 압력에서) 달성됩니다. 28.1MPa가스 내 n-부탄의 몰분율은 다음과 같이 감소될 수 있습니다. 7% (점 이자형 2 ).
오일 구성의 복잡성과 이를 가스로 대체하는 과정의 복잡성으로 인해 다양한 오일과 가스의 혼합 조건을 결정하는 계산 방법을 개발하기가 어렵습니다. 혼합 조건을 결정하는 대략적인 방법이 제안되며 이는 대략적인 계산에만 사용할 수 있습니다. Benham, Dowden 및 Kunzman은 임계 오일 치환이 보장되는 가스 내 에탄 + 고성분의 최소 요구 농도를 추정하기 위한 대략적인 방법을 제안했습니다. 그들의 방법은 평행 접선의 가정에 기초합니다. AB그림에서. 1.2 삼각형 측면의 임계점에서 경계 곡선까지 기음 1 - 와 함께 7+ . 그러면 성분의 농도가 와 함께 2 - 와 함께 6 임계 상태의 시스템 및 주입 가스 에이, 최소 구성 요소 수를 포함합니다. 와 함께 2 - 와 함께 6 임계 오일 변위를 재현하는 데 필요한 양은 동일합니다. 이는 변위 압력과 저장소 온도가 중요한 조건부 삼원 시스템의 구성이 결정되면 가스의 구성도 결정된다는 것을 의미합니다(즉, 중간 가스의 최소 함량). 따라서 주입된 가스에서 메탄 동족체의 최소 요구 농도를 선택하는 데 있어 어려움은 접선이 다음과 같다는 사실에 있습니다. AB, 원칙적으로 측면과 평행하지 않음 기음 1 - 와 함께 7+ 또한, 석유-가스 등 복잡한 혼합물의 중요한 매개변수를 결정하기 위한 신뢰할 수 있는 방법은 아직 충분하지 않습니다. 이 분야에 대해서는 추가 연구가 필요합니다.
이러한 석유 회수율 증가 방법의 개발에서 중요한 문제는 가스 공급원을 찾는 것입니다. 주목할만한 것은 소련 엔지니어들이 최대 1000℃의 압력을 가하는 유전에서 원유를 직접 가스화하여 가스를 생산하기 위해 개발한 방법입니다. 20MPa. 혼화성 물질의 변위 압력을 줄이기 위해 반응기에서 오일의 열분해를 통해 농축된 고압 인공 가스 및 액체 증류액-용매를 생산하는 방법이 숙달되었습니다.
직무 설명
저수지에 물이나 자유가스를 주입하여 저수지 압력을 유지하는 방법이나 자원이 고갈된 유전에 에너지를 보충하는 방법(이른바 2차 석유 회수 방법)로는 매장된 석유를 모두 추출할 수 없습니다. 따라서 석유 회수율을 높이기 위한 새로운 방법에 대한 집중적인 연구가 계속되고 있습니다. 이는 항상 해당 물리 법칙을 기반으로 합니다.
예를 들어, 저점도 오일은 저장소에서 더 잘 옮겨집니다. 따라서 오일 회수율을 높이는 일부 방법은 저장소에 열과 냉각제를 인위적으로 도입하여 저장소 오일의 점도를 낮추는 방법을 기반으로 합니다.
- 기초 연구. – 2015. – 11호(4부) – P. 678-682
- 기술 과학(02/05/00, 13/05/00, 05/17/00, 05/23/00)
- UDC 622.276
-
페이지
678-682
석유 및 가스 산업의 질소 주입에 대한 경험과 전망
1이 기사에서는 외국 과학자들의 연구를 바탕으로 오일 및 응축수 회수율을 높이기 위해 오일 및 가스 응축수 퇴적물에 주입하기 위해 질소를 사용할 수 있는 가능성에 대해 논의합니다. 광범위한 가용성, 저렴한 비용 및 부식 효과가 없기 때문에 질소는 비탄화수소 가스 중에서 가장 선호되는 주입제입니다. 질소는 오일과 혼합하는 능력이 낮지만 저장소 조건에서 탄화수소 액체를 성공적으로 증발시키고 중력 변위에 사용할 수 있습니다. 질소는 메탄과 이산화탄소를 퇴적물에 주입할 때 압착제 역할을 할 수 있습니다. 미국과 중동 지역에 질소주입을 실시함으로써 현재의 석유 회수율을 높일 수 있게 되었습니다. 현재의 거시경제적 상황에서 질소 주입은 순환 과정의 진정한 대안입니다.
질소 주입
향상된 오일 회수
혼합되지 않는 변위
저수지 압력 유지
1. Abdulwahab H., Belhaj H. 아부다비 국제 석유 전시회 및 컨퍼런스. "아부다비의 가스 응축수 저장소에 주입된 질소의 돌파구를 관리합니다." 2010년 UAE 아부다비.
2. Arevalo J.A., Samaniego F., Lopez F.F., Urquieta E. 멕시코 국제 석유 컨퍼런스 및 전시회. “가스캡 질소주입을 고려한 아카이저수지의 이용조건에 대하여.” 1996년 멕시코 비야에르모사.
3. Belhaj H., Abu Khalifesh H., Javid K. 북아프리카 기술 컨퍼런스 및 전시회. “아부다비 South East Assets에 질소 가스 혼화성 주입 가능성.” 2013년 이집트 카이로.
4. 클랜시 J.P., 필콕스 J.E., 와트 J., 길크리스트 R.E. 제36차 석유학회 연례 기술회의. “질소를 사용하여 석유 및 가스 회수 개선을 위한 사례 및 경제성.” 1985년, 캐나다 에드먼턴.
5. 황 W.W., 벨라미 R.B., 오니무스 S.W. 석유 엔지니어의 국제 회의. "풍부한 응축수 가스/휘발성 오일 저장고로부터의 회수 증가를 위한 질소 주입에 대한 연구." 1986년 중국 베이징.
6. Linderman J., Al-Jenaibi F., Ghori S., Putney K., Lawrence J., Gallet M., Hohensee K. 아부다비 국제 석유 전시회 및 컨퍼런스. "가스 순환 프로젝트에서 탄화수소 가스를 질소로 대체합니다." 2008년 UAE 아부다비.
7. 메이네 C.J., 펜들턴 R.W. 석유 엔지니어의 국제 회의. "Fordoche: 고압 메탄 및 질소 주입을 활용한 향상된 석유 회수 프로젝트입니다." 1986년 중국 베이징.
8. Sanger P.J., Bjornstad H.K., Hagoort J. SPE 69차 연례 기술 컨퍼런스 및 전시회. “성층화된 가스 응축수 저장소에 질소를 주입합니다.” 1994년 미국 LA 뉴올리언스.
9. Tiwari S., Kumar S. SPE 중동 석유 전시회. “가스캡 동시 활용을 위한 질소 주입.” 바레인, 2001.
현재 가스에 용해된 액체 탄화수소(응축수, 프로판-부탄 유분)는 석유화학 산업에서 가장 귀중한 원료이며 이미 천연가스 못지않게 중요한 대상 제품으로 간주되고 있습니다. 따라서 응축수 생산량을 늘리는 것이 점점 더 시급한 과제가 되고 있습니다. 응축수 회수율(CRE)이 감소하는 주된 이유는 저장소의 압력이 포화 압력 아래로 감소할 때 가스의 무거운 탄화수소 성분이 액상으로 침전되기 때문입니다. 저장소에서 오일 및 응축수 회수율을 높이는 방법 중 하나는 비탄화수소 가스를 주입하여 저장소 압력을 유지하는 것입니다.
작용제를 선택하는 작업은 선택한 필드의 특정 조건 하에서 저장소에 특정 가스를 주입하는 데 수반되는 긍정적인 요소와 부정적인 요소의 균형을 이루는 것입니다. 에도 불구하고 고성능이산화탄소를 주입하는 동안 오일을 대체하는 경우 CO2의 사용은 비용이 많이 들고 유정 장비에 대한 부식 효과가 높기 때문에 제한됩니다. 비탄화수소 가스 중 메탄의 가장 좋은 대안은 질소입니다. 대기에는 엄청난 양의 질소가 존재하며, 그 생산 방법은 매우 간단하고 저렴하며 잘 연구되었습니다. 질소는 부식 활성이 낮아 다운홀 장비의 원활한 작동에 매우 중요합니다. N2의 물리화학적 특성은 또한 형성 유체의 특성과 잘 결합됩니다. 질소 사용의 단점은 오일과의 낮은 혼화성입니다. 그러나 개발 관리에 대한 올바른 접근 방식으로 질소를 사용하는 것은 기술적으로나 경제적으로 정당합니다.
오일 및 응축수 회수율을 높이기 위해 비탄화수소 가스를 사용할 가능성이 해외에서 활발히 검토되고 있습니다. 석유 및 가스 회사 1970년대 초반부터. 상업적으로 질소는 다음과 같이 사용됩니다.
– 혼합 변위 중에 이산화탄소, 천연 가스 및 기타 구성 요소의 일부를 펌핑할 때 변위제. CO2와 천연 가스는 오일 치환율이 높지만 비용 상승과 펌핑에 필요한 용량의 가용성으로 인해 추가적인 질소 압착 용량을 사용하는 것이 오일 회수율을 향상시키는 허용 가능한 방법으로 간주됩니다.
– 가스 캡에 오일 침전물을 주입하여 저장소 압력을 유지할 때 천연 가스를 대체합니다. 이 방식의 핵심은 현장에서 생산되는 탄화수소 가스를 보다 저렴한 질소로 대체하는 것이다. 또한, 현장 분리로 인해 질소는 점차 저장소의 오일과 가스 부분 사이의 장벽이 되며, 그 결과 오일과의 낮은 혼화성으로 인해 생산 유정 바닥으로의 누출 위험을 최소화합니다. 소위 "중력 변위"를 제공합니다.
– 물이 범람하는 동안 고점도 오일의 "기둥"이 변위됩니다. 저유동유가 저장소의 구조적 융기에 갇혀 있는 상황에서 추가 생산 유정을 시추하는 것은 프로젝트의 경제성에 심각한 위험을 안겨줍니다. 안에 이 경우질소는 별도의 유정으로 펌핑될 때 오일 점도와 중력 변위를 줄이는 데 사용됩니다.
– 가스 캡에서 가스가 이동합니다. 가스 캡에 상당한 가스 매장량이 있고 매장지의 오일 부분이 크게 고갈된 경우, 질소를 사용하여 추가 양의 질소를 펌핑하여 천연 가스를 추가로 추출할 수 있습니다.
– 오일의 혼합 치환. 이 방법은 저장소 압력 및 온도에서 질소와 혼합될 수 있는 저점도 오일이 있는 저장소가 있는 경우에 적용할 수 있습니다.
– 가스 응축수 저장소의 저장소 압력을 유지합니다.
질소의 광범위한 사용은 다음과 관련이 있습니다. 긍정적인 결과수많은 실험실 테스트. N2 주입 중 탄화수소 액체의 접촉 증발(CVD)에 대한 실험에서는 저장소 기공 부피의 50%가 질소로 채워지면 혼합물에서 액체상의 최대 16%가 증발하는 것으로 나타났습니다. "중질" 오일로 포화된 코어를 통해 질소를 펌핑하는 실험을 분석한 결과, 탄화수소와 작용제의 혼합이 발생하지 않는 것으로 나타났습니다. 그러나 동일한 저장소 압력 및 온도에서 질소는 매우 불활성이며 그 특성은 다음과 같습니다. 공극 공간의 여과 과정에 긍정적인 영향을 미치는 저장소 유체입니다.
공기에서 질소를 생산하는 과정은 5단계로 나누어집니다.
1) 축형 또는 원심형 압축기를 사용하여 0.6-0.7MPa까지 공기 압축;
2) 저온에서 열교환기에 흡착되어 불순물(수증기, 이산화탄소 등)을 기계적으로 제거합니다.
3) 블록형 열교환기에서 -196°C의 온도로 냉각;
4) 저온 증류를 통해 질소와 산소를 분리하는 단계;
5) 원심 펌프 또는 왕복 펌프를 사용하여 질소를 필요한 주입 압력으로 압축합니다.
질소 생산 공장에는 가스 터빈, 압축기, 작동 엔진, 흡착 탱크, 열교환기, 불순물 제거용 분자체, 증류 탱크가 포함됩니다. 오늘날, 질소 생산을 위한 스테이션에는 여러 가지 변형이 있으며, 막형 흡착 스테이션이 가장 많이 사용됩니다. 러시아 연방의 대부분의 필드는 가혹한 북부 지역에 위치하고 있습니다. 기후 조건, 따라서 질소 설치를 위한 추가 냉장실이 필요하지 않습니다. 현재 숫자 러시아 제조업체블록형 질소 플랜트는 설계가 작고 단순하지만 생산량(일 최대 60,000m3/일)에서 외국 제품에 비해 현저히 뒤떨어지는 반면, 미국 최대 질소 플랜트는 최대 120,000m3/일을 생산할 수 있습니다. 낮. 일부 국내 운영 회사는 유정 개발을 위해 자체 추진 질소 장치를 사용하지만 이러한 장치는 생산성도 낮습니다(최대 40,000m3/일).
석유 회수율을 높이기 위해 질소를 사용하기 위한 많은 전제 조건에도 불구하고 기술, 기술 및 경제 지표에 대한 철저한 분석 없이는 단일 프로젝트를 완료할 수 없습니다. 질소를 사용하는 한 가지 예는 미국 루이지애나에 있는 석유 및 가스 응축수 유전인 Fordoche Field입니다. 저수지는 평균 투자율 6mD, 다공성 20%, 포화 특성은 가볍고 점도가 낮은 오일과 가스 응축수 캡을 가진 사암입니다. 치환제 선정단계에서 물은 제외되었습니다( 부정적인 영향일반적인 물리적 제품인 석유)와 천연가스(판매용 제품)에 대해 설명합니다. 실험실 연구와 3D 모델링 데이터를 통해 비혼화성 오일 치환에서 질소 효율이 높은 것으로 나타났으며, 저수지의 돔 부분에 질소 70%와 메탄 30%의 혼합물을 주입하기로 결정했습니다(그림 1).
쌀. 1. Fordoche Field 저수지의 돔 부분에 주입되었을 때의 질소 농도
1979년부터 2년 동안 N2와 CO2 혼합물 주입을 시행함으로써 약간의 고갈을 겪으면서도 현재 저장소의 석유 회수율을 높일 수 있었습니다. 생산 비용 때문에 프로젝트가 예정보다 일찍 중단되었습니다. 생산정으로의 질소 돌파는 기록되지 않았지만 질소 농도는 연간 평균 4% 증가한 것으로 나타났습니다.
질소 주입은 미국 와이오밍 주에 있는 일련의 들판에서 수행되었습니다. 고려 중인 Rocky Moutains 가스 응축수-오일 저장소는 층상 이질성이 높고 투자율이 낮은(2mD) 모래층입니다. 매각 당시 보증금 소진률은 40%, 포화압력에 도달했다. 질소 35%와 메탄 65%의 혼합물을 펌핑하면 수년 동안 일정한 응축수 생산을 유지할 수 있었지만 저장소 기공 부피의 0.6 이상으로 질소를 펌핑한 후에는 액체 탄화수소의 비율이 급격히 감소하기 시작했습니다. 이 사실은 유정 생산 시 질소 농도가 가스상에서 90%로 증가한 것과 일치합니다. 이후 질소 주입을 중단하고 건조된 천연가스로 압력을 유지하였다.
석유 매장지에 질소를 주입하려면 항상 주입을 관리하기 위한 특별한 조치와 생산 기금 운영에 대한 주의 깊은 모니터링이 수반된다는 점에 유의해야 합니다. 주입된 약제의 누출을 적시에 감지하고 예방하며, 주입과정의 조절, 혼합가스 주입 시 비율의 변화를 위해서는 질소농도에 대한 제품 조성에 대한 빈번한 연구가 필요합니다. 저수지 압력을 유지하기 위해 질소를 사용하는 특징은 현장의 프로젝트 자금 배치를 조정할 수도 있습니다.
요즘 낮은 컨디션에 시장 가치석유 매장지에 질소를 석유 주입하는 것은 추가 장비 비용을 정당화할 뿐만 아니라 프로젝트의 경제성을 심각하게 악화시킬 수도 있습니다. 동시에 현재 상황은 가스 응축수 가격에 영향을 미치지 않으므로 튜멘 지역 북부의 대규모 가스 응축수 유전에서 질소를 사용하여 CIC를 높이는 것을 고려할 수 있습니다.
이 방향에 대한 지속적인 연구에도 불구하고, 지층에서 응축수 회수율을 높이는 주요 방법은 저장소 압력을 포화 압력 이상으로 유지하기 위해 저장소에 가스를 재주입하는 것으로 여전히 간주됩니다. 외국 작가들의 연구는 질소를 주입제로 사용할 가능성에 대한 분석을 제공합니다. 실험실 연구에 따르면 저장소에 질소를 주입하면 포화 압력을 낮추어 안정적인 응축수 생성을 연장할 수 있는 것으로 나타났습니다. 문제 중 하나는 저장소 조건에서 질소와 습윤 가스 분자 사이의 높은 분산 정도입니다. 이 사실은 저장소의 지질학적 구조에 따라 달라집니다. 높은 분산도는 균일한 저장소의 특징입니다. 이질적인 저장소에서 분산은 치환제의 주입 속도에 따라 달라지며 레이놀즈 수 값에 의해 결정됩니다. 저장소 조건의 주입에 일반적으로 나타나는 높은 레이놀즈 수에서는 질소와 응축수의 분산 상호 작용이 최종 응축수 회수에 사실상 영향을 미치지 않습니다. 주입된 질소가 응축물 분자와 상호 작용할 때 침전된 액체는 부피의 최대 25%를 차지할 수 있다는 것이 실험적으로 확립되었습니다(메탄의 경우 이 수치는 18~20%). 그러나 암석 부피의 120% 수준에서 질소를 펌핑하면 응축수 회수 계수가 최대 90%까지 크게 증가하는 긍정적인 효과가 관찰됩니다. A.Yu의 작업에서 수행되었습니다. Yushkov의 경제 연구에 따르면 건조된 천연 가스를 사용하는 순환 공정은 경제적으로 비효율적이므로 대체 물질로 질소를 고려하는 것이 더욱 시급한 문제입니다. 개략도가스 응축수 분야에서 질소 주입의 구현은 그림 1에 나와 있습니다. 2. 질소를 얻고 유정 생산으로부터 분리하는 데 필요한 장비 목록은 석유 및 가스 응축수 분야와 동일합니다.
UAE의 여러 가스 응축수 유전에서 저수지 압력을 유지하기 위해 질소를 사용할 수 있는 방법이 고려되었습니다. 중동 유전은 배사 구조를 지닌 대규모 균질 가스 응축수 저장소입니다. 평균 다공성은 18%, 측면 투과성은 10mD입니다. 이 분야는 1974년부터 개발이 시작되었으며, 2001년부터 재주입을 위한 추가 시설이 건설되기 시작했습니다. ~에 초기 단계다수의 PVT 연구가 수행되었으며, 이는 질소와 저장소 가스의 상호 작용 동안 포화 압력이 약간 증가한 것으로 나타났습니다. 저장소의 유체역학적 모델의 구성 및 조정을 통해 천연 가스 및 N2와의 혼합물을 펌핑할 때 저장소의 액상 강수 역학을 평가할 수 있었습니다(그림 3).
응축수 침전 과정의 안정화에도 불구하고, 질소 주입을 실시할 때 최종 응축수 회수율은 천연 가스를 주입할 때보다 단지 2% 더 높습니다. 동시에 주입 시작 후 1년 이내에 가장 가까운 생산 우물로 질소가 누출되는 것이 관찰됩니다. 이 프로젝트는 현재의 경제 상황을 고려하여 장기적으로 고려되고 있습니다. 안정적인 가격을 가정하면 필요한 장비및 제품을 개발하는 경우 2020년대에 프로젝트 구현이 가능합니다.
쌀. 2. 가스 응축수 분야의 질소 주입 계획
쌀. 3. 가스 혼합물을 펌핑할 때 응축
Cantarell 유전과 UAE 남동부 자산에 대해서도 질소 타당성 조사가 수행되었습니다. 특정 형성에 대한 최소 혼합 압력을 결정하고 메탄과 이산화탄소를 비교한 결과 기술, 기술 및 경제 지표를 고려하여 질소가 적합한 주입제로 인식되었습니다. 그러나 각 특정 분야에 대해 열압력 조건과 저장소 유체 구성에 따른 차별화로 인해 결과가 다를 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
국내외 자료를 검토하면 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다.
1) 질소의 물리화학적 특성과 그 풍부함은 지층에서 석유 및 응축수 생성을 증가시키는 가장 접근하기 쉽고 효과적인 물질 중 하나입니다.
2) 기존 방법질소를 얻고 유정 생산으로부터 분리하는 것은 높은 수준의 지식, 단순성 및 접근성이 특징입니다.
3) 상당한 양의 이론적 연구와 결합된 실제 경험은 질소 주입이 탄화수소 분야 개발에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 나타냅니다.
4) 러시아 연방에는 응축수 매장량이 많은 대규모 유전이 존재하므로 검색의 중요성이 높아집니다. 효과적인 방법응축수 회수 증가. 그 중 하나는 가스 응축수 저장소/캡의 압력을 유지하기 위해 질소를 주입하는 것입니다.
검토자:
Grachev S.I., 기술 과학 박사, 교수, "석유 및 가스전 개발 및 운영"부서장, 지질 및 석유 및 가스 생산 연구소, 연방 정부 예산 고등 교육 기관 "튜멘 주립 석유 및 가스 대학교" , 튜멘;
Sokhoshko S.K., 기술 과학 박사, "석유 및 가스 생산 공정 모델링 및 제어"부서 교수, 지질 및 석유 및 가스 생산 연구소, 연방 정부 예산 고등 교육 교육 기관 "튜멘 주립 석유 및 가스" 대학”, 튜멘.
참고문헌 링크
Ignatiev N.A., Sintsov I.A. 석유 및 가스 산업의 질소 주입에 대한 경험과 전망 // 기초 연구. – 2015. – 11-4호. – 페이지 678-682;URL: http://site/ru/article/view?id=39486 (접근 날짜: 2019년 4월 27일). 출판사 "자연 과학 아카데미"에서 발행하는 잡지에 주목합니다.
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플라스틱 에너지의 원천
지층에서 우물로의 액체 및 가스 유입은 힘의 영향으로 발생하며, 그 성격과 크기는 지층 에너지의 유형과 매장량에 의해 영향을 받습니다. 해당 지역의 지질 구조와 퇴적물에 따라 석유, 물, 가스가 유정으로 유입되는 정도는 다음과 같이 결정됩니다.
1) 지역 수역의 압력;
2) 가스 캡에 압축된 가스의 압력;
3) 기름과 물에 용해되어 압력이 감소할 때 방출되는 가스의 에너지;
4) 압축된 암석의 탄력성;
5) 중력 에너지.
주로 나타나는 에너지의 유형에 따라 수압, 가스 캡(가스 압력) 모드, 용존 가스, 탄성 또는 탄성 수압, 중력 및 혼합과 같은 저장소 작동 모드의 개념이 도입됩니다.
석유 퇴적물뿐만 아니라 가스전의 수압 체제는 활성 한계 수역이 있거나 지층의 인공 범람 중에 발생합니다. 퇴적물의 가스 영역(또는 팽창하는 가스의 영역)은 유일한 소스가 압축 가스의 에너지인 조건, 즉 생성수가 활성화되지 않는 조건에서 발생합니다.
저장소 에너지 보유량은 액체와 가스를 우물 바닥으로 이동할 때 점성 마찰력을 극복하고 모세관 및 접착력을 극복하는 데 사용됩니다.
기탁에 작용하는 힘
다공성 매질에서 유체가 이동하는 동안 유압 저항은 유체의 유속과 점도에 비례합니다. 이러한 저항은 유체가 파이프 내에서 이동할 때 마찰 저항과 유사합니다. 그러나 파이프 내 액체의 이동과 달리 미세 불균일 다공성 매질 내에서의 액체 흐름 특성은 고유한 특성을 갖습니다. 다공성 매질에서 물과 기름의 이동을 관찰한 결과, 물과 기름이 접촉하는 영역에서 상의 별도의 전면 이동 대신 물과 기름의 혼합물이 발생한다는 것이 확인되었습니다. 움직인다. 모세관 채널의 액체는 기둥과 공으로 분해되어 모세관력의 발현으로 인해 형성의 기공을 일시적으로 막습니다. 단일 모세관에서도 유사한 혼합물 형성이 관찰되었습니다.
기름-물 접촉 뒤에 남아 있는 기름-물 혼합물의 이동 중에 모세관력이 나타나는 메커니즘을 상상하기 위해 물로 채워지고 적셔진 원통형 모세관에서 기름 기둥의 이동 조건을 고려해 보겠습니다. 그림 6.1).
쌀. 6.1. 모세관에서 기름 방울이 이동할 때의 변형 계획.
모세관력의 작용으로 오일 기둥은 구형 모양을 취하는 경향이 있으므로 모세관 벽과 오일 기둥 사이의 물막에 압력 P가 가해집니다.
(6.1)
기름-물 경계면의 표면 장력은 어디에 있습니까?
R은 오일 컬럼의 구형 표면의 반경입니다.
r은 원통형 표면의 반경입니다.
반월판에 의해 발생된 압력의 영향으로 모세관 벽에서 오일 기둥을 분리하는 층에서 액체가 유출되어 필름이 평형 상태에 도달할 때까지 계속됩니다. 이러한 필름은 변칙적인 특성, 특히 점도가 증가하여 움직이지 않습니다. 결과적으로 모세관에서 오일 기둥의 움직임이 시작되면 모세관 벽에 오일 압력으로 인해 마찰력이 발생합니다. 또한, 오일 기둥이 이동하기 전에 상 경계의 메니스커스가 변형되어 점선으로 표시된 위치를 차지합니다.
반월판에 의해 생성된 압력 차이는 외부 압력 차이에 대응하는 힘을 생성합니다.
(6.2)l
모세관 채널에서 기포와 혼합되지 않는 액체가 이동하는 동안 추가 저항 작용을 수반하는 설명된 현상은 Jamin에 의해 처음 연구되었으며 그의 이름을 따서 명명되었습니다. 다공성 매질에서 가스-오일 혼합물이 이동하는 동안에도 수많은 Jamin 효과가 발생합니다. 단일 컬럼에 대한 추가 저항 및 모세관 압력은 작을 수 있습니다. 그러나 다공성 매질에서는 기둥이 대량으로 형성되고 형성 에너지의 상당 부분이 모세관력을 극복하는 데 소비됩니다. 모세관력은 상의 투과성을 줄이는 데 도움이 됩니다.
다공성 매질에서 물-기름 혼합물은 다양한 단면의 모세관을 통해 이동하고 물방울은 변형됩니다. 반월판의 곡률 반경의 불평등으로 인해 기름, 물 또는 가스의 소구체 및 공이 채널의 넓은 부분에서 좁은 부분으로 통과할 때 추가적인 배압이 발생합니다.
형성 유체 여과 중 표면 현상과 DARCY의 법칙 위반 이유
다공성 매질에서 액체와 기체의 여과 패턴은 오일, 기체, 물 사이의 경계면뿐만 아니라 고체-액체 경계에서 발생하는 표면 현상의 영향을 받습니다. 여과율의 감소는 광물 입자 표면의 활성 부위에 오일의 표면 활성 성분(예: 산성 유형)의 흡착층이 화학적으로 고정되어 발생할 수 있습니다.
이러한 경우 콜로이드 필름의 두께 증가로 인해 깃털 덕트가 완전히 막힐 때까지 시간이 지남에 따라 여과 속도가 지속적으로 느려질 수 있습니다.
압력 강하가 증가하고 온도가 60-60°C로 증가하면 오일 여과 감쇠 효과가 사라지는 것으로 확인되었습니다. 함몰이 특정 한계까지 증가함에 따라 이전에 형성된 흡착-용매층이 파괴(침식)됩니다. 이는 다공성 매질에서 탄화수소 액체의 여과 모드를 변경할 때 Darcy의 법칙(저하에 대한 유속 의존성의 비선형 특성)을 위반하는 이유 중 하나입니다.
어떤 경우에는 지층에 수지-파라핀 퇴적물이 형성되어 생산 속도가 감소하며, 이를 방지하기 위해 바닥 구멍 구역을 가열하거나 바닥을 일부 수단으로 처리합니다.
Darcy의 법칙을 위반하는 또 다른 이유는 뉴턴의 마찰 법칙과 관련된 액체의 변칙적 특성 때문일 수 있습니다.
물과 가스에 의한 형성으로부터의 석유 이동에 대한 일반적인 계획
자연 조건에서 가장 흔한 퇴적물은 압력 모드에서 생성된 퇴적물입니다(또는 이러한 작동 모드는 퇴적물에 물이나 가스를 주입하여 인위적으로 재현 및 유지됩니다). 이러한 퇴적물에서 나온 오일은 주변 또는 주입된 물, 가스 캡에서 나온 자유 가스, 표면에서 지층으로 주입된 가스 등 외부 요인에 의해 대체됩니다. 공정의 개별 세부 사항에는 상당한 차이가 있음에도 불구하고 석유를 물과 가스로 대체하는 전반적인 정성적 계획에는 공통점이 많습니다.
오일과 그 치환제는 다공성 매질 내에서 동시에 움직입니다.
그러나 가스나 물 모두 오일의 "피스톤" 역할을 하지 않기 때문에 오일을 대체하는 물질에 의한 오일의 완전한 대체는 결코 발생하지 않습니다. 변위 공정 중 기공 크기의 이질성으로 인해 변위되는 액체 또는 점도가 낮은 가스가 필연적으로 오일을 능가합니다. 이 경우, 다양한 상을 갖는 암석의 포화도와 그에 따른 오일 및 치환제의 유효 투과성이 지속적으로 변합니다. 예를 들어 최대 50-60%까지 물 포화도가 증가하면 암석의 물에 대한 유효 투과성이 증가하여 흐름 내 물의 양이 증가합니다. 이 경우, 오일은 더 이상 모공 밖으로 밀려나지 않고 오히려 물줄기에 의해 운반됩니다. 따라서 지층의 길이를 따라 물과 기름의 포화도가 다른 여러 구역이 형성됩니다. 기름이 물로 대체되는 한 시점에서 지층의 길이에 따른 물 포화도의 변화를 보여주는 전형적인 그림이 그림 1에 나와 있습니다. 6.2. 이 프로세스 계획은 모든 연구자들에 의해 모세관 및 유체 역학적 힘의 발현의 총체적인 결과로 제시됩니다.
지층의 수분 포화도는 최대값 Smax에서 감소합니다.
초기 물 주입 라인에서 최종 오일 회수에 해당하며 매몰된 물 포화도 값 Sn까지입니다. 이 경우 형성에는 세 개의 영역이 표시될 수 있습니다. 첫 번째에서는 수분 포화도가 Smax에서 Sf까지 다양하지만 기존 변위 윤곽선에서는 지층의 오일 포화 부분을 향해 부드럽게 감소합니다. 이 영역은 오일이 점차적으로 씻겨 나가는 오일-물 혼합물 영역의 특징입니다.
쌀. 6.2. 기름이 물로 대체될 때 지층의 길이에 따른 기름-물 포화도의 변화.
곡선의 기울기가 큰 두 번째 섹션(영역 II)은 오일 세척(영역 I)에서 깨끗한 오일 이동의 영역 III으로의 전환 영역을 나타냅니다. 이 영역을 일반적으로 안정화라고 합니다. 자연 조건에서의 길이는 수 미터에 이릅니다.
오일이 가스로 대체될 때 저장소 내 가스와 오일의 유사한 분포가 형성됩니다. 그 차이는 주로 물과 가스의 점도가 다르기 때문에 정량적입니다.
가스 캡의 자유 가스 외에도 저장소의 오일도 용액에서 방출된 가스로 대체될 수 있습니다. 때로는 용해된 가스가 퇴적물에 있는 유일한 에너지원이기도 합니다. 오일에 용해된 가스의 에너지는 저장소의 압력이 오일과 가스의 포화 압력 아래로 떨어지는 경우에 나타납니다.
압력이 감소하면 유리 가스가 먼저 고체 표면에서 방출됩니다. 왜냐하면 벽에 기포를 형성하는 데 필요한 작업이 필요하기 때문입니다(표면이 완전히 젖는 경우 제외). 단단한액체), 액체의 자유 공간에서 형성하는 데 필요한 것보다 적습니다. 기포가 형성된 후 구조의 가스 포화도가 증가합니다.
처음에는 가스 기포가 서로 멀리 떨어져 있지만 점차 팽창하면서 가스 포화 영역이 서로 연결됩니다. 기포가 형성된 후 기공 공간에서 차지하는 부피의 오일을 지층에서 대체합니다. 이러한 효과적인 변위 과정은 가스 포화 영역에 오일이 산재되어 있는 한(즉, 연속적인 가스 포화 영역이 형성될 때까지) 계속됩니다. 이 시점부터 가스에 의한 오일 치환 효율은 형성 기공의 가스 포화도가 증가함에 따라 감소합니다. 왜냐하면 가스의 낮은 점도로 인해 오일보다 유정, 저압 구역(바닥 구멍 방향)으로 더 빠르게 이동할 수 있기 때문입니다. 가스 포화 지역을 따라.
다양한 저수지 배수 조건 하에서 지층의 오일 회수
저장소의 오일 회수 계수는 일반적으로 초기 오일 포화도와 잔류(최종) 오일 포화도 사이의 차이라고 하며 초기 포화도라고 합니다.
현재의 석유 생산 기술 및 장비 개발 수준에서 물리적으로 가능한 석유 회수 계수는 1보다 훨씬 작습니다. 유정 패턴이 조밀하고 물 요소가 중요하더라도 오일 회수율은 70~80%에 거의 도달하지 않습니다.
오일 회수는 사용된 에너지 유형에 따라 달라집니다. 가장 큰 의미는 물로 인한 오일 대체 조건에서 관찰되는데, 이는 일반적으로 가스 캡에서 압축되고 오일에 용해된 자유 가스의 에너지 매장량과 비교할 때 무제한일 수도 있는 지역 수역의 대규모 에너지 매장량과 관련됩니다. 이것도 설명됨 뛰어난 효율성오일과 물의 점도 비율은 오일을 가스보다 물로 대체할 때 더 유리하기 때문에 물로 모공을 씻어냅니다. 마지막으로, 석유가 물로 대체될 때 석유 회수 증가는 물과 암석 및 석유의 물리화학적 상호작용에 의해 촉진될 수 있습니다. 물은 가스보다 세척 및 치환 능력이 더 좋습니다.
용액에서 방출된 가스에 의한 오일 치환 효율은 다른 저장소 에너지원의 효율보다 낮습니다. 이는 지층에 존재하는 가스의 제한된 양과 가스 대 오일 점도의 작은 비율로 설명되며, 이는 높은 이동성으로 인해 가스가 유정으로 빠르게 돌파되는 데 기여합니다. 또한, 가스는 지층암을 젖지 않는 상으로, 이는 잔유량 증가에 기여한다.
가스 캡의 가스 에너지는 훨씬 더 효율적으로 나타납니다. 가스 팽창 과정에서 오일은 바닥으로 이동하고 처음에는 가스 포화도가 상대적으로 낮은 지층에서 오일이 효과적으로 이동합니다. 가스 캡 확장 효율의 추가 감소는 주로 가스에 의한 고체상의 비습윤화와 낮은 점도로 인해 발생하며, 이로 인해 가스가 큰 채널과 지층의 더 많은 투과성 영역을 통해 유정으로 누출됩니다.
지층의 경사각은 가스 캡이 있는 퇴적물의 오일 회수에 상당한 영향을 미칩니다. 지층의 가파른 경사각에서는 오일에서 가스의 중력 분리 조건이 향상되고 가스에 의한 오일 치환 효율이 증가합니다.
천연 저장소에서 낮은 오일 회수율은 구조의 미시적 및 거시적 이질성 특성으로 설명됩니다. 깃털 공간 구조의 미세 불균일하고 복잡한 특성은 별도의 채널을 통해 물과 가스가 돌파되고 다공성 매질에서 물-오일-가스 혼합물이 형성되는 이유입니다. 지층에서 다양한 비혼화성 단계의 결합된 움직임은 모세관력이 물에 의한 오일의 "피스톤" 변위보다 몇 배 더 큰 복잡한 과정입니다.
상호 용해성 액체의 치환은 95-100%에 가까운 높은 오일 회수율을 특징으로 하는 것으로 알려져 있습니다.
물의 점도에 비해 오일의 점도가 높기 때문에 오일 회수율이 감소합니다. 연구 결과에 따르면, 오일 점도가 증가함에 따라 암석의 물리적 특성에 대한 다양한 국지적 이질성이 더욱 두드러져 수변을 우회하고 제대로 세척되지 않는 작지만 수많은 영역이 출현하게 됩니다.
저수지로부터의 석유 회수는 암석의 비표면적에 의해 크게 영향을 받습니다. 오일은 고상 표면을 소수화하며 필름 상태의 오일 일부는 특수 노출 방법을 통해서만 형성물에서 제거할 수 있습니다.
저장소의 거시적 이질적 구조는 저장소에서 석유가 불완전하게 회수되는 가장 중요한 이유입니다. 암석의 구조, 특성 및 구성의 이질성은 물로 씻겨지지 않고 가스로 잘 배수되지 않는 지역의 모양을 설명합니다. 또한 오일 회수는 다공성 매질의 특성과 물과 가스에 의한 오일의 치환 조건(결합된 물의 양과 조성, 오일과 암석의 조성과 물리화학적 특성, 변위 속도)에 따라 달라지는 것으로 밝혀졌습니다. , 등.).
저수지에서 오일이 불완전하게 회수되는 이유에 따라 다음과 같은 저수지 형태의 잔류 오일이 나타날 수 있습니다.
1) 모세관에 유지된 오일;
2) 고체상 표면을 덮고 있는 필름상태의 오일;
3) 투과성이 낮은 영역에 남아 있는 오일은 우회되고 물로 제대로 세척되지 않습니다.
4) 불침투성 브릿지에 의해 형성물로부터 분리되고 우물에 의해 침투되지 않는 렌즈의 오일;
5) 국지적 불침투성 스크린(방출수 및 기타 불투수성 댐) 근처에 기름이 갇혀 있습니다.
필름 오일은 얇은 습윤 필름으로 지층의 고체상 표면을 덮습니다. 이 오일의 양은 고체 및 액체상의 분자력 작용 범위, 광물 표면의 구조 및 암석의 비표면적 크기에 따라 결정됩니다.
액체의 얇은 층을 측정하고 다공성 매체에 잔류하는 물의 분포에 대한 연구를 통해 실제 조건에서 필름 상태의 잔류 오일의 양이 모세관 작용에 의해 유지되는 양보다 몇 배나 적다는 것을 알 수 있습니다.
필름과 모세관에 남아 있는 오일 외에도 상당량의 오일이 우회되고 제대로 세척되지 않은 영역, 격리된 렌즈, 막다른 골목, 국부적인 불침투성 스크린 및 브리지에 남아 있을 수 있습니다.
천연 저수지의 석유 회수율 값이 작다는 것은 암석과 지층 구조의 이질성으로 인해 저수지에 크고 작은 기둥 형태로 상당한 양의 석유가 남아 있음을 나타냅니다.
이미 언급한 바와 같이 수압 체제가 가장 효과적이므로 석유 퇴적물을 개발할 때 저수지에서 석유 회수율을 높이려면 물에 의한 석유 치환의 자연적 체제를 유지하거나 인공적인 체제를 재현하도록 노력해야 합니다. 물 범람 기술은 기름을 물로 대체하기 위한 최상의 조건을 제공하는 공정 매개변수를 선택함으로써 향상될 수 있습니다. 퇴적물이 범람할 때 지층에 물 주입 모드(속도), 오일과 습윤 특성(물을 특수 물질로 처리)과의 경계면에서의 표면 장력, 점도 및 온도를 변경할 수 있습니다.
다공성 매체에서 물로 인한 기름의 이동에서 모세관 과정의 역할
석유를 함유한 암석의 기공 공간은 혼합되지 않는 액체가 이동하여 상 경계면에서 반월상 연골을 형성하는 모세관 채널의 거대한 축적입니다. 따라서 모세관력은 오일 변위 과정에 영향을 미칩니다.
기름과 물의 접촉 뒤에는 반월판이 수많은 Jamin 효과를 생성하고 기름 이동을 방지합니다. 매체가 친수성인 경우 물-기름 접촉 영역에서 반월판에 의해 발생된 압력은 모세관 함침 및 액체 재분배 과정의 발생을 촉진합니다. 이는 기공 크기의 이질성 때문입니다. 작은 단면의 채널에서 발생하는 모세관 압력은 큰 기공의 채널보다 더 큽니다. 결과적으로, 역류 모세관 함침 과정은 오일-물 접촉에서 발생합니다. 물은 작은 기공을 통해 지층의 오일 부분으로 침투하고 오일은 큰 기공을 통해 대수층으로 이동합니다. 따라서 퇴적물 범람을 위해 어떤 물을 선택해야 하는지 결정하는 것이 필요합니다. 즉, 모세관력의 영향으로 퇴적물의 기름 부분에 집중적으로 흡수되거나 지층에 약하게 침투하는 물입니다. 저장소에 주입되는 물의 품질을 변경함으로써 오일과의 경계면의 표면 장력, 습윤 특성 및 점도 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.
모세관력을 증가시키거나 감소시키는 문제와 기름을 물로 대체하는 물리학의 다른 많은 문제에는 명확한 해결책이 없다는 점에 유의해야 합니다. 세분화된 이종 저장소의 조건에서 모세관력의 작용에 따른 오일과 물의 재분배 과정은 오일과 물의 공동 이동 영역에서 모세관의 오일 공급 시스템의 오일 연속성을 조기에 중단시켜 형성을 도울 수 있습니다. 기공 공간의 오일-물 혼합물로 인해 오일 회수율이 크게 감소합니다. 파괴된 저장소에서는 물이 저장소에 주입될 때 블록에서 오일 회수가 증가하며, 이는 모세관력의 영향으로 암석에 집중적으로 흡수될 수 있습니다.
물에 의한 석유 대체 속도에 대한 석유 회수의 의존성
이 문제에 대한 많은 연구 결과를 분석하면 저수지 시스템의 모세관 특성과 물에 의한 오일 치환 속도에 대한 오일 회수 의존성의 특성 사이의 연관성에 대한 결론을 내릴 수 있습니다. 모든 경우에, 형성이 소수성이고 모세관 힘이 물에 의한 다공성 매질로부터의 오일 이동을 방해할 때, 오일 회수는 오일-물 접촉 속도가 증가함에 따라 증가합니다(즉, 압력 구배가 증가함에 따라 증가합니다). 모세관력이 약해지면(낮은 표면 장력, 암석 투과성 > 1-2μm2 등으로 인해) 물에 의한 오일 치환 속도는 오일 회수에 영향을 미치지 않습니다.
실제로, 암석의 이질성과 지층 구조의 정도가 매우 다양한 석유 매장지를 자주 접하게 됩니다. 이 경우, 압력 강하(변위율)에 대한 오일 회수의 의존성은 저장소 시스템의 물리화학적 특성 외에도 많은 다른 요인에 의해 영향을 받습니다. 예를 들어, 많은 경우 이전에 (낮은 압력 강하에서) 오일 유입에 참여하지 않았던 우울증이 증가하는 작업에 추가 레이어가 포함되는 것으로 알려져 있습니다. 함몰이 증가함에 따라 지층의 압력은 흐름의 기하학적 변화에 따라 재분배되어 이전에 석유가 거의 생산되지 않았던 지층의 추가 영역을 덮습니다. 자연 지형에서 물로 인한 오일 치환 결과와 우울증 정도에 대한 오일 회수의 의존성에 영향을 미치는 다른 요인이 있습니다. 따라서 실제 조건에서는 지층의 물리화학적 특성에 관계없이 다양한 오일 회수 계수가 가능합니다.
많은 연구자들의 관찰에 따르면 저장소의 압력 구배 증가는 이질적인 저장소에 국한된 석유 매장지의 오일 회수에 유익한 영향을 미칩니다.