ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΚΟ ΔΚΠΑΙΓΔΤΣΙΚΟ ΙΓΡΤΜΑ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΗΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΑ ΠΔΣΡΔΛΑΙΟΤ ΚΑΙ ΦΤΙΚΟΤ ΑΔΡΙΟΤ ΚΑΒΑΛΑ 2010

Transcript

1 ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΚΟ ΔΚΠΑΙΓΔΤΣΙΚΟ ΙΓΡΤΜΑ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΗΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΑ ΠΔΣΡΔΛΑΙΟΤ ΚΑΙ ΦΤΙΚΟΤ ΑΔΡΙΟΤ ΚΑΒΑΛΑ 2010 ΔΠΟΠΣΗ ΚΑΘΗΓΗΣΗ : ΦΟΙΣΗΣΗ : Γπ. ΠΑΠΑΓΟΠΟΤΛΟΤ ΜΑΡΙΑ ΒΑΙΛΔΙΟΤ ΑΝΑΣΑΙΟ 1

2 Με εθηίκεζε ζηελ Κα Γξ. Μαξία Παπαδνπνχινπ, γηα ηα εθφδηα πνπ κνπ πξφζθεξε θαη ηελ ππνκνλή πνπ έδεημε κέρξη λα κνπ ηα κεηαδψζεη. 2

3 Διζαγωγή Απφ ηα θξεάηηα πεηξειαίνπ θαη θπζηθνχ αεξίνπ παξάγνληαη ηα θνηηάζκαηα πδξνγνλαλζξάθσλ ή επηηξέπνπλ ηελ έγρπζε ξεπζηψλ ζην θνίηαζκα. Έλα πξνζεθηηθά νξγαλσκέλν αξρηθφ πξφγξακκα απνπεξάησζεο θξεαηίνπ είλαη ην πξψην θαη ζεκαληηθφηεξν βήκα ζηε παξαγσγηθή δηαδηθαζία ηνπ θξεαηίνπ νχησο ψζηε λα έρνπκε ηελ κέγηζηε απφιεςε θνηηάζκαηνο κε ηηο ιηγφηεξεο επηζθεπαζηηθέο επεκβάζεηο. Έλα βέιηηζην αξρηθφ πξφγξακκα απνπεξάησζεο θξεαηίνπ εμεηάδεη ηηο γεσινγηθέο κειέηεο, ηηο ξνέο ησλ ξεπζηψλ ηνπ θνηηάζκαηνο θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο γεψηξεζεο, ζπλ ηηο αιιαγέο πνπ δεκηνπξγνχληαη ζηνλ θνξεζκφ ησλ ξεπζηψλ ζην ζηφκην ηνπ θξεαηίνπ. Πνιιέο θνξέο ην ζέκα ηνπ «πφηε λα απνπεξαησζεί έλα θξεάηην» κπνξεί λα επηζθηάζεη ην εμίζνπ ζεκαληηθφ πξφβιεκα γηα ην «πψο λα απνπεξαησζεί ην θξεάηην». Σν ζέκα «πψο λα απνπεξαησζεί» πεξηιακβάλεη ηελ άκεζε θαη απνηειεζκαηηθή ζρέζε ηνπ θξεαηίνπ κε φιεο ηηο επηζπκεηέο δψλεο παξαγσγήο, ηελ απφθιηζε ησλ αλεπηζχκεησλ δσλψλ θνληά ζην δηάζηεκα απνπεξάησζεο, θαη ηε ιχζε ησλ κεραληθψλ πξνβιεκάησλ φπσο ν έιεγρνο ηεο άκκνπ. Η θαηαζηξνθή ηνπ ζρεκαηηζκνχ ζεκειηαθφ δήηεκα θαζ φιε ηελ δηάξθεηα ηεο δσήο ηνπ θξεαηίν.. Δλψ είλαη επηζπκεηφ λα ειαρηζηνπνηεζνχλ κειινληηθέο επηζθεπέο, ζπρλά εκθαλίδνληαη ηέηνηεο ζπλζήθεο φπνπ δελ κπνξνχκε λα ηηο απνθχγνπκε δηφηη δελ είλαη δπλαηφλ λα πξνβιεθηνχλ. ε πνιιέο φκσο πεξηπηψζεηο επηζθεπέο κπνξνχλ λα πξνβιεθζνχλ σο κειινληηθή απαίηεζε ζε έλα βέιηηζην πξφγξακκα απνπεξάησζεο θξεαηίνπ. Ο ζθνπφο απηήο ηεο εξγαζίαο είλαη λα αλαθέξνπκε ελ ζπληνκία ηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ ξεπζηψλ ηνπ θνηηάζκαηνο θαη ηε ξνή ησλ ξεπζηψλ ζηελ πεξηνρή γχξσ απφ ην θξεάηην, πξνθεηκέλνπ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ απηέο νη παξάκεηξνη ζηελ απνπεξάησζε ηνπ θξεαηίνπ, ηελ εξγαζία θαη ηηο δηαδηθαζίεο ππνθίλεζεο. ε απηήλ ηελ ζπδήηεζε έρνπκε δαλεηζηεί ζπρλά απφ ηελ εξγαζία ηνπ Norman J. Clark. 3

4 Κεθάλαιο 1 ςνθήκερ πος ιζσύοςν ζηην αποπεπάηωζη θπεαηίων Ιδηφηεηεο Τδξνγνλαλζξάθσλ πζηαηηθά, θάζεηο θαη κνξηαθή ζπκπεξηθνξά Υαξαθηεξηζηηθά ηνπ απνηακηεπηεξίνπ πεηξψκαηνο Πνξψδεο, δηαπεξαηφηεηα θαη δηαβξερηηθφηεηα Γηαλνκή πγξψλ Ρνή ησλ ξεπζηψλ ζην απνηακηεπηήξην πέηξσκα Πίεζε θνληά ζην ζηφκην ηνπ θξεαηίνπ Κπθιηθή θαη γξακκηθή ξνή θνληά ζην θξεάηην Απνηξνπή ξνήο θνληά ζην θξεάηην Υαξαθηεξηζηηθά ηνπ θνηηάζκαηνο πνπ έρνπλ επίπησζε ζηελ απνπεξάησζε ηνπ θξεαηίνπ Ιδιόηηηερ ςδπογονανθπάκων πεηπελαίος και θςζικού αεπίος Σν αξγφ πεηξέιαην θαη ην θπζηθφ αέξην πνπ ππάξρνπλ ζηα θνηηάζκαηα πδξνγφλνπ απνηεινχληαη απφ έλαλ κεγάιν αξηζκφ ελψζεσλ, θπξίσο αιθάληα. Απηέο νη ελψζεηο απνηεινχληαη απφ πδξνγφλν θαη άλζξαθα θαη ελψλνληαη κε δηάθνξνπο ηξφπνπο θαη αλαινγίεο. Οη ελψζεηο αξγνχ πεηξειαίνπ, επνκέλσο, απνηεινχληαη θπξίσο απν πδξνγνλάλζξαθεο. ςζηαηικά Οη ελψζεηο πδξνγνλαλζξάθσλ πνπ απνηεινχλ ην πεηξέιαην κπνξνχλ λα νκαδνπνηεζνχλ ρεκηθά ζε ζεηξέο, δει., αιεηθαηηθέο (παξαθηληθή) θαη αξσκαηηθέο. Κάζε ζεηξά απνηειείηαη απφ εθείλεο ηηο ελψζεηο παξφκνηεο ζην κνξηαθφ ζρεδηαζκφ ηνπο θαη ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπο. Μέζα ζε κηα δεδνκέλε ζεηξά ππάξρεη κηα παξαιιαγή ελψζεσλ απφ εμαηξεηηθά ειαθξηέο, εμαηξεηηθά βαξηέο ή ζχλζεηέο ελψζεηο. 4

5 Οη πηφ θνηλέο ελψζεηο πδξνγνλαλζξάθσλ είλαη εθείλεο ηεο παξαθίληθήο βάζεσο πνπ πεξηιακβάλνπλ ην κεζάλην, ην αηζάλην, ην πξνπάλην, ην βνπηάλην, θ.ιπ. Γείηε ην ζρήκα 1-1. Σα θνηηάζκαηα πεηξειαίνπ πεξηιακβάλνπλ ελψζεηο απφ ειαθξχηεξνπο πδξνγνλάλζξαθεο θαη απφ βαξχηεξνπο πδξνγνλάλζξαθεο. Σν θπζηθφ αέξην δελ απνηειείηαη εμ νινθιήξνπ απφ ειαθξηά κφξηα, ε πιεηνςεθία ησλ κνξίσλ ησλ ζπζηαηηθψλ ηεο είλαη ειαθξηά θαη απιά, ζε αληίζεζε κε ην πγξφ αξγφ πεηξέιαην, ην νπνίν απνηειείηαη απφ βαξχηεξα πην ζχλζεηα ζπζηαηηθά. Φάζειρ Γεληθά, νη θάζεηο ηεο χιεο είλαη : ζηεξεά, πγξά θαη αέξηα. Απηέο νη ηξεηο κνξθέο χπαξμεο απνθαινχληαη θάζεηο ηεο χιεο. Σν αλ κηα νπζία ππάξρεη σο ζηεξεή, πγξή, ή αέξηα θαζνξίδεηαη απφ ηηο ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο θαη πίεζεο. Οη ελψζεηο πδξνγνλαλζξάθσλ, είηε ρσξηζηά είηε ζε έλα κίγκα, αιιάδνπλ επίζεο ηελ θαηάζηαζε ή θάζε αλάινγα κε ηηο κεηαβαιιφκελεο ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο θαη πίεζεο. Απηφ θαιείηαη ζπκπεξηθνξά θάζεο θαη πνιιέο θνξέο είλαη κηα ζεκαληηθή εθηίκεζε ζηηο δηαδηθαζίεο ιεηηνπξγίαο ησλ θξεαηίσλ. Μοπιακή ζςμπεπιθοπά 5

6 Οη θάζεηο ησλ πδξνγνλαλζξάθσλ κπνξεί λα εμεγεζεί απφ ηε ζπκπεξηθνξά ησλ κνξίσλ πνπ απνηεινχληαη ηα κίγκαηα. Σέζζεξηο θπζηθνί παξάγνληεο είλαη ζεκαληηθνί. Όπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 1-2 απηνί είλαη: (1) πίεζη, (2) μοπιακή έλξη, (3) κινηηική ενέπγεια, θαη (4) μοπιακή ώθηζη. Η απμαλφκελε πίεζε ηείλεη λα αλαγθάζεη ηα κφξηα λα έξζνπλ πηφ θνληά έηζη ψζηε ην αέξην ζα ζπκπηεζηεί ή λα κεηαηξαπεί ελδερνκέλσο ζε έλα πγξφ. Όηαλ ε πίεζε κεηψλεηαη, ην αέξην επεθηείλεηαη θαη ην πγξφ ηείλεη λα αηκνπνηεζεί. Απηέο νη αιιαγέο ηεο θάζεο πνπ πξνθαινχληαη απφ ηηο αιιαγέο πηέζεσο απνθαινχληαη θαλνληθή θάζε. Η πίεζη θαη ν όγκορ ζπζρεηίδνληαη έηζη ψζηε ηα απνηειέζκαηα πηέζεσο απφ ην κνξηαθφ βνκβαξδηζκφ ησλ ηνηρίσλ ηνπ αληηθεηκέλνπ πνπ ην πεξηέρεη ή κηαο πγξήο επηθάλεηαο. Ο απμαλφκελνο φγθνο ηείλεη λα κεηψζεη ηελ πίεζε απμάλνληαο ηελ απφζηαζε ησλ κνξίσλ πνπ πξέπεη λα δηαλχζεη γηα λα ρηππήζεη ην ηνίρσκα ηνπ αληηθεηκέλνπ ζην νπνίν βξίζθεηαη. Η μοπιακή έλξη ελεξγεί ζηα κφξηα κε ηνλ ίδην ηξφπν φπσο ε εμσηεξηθή πίεζε. Η δχλακε έιμεο κεηαμχ ησλ κνξίσλ απμάλεηαη θαζψο ε απφζηαζε κεηαμχ ησλ κνξίσλ κεηψλεηαη. Απμάλεηαη επίζεο θαζψο ε κάδα ησλ κνξίσλ απμάλεηαη. Με κηθξφηεξν κφξηα, ην κεζάλην ή ην αηζάλην, ππάξρεη κηθξφηεξε έιμε κεηαμχ ησλ κνξίσλ θαη κεγαιχηεξε ηάζε γηα λα απσζεζνχλ ιφγσ ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηάο ηνπο πξφο ζην αέξην, ζε αληίζεζε κε ηα κεγαιχηεξα κφξηα, εμάλην θαη επηάλην, ηα νπνία ηείλνπλ λα πξνζειθπζηνχλ καδί ζε έλα πγξφ. Κινηηική ενέπγεια, ή κνξηαθή θίλεζε, απμάλεη κε ηε ζεξκνθξαζία. Έηζη, φζν κεγαιχηεξε ε ζεξκνθξαζία ελφο πιηθνχ, ηφζν κεγαιχηεξε ε ηάζε γηα ην πιηθφ λα απσζείηαη θαη λα κεηψλεη έηζη ηελ ππθλφηεηά ηνπ (αιιαγή απφ έλα πγξφ ζε έλα αέξην ή έλα αέξην πνπ επεθηείλεηαη). Καζψο ε ζεξκνθξαζία κεηψλεηαη, νκνίσο κεηψλεηαη θαη ε θηλεηηθή ελέξγεηα, θαη φια ηα κφξηα (αθφκε θαη ηα ειαθξχηεξα κφξηα) ηείλνπλ λα πξνζειθπζηνχλ καδί ζε κηα πγξή θαηάζηαζε ή αθφκα θαη λα παγψζνπλ ζε κία ζηεξεά θαηάζηαζε. Απηή ε ζπκπεξηθνξά απνθαιείηαη επίζεο θαλνληθή ζπκπεξηθνξά θάζεο. Η μοπιακή ώθηζη ελεξγεί φηαλ ηα κφξηα έξρνληαη ηφζν θνληά ην έλα κε ην άιιν πνπ ηα ειεθηξνληθά θνξηία ηνπο επηθαιχπηνληαη, θαη κηα δχλακε απέρζεηαο ηείλεη λα απμήζεη ηελ αληίζηαζε ζε πεξαηηέξσ ζπκπίεζε. Όηαλ ηα πιηθά πδξνγνλαλζξάθσλ εκθαλίδνληαη λα είλαη ζε ζηάζε (ρσξίο λα γίλεηαη επέθηαζε, ζχζπαζε ζηνλ φγθν, ή κεηαβνιή ηεο θαηάζηαζεο ηνπ), νη δπλάκεηο πνπ ηείλνπλ λα πεξηνξίζνπλ ηα κφξηα ηζνξξνπνχλ ηηο δπλάκεηο πνπ ηείλνπλ λα ηηο απσζήζνπλ, θαη ην πιηθφ ζεσξείηαη ζε ιζοπποπία. ηα θνηηάζκαηα πεηξειαίνπ, ε ζεξκνθξαζία παξακέλεη ζπλήζσο ζηαζεξά, επνκέλσο, κφλν ε πίεζε θαη ν φγθνο αιιάδνπλ ζε έλαλ αμηφινγν βαζκφ ζην θνίηαζκα 6

7 θαηά ηε δηάξθεηα ησλ δηαδηθαζηψλ παξαγσγήο. Δληνχηνηο, ζην θξεάηην θαη ηηο εγθαηαζηάζεηο επηθάλεηαο, νη ζρέζεηο ζεξκνθξαζίαο, πίεζεο, θαη φγθνπ φιεο γίλνληαη ζνβαξνί παξάγνληεο. Καθαποί ςδπογονάνθπακερ Γηα έλαλ θαζαξφ πδξνγνλάλζξαθα φπσο ην πξνπάλην, ην βνπηάλην, ή ην πεληάλην, ππάξρεη ζε κηα δεδνκέλε πίεζε γηα κηα ζεξκνθξαζία ζηελ νπνία ν πδξνγνλάλζξαθαο κπνξεί λα ππάξμεη είηε σο πγξφο ή σο αέξηνο, φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα

8 Δάλ ε πίεζε απμάλεηαη ρσξίο αιιαγή ηεο ζεξκνθξαζίαο, ν πδξνγνλάλζξαθαο είλαη ζπκππθλσκέλνο, δειαδή ζε πγξή θαηάζηαζε. Δάλ ε πίεζε κεηψλεηαη ρσξίο αιιαγή ηεο ζεξκνθξαζίαο, ηα κφξηα είλαη δηαιπκέλα ζην αέξην. Όζν απμάλεηαη ε ζεξκνθξαζία, ε θηλεηηθή ελέξγεηα απμάλεηαη, θαη πςειφηεξε πίεζε απαηηείηαη γηα ηνπο παξάγνληεο ηζνξξνπίαο θαηά ηνπο νπνίνπο νη δχν θάζεηο κπνξνχλ λα ππάξμνπλ ηαπηφρξνλα. Σν ζρήκα θακππιψλ 1-3, πνπ έρεη ζρεδηαζηεί κε ηελ βνήζεηα ηεο πίεζεο θαη ηεο ζεξκνθξαζίαο φπνπ νη δχν θάζεηο ππάξρνπλ, θαιείηαη θακπχιε αηκνχ-πίεζεο. Τπάξρεη κηα ζεξκνθξαζία επάλσ απφ ηελ νπνία ην πιηθφ δελ ζα ππάξμεη ζε δχν θάζεηο αλεμάξηεηα απφ ηελ πίεζε. Απηφ θαιείηαη θξίζηκν ζεκείν, θαη ε ζεξκνθξαζία θαη ε πίεζε ζε απηφ ην ζεκείν θαινχληαη ηελ θξίζηκε ζεξκνθξαζία θαη θξίζηκε πίεζε. Σν πιηθφ ζεσξείηαη ζπλήζσο έλα αέξην φηαλ ππάξρεη ζηε ζεξκνθξαζία θαη ηελ πίεζε θάησ απφ ηελ θακπχιε αηκφο-πίεζεο θαη σο πγξφ επάλσ απφ ηελ θακπχιε αηκνχπηέζεσο. Δληνχηνηο, ππάξρνπλ ηηκέο ηεο ζεξκνθξαζίαο θαη ηεο πίεζεο γηα ηηο νπνίεο έλα πιηθφ κπνξεί λα ηαμηλνκεζεί σο είηε πγξφ είηε αέξην. ε απηέο ηηο ζεηξέο (πνπ παξνπζηάδνληαη ζηελ άλσ δεμηά κεξίδα ηνπ ζρήκαηνο 1-3) ε ζεξκνθξαζία είλαη ηφζν κεγάιε πνπ νη ειθπζηηθέο δπλάκεηο κεηαμχ ησλ κνξίσλ δελ είλαη αξθεηά κεγάιεο γηα λα επηηξέςνπλ ηελ ζπγρψλεπζε ζηελ πγξή θάζε. Η απμαλφκελε πίεζε απιά αλαγθάδεη ηα κφξηα λα θηλεζνχλ καδί νκνηφκνξθα. 8

9 Μίγμαηα ςδπογονανθπάκων ε έλα κίγκα δχν ζπζηαηηθψλ, ε ζπκπεξηθνξά ηνπ ζπζηήκαηνο δελ είλαη ηφζν απιή. Τπάξρεη κηα επξεία πεξηνρή ζηελ νπνία νη δχν θάζεηο (πγξφ θαη αέξην) ζπλππάξρνπλ. Σν ζρήκα 1-4 είλαη έλα δηάγξακκα ηεο ζπκπεξηθνξάο θάζεο ελφο κίγκαηνο 50:50 δχν πδξνγνλαλζξάθσλ φπσο ην πξνπάλην θαη ην επηάλην. Δπηβάιινληαη ζην ζπζρεηηζκφ νη θακπχιεο αηκνχ-πίεζεο δχν ζπζηαηηθψλ ζην αγλή θαηάζηαζε ηνπο. Η δηθαζηθή πεξηνρή ηνπ δηαγξάκκαηνο θάζεο είλαη νξηνζεηεκέλε απφ ηελ επζεία ζημείος θςζαλίδαρ θαη κηα γξακκή ζημείος δπόζος, κε ηηο γξακκέο λα ελψλνληαη ζην θξίζηκν ζεκείν. ην ζεκείν θπζαιίδαο, ην αέξην αξρίδεη λα αθήλεη πξντφλ ζην πεηξέιαην ιφγσ ηεο κεησκέλεο πίεζεο. ην ζεκείν δξφζνπ, ην πγξφ αξρίδεη γεληθά λα ζπκππθλψλεη απφ ην αέξην κε ηελ απμαλφκελε πίεζε, σζηφζν, επάλσ απφ ηελ θξίζηκε ζεξκνθξαζία, ε ζπκπχθλσζε κπνξεί λα εκθαληζηεί ζε κεξηθά ζεκεία θαηά κήθνο ηεο θακπχιεο ζεκείνπ δξφζνπ κε απμαλφκελε πίεζε, θαη ζε άιια ζεκεία κε κεησκέλε πίεζε. ην θξίζηκν ζεκείν, νη ηδηφηεηεο θαη ησλ αεξίσλ θαη ησλ πγξψλ κηγκάησλ είλαη ίδηεο. Ο πξνεγνχκελνο θαζνξηζκφο θξίζηκνπ ζεκείνπ καο δελ ηζρχεη πιένλ επεηδή ζε έλα πνιιψλ ζπζηαηηθψλ ζχζηεκα θαη ην πγξφ θαη νη θάζεηο αεξίνπ ππάξρνπλ ζε ζεξκνθξαζίεο θαη πηέζεηο επάλσ απφ ην θξίζηκν ζεκείν, κε απνηέιεζκα λα απμάλεηαη θαη ε θηλεηηθή ελέξγεηα. Έλα ηέιεην δηάγξακκα θάζεο πίεζεο-ζεξκνθξαζίαο ελφο πεηξειαίνπ ζε έλα θνίηαζκα κε κηα ζεξκνθξαζία T r παξνπζηάδεηαη ζην ζρήκα 1-5. Σν αξγφ πεηξέιαην ζηελ πίεζή ηνπ ζεκείνπ θπζαιίδαο ή θνξεζκνχ αληηπξνζσπεχεηαη απφ ην ζεκείν Α. Σν ίδην πεηξέιαην ζα ήηαλ ακόπεζηο εάλ ε πίεζε ηνπ θνηηάζκαηνο αληηπξνζσπεχζεθε απφ ην ζεκείν A'.Ο δηαρσξηζηήο θαη νη ζεξκνθξαζίεο θαη νη πηέζεηο ησλ δεμακελψλ θνηηαζκάησλ παξνπζηάδνληαη επίζεο ζην ζρήκα 1-5. Η θάζεηε γξακκή, Α-Β, αληηπξνζσπεχεη ηηο ζρεηηθέο πνζφηεηεο πγξνχ θαη αεξίνπ πνπ ππάξρνπλ ζηελ ηζνξξνπία ζε κηα ηδηαίηεξε πίεζε θαζψο ε πίεζε θνηηάζκαηνο πέθηεη ζηε ζηαζεξή ζεξκνθξαζία θνηηάζκαηνο. ηε δηαδηθαζία παξαγσγήο απηφ αληηπξνζσπεχεηαη πξαγκαηνγλσκηθά απφ ην αέξην πνπ βγαίλεη θαηά ηελ δηαδηθαζία παξαγσγήο ηνπ θνηηάζκαηνο, ην πνζφ ηνπ νπνίνπ είλαη θαζνξηζκέλν απφ ηε κείσζε ηεο πίεζεο ηνπ θνηηάζκαηνο. 9

10 Οη πνζφηεηεο πγξνχ θαη αεξίνπ πνπ αληηπξνζσπεχνληαη απφ ηε ζέζε ηνπ ζεκείνπ ηεο θνίηαζκαο θνηηάζκαηνο ζην ζρήκα 1-5, εληνχηνηο, δελ πξνζδηνξίδνπλ ηη ζα γηλφηαλ ζηε θνίηαζκα θνηηάζκαηνο επεηδή ε ζχλζεζε ηνπ αξρηθνχ κίγκαηνο αιιάδεη θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο παξαγσγηθήο δηαδηθαζίαο. Αναδπομική ζςμπύκνωζη αεπίος Μεξηθά κίγκαηα πδξνγνλαλζξάθσλ ππάξρνπλ ζην θνίηαζκα επάλσ απφ ηελ θξίζηκε ζεξκνθξαζία σο ζπκππθλσκέλα αέξηα. Όηαλ ε πίεζε κεηψλεηαη ζε απηά ηα κίγκαηα, αληί λα επεθηαζεί (εάλ είλαη αέξην) ή λα αεξηνπνηεζεί (εάλ είλαη πγξφ) φπσο αλακελφηαλ, ηα ελδηάκεζα θαη βαξχηεξα ζπζηαηηθά ηείλνπλ λα ζπκππθλσζνχλ. Αληηζέησο, φηαλ απμάλεηαη ε πίεζε, εμαηκίδνληαη αληί λα ζπκππθλψλνληαη. Η δηαδηθαζία πνπ απνθαιείηαη αλαδξνκηθή ζπκπχθλσζε εκθαλίδεηαη r ζην ζρήκα 1-6. Η ζπκπχθλσζε ησλ πγξψλ ζην θνίηαζκα αιιάδεη ηηο ζρεηηθέο ζρέζεηο δηαπεξαηφηεηαο, θαη ζπλήζσο ηα απνηειέζκαηα απν απψιεηα παξαγσγηθφηεηαο ησλ θξεαηίσλ θαη επίζεο ηνπ ζπληειεζηή αλάθηεζεο. Αέπιο Η ζπκπεξηθνξά ησλ αεξίσλ παξνπζηάδεηαη ζηα ζρήκαηα 1-7 θαη 1-8. Οη πδξνγνλάλζξαθεο ζε έλα θνίηαζκα αεξίνπ κπνξεί λα απνθαιεζηεί σο ςγπό αέπιο ή ξηπό αέπιο, αλάινγα κε ηε ζπκπεξηθνξά ηνπ. Καη νη δχν ππάξρνπλ ζηηο ζεξκνθξαζίεο επάλσ απφ ηελ θξίζηκε ζεξκνθξαζία ηνπο. Όηαλ ε ζεξκνθξαζία ελφο πγξνχ αεξίνπ κεηψλεηαη ζηε ζεξκνθξαζία ηεο θνίηαζκαο θνηηαζκάησλ, ην απνηέιεζκα είλαη ε ζπκπχθλσζε ησλ βαξχηεξσλ ζπζηαηηθψλ. Με έλα μεξφ αέξην θακία ζπκπχθλσζε ησλ πγξψλ δελ νδεγεί ζηε ζεξκνθξαζία δεμακελψλ θνηηαζκάησλ. 10

11 11

12 Ππακηικέρ σπήζειρ ηων ζηοισείων ςδπογονανθπάκων Η πξαθηηθή πξνζέγγηζε ζηε κειέηε ησλ ξεπζηψλ ηνπ θνηηάζκαηνο είλαη (1) αιιαγή πίεζεο θαη ζεξκνθξαζίαο ζην θνίηαζκα θαη ζηελ επηθάλεηα θαηά ηε δηάξθεηα ηεο παξαγσγηθήο δηαδηθαζίαο, θαη (2) γηα λα κεηξήζεη απφ ηα εξγαζηεξηαθά ηεζη ηηο αιιαγέο πνπ εκθαλίδνληαη ζηα ξεπζηά δείγκαηα ηνπ θνηηάζκαηνο. Σα απνηειέζκαηα απηψλ ησλ δνθηκψλ παξέρνπλ ηα βαζηθά ζηνηρεία ησλ ξεπζηψλ γηα ηηο εθηηκήζεηο ηεο απφιεςεο πγξψλ κε ηηο δηάθνξεο κεζφδνπο ιεηηνπξγίαο ζε θνηηάζκαηα, θαη επίζεο γηα ηηο εθηηκήζεηο ησλ παξακέηξσλ θνηηαζκάησλ κέζσ δνθηκψλ παξνδηθήο πίεζεο. Γχν γεληθέο κέζνδνη ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα ιάβνπκε δείγκαηα απφ θνίηαζκα πεηξειαίνπ πνπ απνζθνπνχλ ζε εξγαζηεξηαθέο δνθηκέο: (1) κέζσ ελφο ππνεπηθαλεηαθνχ δεηγκαηνιήπηε, θαη (2) απνθηψληαο δείγκαηα επηθαλείαο ηνπ ελ ιφγσ δηαρσξηζηηθνχ πγξνχ θαη αεξίνπ. Απηά ηα δείγκαηα επηθαλείαο πξέπεη έπεηηα λα αλακεηρζνχλ μαλά ζην εξγαζηήξην ζε αλαινγίεο παξφκνηεο κε ηελ αλαινγία αεξίνππεηξειαίνπ πνπ κεηξήζεθε ζηνλ δηαρσξηζηή. Οη πιεξνθνξίεο ζρεηηθά κε ηα ραξαθηεξηζηηθά θαη ηε ζπκπεξηθνξά ηνπ αεξίνπ πνπ απαηηείηαη γηα ηελ εξγαζία κε ηα θνηηάζκαηα αεξίνπ εμαξηψληαη απφ ηνλ ηχπν αεξίνπ θαη ηε θχζε ηνπ πξνβιήκαηνο. Δάλ πεξηιακβάλεηαη νπηζζνδξνκηθή ζπκπχθλσζε, νη αλαγθαίεο πιεξνθνξίεο κπνξνχλ λα απαηηήζνπλ ηηο πνιπάξηζκεο δνθηκέο θαη κεηξήζεηο. Δάλ πγξφ αέξην πεξηιακβάλεηαη (ρσξίο ηελ νπηζζνδξνκηθή ζπκπχθλσζε) ή εάλ μεξφ αέξην πεξηιακβάλεηαη, νη πιεξνθνξίεο είλαη ιηγφηεξν ζχλζεηεο. 12

13 Ιδιόηηηερ ηων Ρεςζηών ηος Κοιηάζμαηορ - ςζσεηιζμοί Γηάθνξεο γεληθεχζεηο γηα ηα ζηνηρεία ησλ δεηγκάησλ πεηξειαίνπ είλαη δηαζέζηκεο, επηηξέπνληαο ζπζρεηηζκνχο γηα λα γίλνπλ πξνο ειαρηζηνπνίεζε ηεο αλάγθεο γηα ηε δεηγκαηνιεςία απφ θνίηαζκα πεηξειαίνπ, ηε δνθηκή θαη ηελ αλάιπζε ηνπο. Απηνί νη ζπζρεηηζκνί είλαη πνιχηηκνη γηα πνιινχο πξαθηηθνχο, θαζεκεξηλνχο ππνινγηζκνχο εθαξκνζκέλεο κεραληθήο θνηηαζκάησλ. Υαξαθηεξηζηηθνί απηψλ ησλ ζπζρεηηζκψλ είλαη εθείλνη ησλ Standing3 (GOR σο πξνο ηνλ παξάγνληα ηνπ φγθνπ ηνπ ζρεκαηηζκνχ, ηεο πίεζεο ηνπ ζεκείνπ bubble θαη ηνπ δηθαζηθνχ παξάγνληα ηνπ φγθνπ ηνπ ζρεκαηηζκνχ) θαη απφ Beal, Chew θαη ινηπνί., 2 Carret al.6 θαη Chesnut (ημψδε ηνπ αέξα, ηνπ λεξνχ, ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ, ηνπ αθαηέξγαζηνπ ειαίνπ, θαη ησλ ζρεηηθψλ αεξίσλ). Οη θνηλνί ζπζρεηηζκνί παξνπζηάδνληαη ζηα ζρήκαηα 1-9, 1-10, θαη

14 14

15 15

16 16

17 Υαπακηηπιζηικά ηων αποηαμιεςηηπίων πεηπωμάηων Ποπώδερ Σν πνξψδεο ή ην δηάζηεκα ησλ πφξσλ ηνπ απνηακηεπηεξίνπ πεηξψκαηνο έρεη δηάθελν ρψξν φπνπ εγθισβίδεηαη ην αξγφ πεηξειαίνπ θαη ην θπζηθφ αέξην. Σα πεξηζζφηεξα εκπνξηθά θνηηάζκαηα πεηξειαίνπ θαη θπζηθνχ αεξίνπ εκθαλίδνληαη ζε ζρηζηφιηζνπο, ζε αζβεζηφιηζν, ή ζε δνινκίηεο, εληνχηνηο, κεξηθά θνηηάζκαηα εκθαλίδνληαη αθφκε θαη ζε ζρηζηφιηζν. Σα ζρήκαηα 1-12 θαη 1-13 παξνπζηάδνπλ κεξηθά ραξαθηεξηζηηθά πεηξψκαηνο θνηηαζκάησλ. 17

18 Γιαπεπαηόηηηα Η δηαπεξαηφηεηα είλαη έλα κέηξν ηεο επθνιίαο κε ηελ νπνία ην ξεπζηφ κπνξεί λα θηλεζεί κέζσ ησλ δηαζπλδεκέλσλ δηαζηεκάησλ πφξσλ ηνπ απνηακηεπηεξίνπ πεηξψκαηνο. Πνιιά απνηακηεπηήξηα πεηξψκαηα, φπσο νη άξγηινη, ζρηζηφιηζνη, θηκσιία, αλπδξίηεο, θαη κεξηθνί ηδηαίηεξα ππθλνί ςακκίηεο, είλαη αδηαπέξαζηνη φζνλ αθνξά ηελ κεηαθίλεζε ηνπ λεξνχ, ηνπ πεηξειαίνπ, ή ηνπ θ. αεξίνπ, αθφκα θη αλ κπνξνχλ πξαγκαηηθά λα είλαη αξθεηά πνξψδεηο. Σν 1856 ν γάιινο κεραληθφο, Henry Darcy, θαζψο εξγαδφηαλ κε ηα θίιηξα λεξνχ, αλέπηπμε κηα ζρέζε πνπ πεξηγξάθεη ηελ ξνή ελφο ξεπζηνχ κέζσ ηνπ πνξψδνπο ηνπ 18

19 απνηακηεπηεξίνπ πεηξψκαηνο. Ο λφκνο ηνπ Darcy δειψλεη φηη απηφ ην πνζνζηφ ξνήο κέζσ ηνπ πνξψδνπο πνηθίιιεη άκεζα (1)ζηελ δηαπεξαηφηεηα (κέηξν ηεο ζπλνρήο ησλ δηαζπλδεκέλσλ δηαζηεκάησλ πφξσλ), θαη (2) ζηελ πίεζε πνπ εθαξκφδεηαη θαη πνηθίιιεη αληηζηξφθσο κε ην ημψδεο ηεο ξεπζηήο ξνήο. Σν απνηακηεπηήξην πέηξσκα πνπ έρεη κηα δηαπεξαηφηεηα 1 darcy, ζρήκα 1-14, ην ξεπζηφ ημψδνπο 1cc απφ ην 1-cp ζα ξεχζεη θάζε δεπηεξφιεπην δηακέζσ έλα κέξνο πεηξψκαηνο 1 εθαη. ζε κήθνο έρνληαο κηα δηαηνκήο 1 η.εθ, εάλ ε πηψζε πίεζεο ζην ρψξν ηνπ πεηξψκαηνο είλαη 1 αηκφζθαηξα : Κ = (1) ηηο κνλάδεο πεηξειαηνθφξσλ πεξηνρψλ ε γξακκηθή κνξθή ηνπ λφκνπ ηνπ Darcy γηα ηε ξνή ηνπ αζπκπίεζηνπ ξεπζηνχ κέζσ ηνπ πνξψδνπο πνπ γεκίδνπλ κε κφλν έλα ξεπζηφ είλαη ε αθφινπζε: q = (2) φπνπ: q = πνζνζηφ ξνήο, stb/εκέξα Κ = δηαπεξαηφηεηα, MD A = πεξηνρή ξνήο, η. πφδηα Μ = ημψδεο, cp L = κήθνο ξνήο, πφδηα p1, p2 = πηέζεηο εηζφδνπ θαη εμφδνπ, PSI Β = ζπληειεζηήο φγθνπ ζρεκαηηζκνχ, RES. bbl/stb Η ιηζνζηαηηθή πίεζε (νη ηάζεηο πνπ επηβάιινπλ ηα ππεξθείκελα ζηξψκαηα) έρεη επηπηψζεηο ζηε δηαπεξαηφηεηα πνπ κεηξηέηαη ζε ζπλζήθεο ρακειήο πίεζεο ζην εξγαζηήξην, ηδηαίηεξα ζηεο ρακειήο δηαπεξαηφηεηαο πεηξψκαηα φπσο παξνπζηάδεηαη απφ ηα εξγαζηεξηαθά ηεζη ζην ζρήκα

20 σεηική Γιαπεπαηόηηηα Δπεηδή δχν ή ηξία ξεπζηά, φπσο ην αέξην, ην έιαην, θαη ην χδσξ κπνξνχλ, θαη ζπρλά ππάξρνπλ ζηα ίδηα δηαζηήκαηα πφξσλ ζε έλα θνίηαζκα πεηξειαίνπ, νη ζρέζεηο ζρεηηθήο δηαπεξαηφηεηαο πξέπεη λα εμεηαζηνχλ. Η ζρεηηθή δηαπεξαηφηεηα 20

21 αληηπξνζσπεχεη ηελ επθνιία κε ηελ νπνία έλα ξεπζηφ ξέεη κέζσ ησλ ζπγθνηλσλνχλησλ δηαζηεκάησλ ησλ πφξσλ παξνπζία άιισλ ξεπζηψλ, έλαληη ηεο επθνιίαο κε ηελ νπνία έλα ξεπζηφ ξέεη φηαλ ππάξρεη κφλν απηφ. Θεσξψ έλα απνηακηεπηήξην πέηξσκα γεκάην κφλν κε πεηξέιαην ζε πςειή πίεζε (ζρήκα 1-16A). Γελ έρεη επηηξαπεί ζην αέξην λα βγεί απφ ην κείγκα, επνκέλσο, φιν ην δηαζέζηκν δηάζηεκα γεκίδεη κε ην πεηξέιαην, θαη κφλν ην πεηξέιαην ξέεη. Δάλ ε πίεζε ηνπ θνηηάζκαηνο κπνξεί λα κεησζεί (ζρήκα 1-16B), κεξηθά ειαθξχηεξα ζπζηαηηθά ηνπ πεηξειαίνπ ζα εμειηρζνχλ ζε αέξηα ζηα δηαζηήκαηα ησλ πφξσλ. Η ξνή ηνπ πεηξειαίνπ κεηψλεηαη αιιά ν θνξεζκφο αεξίνπ είλαη πάξα πνιχ κηθξφο γηα λα κπνξέζεη ην αέξην λα δηαηξέμεη δηακέζσ ησλ πφξσλ. Δάλ ε πίεζε ζπλερίδεη λα κεηψλεηαη, ν θνξεζκφο αεξίνπ ζπλερίδεη λα απμάλεηαη, θαη ζε θάπνην βαζκφ {θνξεζκφο ηζνξξνπίαο αεξίνπ) ην αέξην αξρίδεη λα ξέεη θαη ην πνζνζηφ ξνήο πεηξειαίνπ κεηψλεηαη πεξαηηέξσ, (ζρήκα 1-16C). Με ηηο πεξαηηέξσ απμήζεηο ζηνλ θνξεζκφ αεξίνπ, φιν θαη πεξηζζφηεξν αέξην θαη φιν θαη ιηγφηεξν πεηξέιαην ζα ξέεη δηακέζσ ησλ πφξσλ κέρξη ηειηθά κφλν ην αέξην ζα ξέεη (αξηζκφο 1-16D). εκαληηθέο πνζφηεηεο πεηξειαίνπ κπνξνχλ λα παξακείλνπλ ζηνπο πφξνπο, αιιά δελ κπνξνχλ λα αλαθηεζνχλ κε ηα αξρηθά κέζα επεηδή ε ζρεηηθή δηαπεξαηφηεηα ζην πεηξέιαην είλαη ηψξα κεδέλ. Σα ίδηα θξηηήξηα ηζρχνπλ ζηελ ξνή ηνπ πεηξειαίνπ παξνπζία λεξνχ. Ο θνξεζκφο θάζε πγξνχ πνπ είλαη παξφλ επεξεάδεη ηελ επθνιία κε ηελ νπνία ην πγξφ θηλείηαη ή ηελ ζρεηηθή δηαπεξαηφηεηα. Σν ζρήκα 1-17 δείρλεη κηα ηππηθή ζρέζε ζρεηηθήο δηαπεξαηφηεηαο κεηαμχ πεηξειαίνπ-λεξνχ θαη λεξνχ ζε δηαβξεγκέλν ςακκίηε. Έλα θνίηαζκα ην νπνίν βιέπνπκε ζην ζρήκα 1-17 ζα είρε έλαλ αξρηθφ θνξεζκφ ζε λεξφ πεξίπνπ 27%. ηα θνηηάζκαηα θηλνχκελα κε λεξφ γηα λα παξακέλεη ζηαζεξή ε πίεζε, απμάλνπκε ηνλ θνξεζκφ ζε λεξφ ν νπνίνο είλαη απνηέιεζκα ηεο θίλεζεο ηνπ θνηηάζκαηνο κε λεξφ γηα λα εθηνπίζεη ην πεηξέιαην, ζα κείσλε ηελ ζρεηηθή δηαπεξαηφηεηα ηνπ πεηξειαίνπ. Απηφ ζα νδεγνχζε ζηε κεησκέλε παξαγσγή πεηξειαίνπ θαη απμαλφκελε παξαγσγή λεξνχ. Όηαλ ν θνξεζκφο λεξνχ θηάζεη ην 75%, ε ζρεηηθή δηαπεξαηφηεηα ζην πεηξέιαην ζα κεησλφηαλ ζε κεδέλ θαη ε πεξαηηέξσ ξνή πεηξειαίνπ ζα ζηακαηνχζε. Σν λα θζάζεη ζε απηφ ην ζεκείν ζε κηα πξαθηηθή πεξίπησζε κπνξεί λα κελ είλαη δπλαηφλ, θαζψο πνιχ κεγάια πνζνζηά λεξνχ ζα έπξεπε λα παξαρζνχλ. Οη ζρέζεηο ζρεηηθήο δηαπεξαηφηεηαο αεξίνπ-πεηξειαίνπ ή πεηξειαίνπ-λεξνχ ελφο ζπγθεθξηκέλνπ απνηακηεπηεξίνπ πεηξψκαηνο εμαξηψληαη απφ ηε δηακφξθσζε ησλ δηαζηεκάησλ ησλ πφξσλ ηνπ πεηξψκαηνο, θαη ηα ραξαθηεξηζηηθά δηαβξερζηθφηεηαο ησλ ξεπζηψλ θαη ζηελ επηθάλεηα ηνπ πεηξψκαηνο. ε έλα ζχζηεκα πεηξειαίνπ-λεξνχ ε ζρεηηθή δηαπεξαηφηεηα ζην πεηξέιαην είλαη ζεκαληηθά κεγαιχηεξε φηαλ ε επηθάλεηα ηνπ πεηξψκαηνο είλαη πγξή απφ λεξφ. Όπνπ δχν ή πεξηζζφηεξα ξεπζηά είλαη παξφληα, ε εμίζσζε ηεο δηαπεξαηφηεηαο ηεο εμίζσζεο (2) πξέπεη λα αληηπξνζσπεχζεη ηε δηαπεξαηφηεηα ηνπ πεηξψκαηνο γηα ην επηζπκεηφ ξεπζηφ. Απηφ κπνξεί λα γίλεη πνιιαπιαζηάδνληαο ηελ απφιπηε 21

22 δηαπεξαηφηεηα ηνπ πεηξψκαηνο (δηαπεξαηφηεηα γηα έλα ξεπζηφ θνίηαζκα κφλν ξεχζεο) κε ηε ζρεηηθή δηαπεξαηφηεηα ηνπ πεηξψκαηνο ζην επηζπκεηφ ξεπζηφ. q 0 = x (3) q 0 = ξπζκφο ξνήο πεηξειαίνπ, stb πεηξειαίνπ/εκέξα kabs = απφιπηε δηαπεξαηφηεηα, md kro = ζρεηηθή δηαπεξαηφηεηα πεηξειαίνπ 22

23 Γηα έλα θξεάηην πνπ παξάγεη θαη λεξφ θαη πεηξέιαην, ε πεξηθνπή λεξνχ ή ην κέξνο ηνπ λεξνχ ζην ζπλνιηθφ ξεχκα ξνήο ζηηο θαλνληθέο ζπλζήθεο ηεο ζεξκνθξαζίαο θαη ηεο πίεζεο κπνξεί λα ππνινγηζηεί απφ απηήλ ηελ ζρέζε: = (4), = ζρεηηθή δηαπεξαηφηεηα, = ημψδεο, = ζπληειεζηήο φγθνπ ζρεκαηηζκνχ (ν = α. πεηξειαίνπ, w = λεξνχ) Γιαβπεσηικόηηηα Σα πεξηζζφηεξα πεηξψκαηα δηακνξθψζεθαλ κέζα ζε λεξφ, κε ην πεηξέιαην λα κεηαθέξεηαη εθεί αξγφηεξα, κέζα απφ ηηο παξαθείκελεο δψλεο γηα λα εθηνπίζνπλ έλα ηκήκα λεξνχ. Γηα απηφλ ηνλ ιφγν, ηα πεξηζζφηεξα πεηξψκαηα ζεσξνχληαη δηαβξεγκέλα απφ λεξφ. Οη θφθθνη ηνπ ζρεκαηηζκνχ είλαη θαιπκκέλνη κε κηα ηαηλία λεξνχ, επηηξέπνληαο ζηνπο πδξνγνλάλζξαθεο λα γεκίζνπλ ην θέληξν ηνπ ρψξνπ ησλ πφξσλ. Η παξαγσγηθφηεηα ηνπ πεηξειαίνπ κεγηζηνπνηείηαη κε απηήλ ηελ ζπλζήθε. Η πξαγκαηηθή δηαβξερηηθφηεηα ελφο ζπγθεθξηκέλνπ πεηξψκαηνο είλαη δχζθνιν λα θαζνξηζηεί επεηδή ε δηαδηθαζία ηεο θνπήο ππξήλσλ θαη ε πξνεηνηκαζία ηνπο γηα ηηο δνθηκέο εξγαζηεξίσλ κπνξεί, ζηελ πξαγκαηηθφηεηα, λα αιιάμεη ηα ραξαθηεξηζηηθά ηεο δηαβξερηηθφηεηαο. Γεκηνπξγψληαο πεξαηηέξσ ζχλζεζε ζην πξφβιεκα, νη πεξηζζφηεξνη εξεπλεηέο απηήλ ηελ πεξίνδν ζεσξνχλ φηη ππάξρνπλ πνηθηιίεο βαζκψλ δηαβξερηηθφηεηαο κεηαμχ ζπλζεθψλ έληνλα δηαβξεγκέλνπ κε λεξφ θαη έληνλα δηαβξεγκέλνπ κε πεηξέιαην. Πξέπεη λα ιεθζεί ππφςελ ε απνπεξάησζε θξεαηίσλ, ε δηέγεξζε παξαγσγηθνχ νξίδνληα, θαη νη επηζθεπαζηηθέο εξγαζίεο δηφηη, είλαη ζεκαληηθή ε δηαβξερηηθφηεηα ηνπ απνηακηεπηεξίνπ πεηξψκαηνο ζην ζηφκην ηνπ θξεαηίνπ επεηδή κπνξεί λα αιιάμεη δπζκελψο απφ ηα ξεπζηά πνπ βξίζθνληαη ζε επαθή κε ην απνηακηεπηήξην πέηξσκα. Απηφ είλαη έλα ζνβαξφ ζέκα δηφηη πξνθαιείηαη ην damage skin ζην ζρεκαηηζκφ. Δλ ζπληνκία, είλαη πνιχ ζεκαληηθφ λα ιεθζνχλ ππφςε ηα : απνηακηεπηήξηα πεηξψκαηα, νη επηζθεπαζηηθέο εξγαζίεο θαη ε δηέγεξζε παξαγσγηθνχ νξίδνληα, έηζη ψζηε κηα κέγηζηε δηαβξερηηθφηεηα κεγηζηνπνηεί ηε ζρεηηθή δηαπεξαηφηεηα ζην πεηξέιαην ζε έλα ζχζηεκα πεηξειαίνπ-λεξνχ, θαη επίζεο, απηφ απνηξέπεη ην ζρεκαηηζκφ ησλ γαιαθησκάησλ λεξνχ-πεηξειαίνπ ζην ζχζηεκα πφξσλ θνληά ζην θξεάηην. 23

24 Καηανομή ηων πεςζηών Τπάξρνπλ ηαπηφρξνλα 3 είδε πγξψλ ζην θνίηαζκα : αξγφ πεηξέιαην, θπζηθφ αέξην θαη λεξφ. Απηά θαηαλέκνληαη ζχκθσλα κε ην εηδηθφ βάξνο ηνπο αιιά θαη κε άιιεο θπζηθνρεκηθέο ηδηφηεηεο ηνπο. Η θαηαλνκή ησλ ξεπζηψλ ζην θνίηαζκα είλαη ζεκαληηθή. Σα ζρεηηθά πνζά πεηξειαίνπ, λεξνχ, θαη θ. αεξίνπ ζε ζπγθεθξηκέλν επίπεδν ζην θνίηαζκα θαζνξίδνπλ ηα ξεπζηά πνπ ζα παξαρζνχλ απφ ην θξεάηην ζην επίπεδν πνπ ζα γίλεη ε απνπεξάησζε, θαη ζα επεξεάζνπλ επίζεο ηα ζρεηηθά πνζνζηά παξαγσγήο. Δάλ ην α. πεηξέιαην θαη ην λεξφ, ην αέξην ηνπνζεηεζνχλ ζε κηα θνίηαζκα, ζα ππήξραλ απζηεξά φξηα κεηαμχ ηνπ λεξνχ θαη ηνπ πεηξειαίνπ απφ θάησ, θαη κεηαμχ ηνπ πεηξειαίνπ θαη ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ απφ πάλσ. Δάλ γέκηζαλ έπεηηα ηελ θνίηαζκα κε άκκν, νη επαθέο κεηαμχ ηνπ πεηξειαίνπ θαη ηνπ λεξνχ θαη ηνπ πεηξειαίνπ θαη ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ ζα ήηαλ αξθεηά δηαθνξεηηθέο, επεηδή ηψξα κεηαμχ ηνπ αεξίνπ, ηνπ πεηξειαίνπ, θαη ηνπ λεξνχ αλαπηχζζνληαη ζαλ ηξηρνεηδείο δχλάκεηο. Οη ηξηρνεηδείο δπλάκεηο πνπ ζπζρεηίδνληαη κε ηελ δηαβξερηηθφηεηα θαη ηελ επηθαλεηαθή ηάζε ηεο αλάινγα κε ηηο δηαθνξεηηθέο ππθλφηεηεο ησλ ξεπζηψλ. Όπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 1-18, ν θνξεζκφο λεξνχ ζε έλα ζχζηεκα πφξσλ πγξφ ιφγσ λεξνχ πνηθίιιεη απφ 100% θάησ απφ ηε δψλε πεηξειαίνπ ζηα ζηαδηαθά ρακειφηεξα πνζνζηά ζηα ζεκεία πςειφηεξα ζηε δψλε πεηξειαίνπ. Απηφ ζπκβαίλεη επεηδή θαζψο θηλνχκαζηε πςειφηεξα ζηε δψλε πεηξειαίνπ, ε αθηίλα ηεο επηθάλεηαο κεηαμχ ηνπ πεηξειαίνπ θαη ηνπ λεξνχ κεηψλεηαη, ιφγσ ησλ κεγαιχηεξσλ ηξηρνεηδψλ δπλάκεσλ. Σν λεξφ εηζέξρεηαη πην πίζσ ζηηο ξσγκέο κεηαμχ ησλ θφθθσλ άκκνπ, θαη ε πνζφηεηα λεξνχ κηθξαίλεη. Η δψλε απφ έλα ζεκείν ηνπ λεξνχ 100% (ζηάζκε ειεχζεξνπ χδαηνο) πξφο ηα πάλσ ζηελ άκκν ζε θάπνην ζεκείν επάλσ απφ ην νπνίν ν θνξεζκφο λεξνχ είλαη αξθεηά ζηαζεξφο θαιείηαη δψλε δηάβαζεο. Οη ζρέζεηο ζρεηηθήο δηαπεξαηφηεηαο επηηξέπνπλ θαη ζην λεξφ θαη ζην πεηξέιαην λα ξεχζνπλ κέζα ζηε δψλε δηάβαζεο. Ο θνξεζκφο λεξνχ επάλσ απφ ηε δψλε δηάβαζεο απνθαιείηαη ακείσηνο θνξεζκφο λεξνχ ή ν πξνυπάξρσλ θνξεζκφο λεξνχ. Δπάλσ απφ ηε δψλε δηάβαζεο κφλν ην πεηξέιαην κπνξεί λα ξέεη ζε έλα ζχζηεκα πεηξειαίνπ-λεξνχ. 24

25 Ο εγγελήο θνξεζκφο λεξνχ ζπζρεηίδεηαη κε ηε δηαπεξαηφηεηα. Οη δίαπινη πφξσλ ζηα απνηακηεπηήξηα πεηξψκαηα ρακειφηεξεο δηαπεξαηφηεηαο είλαη γεληθά κηθξφηεξε. Γηα έλα δεδνκέλν χςνο επάλσ απφ ηελ ειεχζεξε ζηάζκε χδαηνο, ε ηξηρνεηδήο πίεζε ζα είλαη ε ίδηα ζε δχν πφξνπο δηαθνξεηηθψλ κεγεζψλ. Δπνκέλσο, ε ιεπηή επηθάλεηα κεηαμχ ηνπ λεξνχ θαη ηνπ πεηξειαίνπ ζα έρεη ηελ ίδηα θπξηφηεηα, θαη ην πνζφ λεξνχ πνπ εκθαλίδεηαη ζηε ξσγκή ζα είλαη ζρεδφλ ίδην. Όπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 1-19, πεξηζζφηεξν πεηξέιαην πεξηιακβάλεηαη ζην κεγάιν ρψξν ησλ πφξσλ, εληνχηνηο, θαη ηα ηνηο εθαηφ ηνπ λεξνχ ζην κηθξφ πφξν ζα είλαη κεγαιχηεξν. Η θχζε θαη ην πάρνο ησλ δσλψλ δηάβαζεο κεηαμχ ηνπ λεξνχ θαη ηνπ πεηξειαίνπ, ηνπ πεηξειαίνπ θαη ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ, θαη ηνπ λεξνχ θαη ηνπ αεξίνπ επεξεάδνληαη απφ δηάθνξνπο παξάγνληεο, κεηαμχ ησλ νπνίσλ είλαη νκνηνκνξθία, δηαπεξαηφηεηα, δηαβξερηηθφηεηα ηνπ απνηακηεπηεξίνπ πεηξψκαηνο, νη επηθαλεηαθέο ηάζεηο θαζψο θαη ππθλφηεηα κεηαμχ ησλ ζρεηηθψλ ξεπζηψλ. Γεληθά απηά είλαη ηα δεδνκέλα γηα ηελ θαηαλνκή ησλ ξεπζηψλ: Όζν ρακειφηεξε είλαη ε δηαπεξαηφηεηα, ηφζν πςειφηεξνο ζα είλαη ν εγγελήο θνξεζκφο λεξνχ. ηηο άκκνπο ρακειφηεξεο δηαπεξαηφηεηαο, νη δψλεο δηάβαζεο ζα είλαη κεγαιχηεξεο απ' φηη ζηηο άκκνπο πςειφηεξεο δηαπεξαηφηεηαο. Λφγσ ηεο δηαθνξάο ππθλφηεηαο κεηαμχ ηνπ αεξίνπ θαη ηνπ πεηξειαίνπ ζε ζχγθξηζε κε ην πεηξέιαην θαη ην λεξφ, ε δψλε δηάβαζεο κεηαμχ ηνπ πεηξειαίνπ θαη ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ δελ είλαη ηφζν παρηέο φζν ε δψλε δηάβαζεο κεηαμχ ηνπ 25

26 πεηξειαίνπ θαη ηνπ λεξνχ. Έλα θξεάηην πιεξσκέλν ζηε δψλε κεηάβαζεο πεηξειαίνπ-λεξνχ αλακέλεηαη λα παξαγάγεη θαη ην πεηξέιαην θαη ην λεξφ, αλάινγα κε ηνπο θνξεζκνχο θάζε ξεπζηνχ παξφληνο ζην επίπεδν απνπεξάησζεο. Σν ζρήκα 1-20 ζπλνςίδεη ηνλ θνξεζκφ πεηξειαίνπ, λεξνχ, θαη αεξίνπ ζε κηα ραξαθηεξηζηηθή νκνηνγελή θαηάζηαζε πεηξψκαηνο. 26

27 Ροή Ρεςζηού ηος κοιηάζμαηορ Σν πεηξέιαην έρεη ειάρηζηε θπζηθή δπλαηφηεηα λα παξαρζεί απφ κφλν ηνπ ζε έλα θξεάηην. Παξάγεηαη θπξίσο απφ ηελ πίεζε ε νπνία είλαη έκθπηε ζην αέξην ην νπνίν είλαη δηαιπκέλν ζην πεηξέιαην, δειαδή εθηφλσζε αεξίνπ πνπ είλαη δηαιπκέλν ζην αξγφ πεηξέιαην, ή παξάγνληαη κε ηελ δχλακε ψζεζεο απφ ηνλ θαηαζηξνθή αεξίσλ. Καηανομή πίεζηρ ζηην πεπιοσή γύπω από ηο ζηόμιο ηος θπεαηίος Η θαηαλνκή πίεζεο ζην θνίηαζκα θαζψο θαη νη παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ απηά είλαη κεγάιεο ζεκαζίαο ζην λα εξκελεχζνπλ ηελ παξαγσγή ηνπ θξεαηίνπ έρεη άκεζε ζρέζε κε ηα ραξαθηεξηζηηθά ηεο πίεζεο. Σν ζρήκα 1-21 παξνπζηάδεη θαηαλνκή πίεζεο γχξσ απφ κηα πεηξειαηνπεγή ζε θαζεζηψο παξαγσγήο. ε απφζηαζε καθξηά απφ ην θξεάηην, ε πίεζε ζεσξείηαη φηη είλαη PSI, πιεζηάδνληαο ζην θξεάηην, ε πίεζε κεηψλεηαη βαζκηαία ζε πεξίπνπ PSI. Απφ εδψ θαη ζε έλα ζεκείν κέζα ζην θξεάηην, ε πίεζε ζεκεηψλεη απφηνκε πηψζε ζε PSI. ηελ θεθαιή θξεαηίνπ, πνπ επεξεάδεηαη απφ ηηο πδξνζηαηηθέο πηέζεηο θαη επίζεο απφ ηηο ηξηβέο ζηε ζσιήλσζε, ε πίεζε κεηψλεηαη ζε πεξίπνπ 600 PSI. Όηαλ έρνπκε αθηηλσηή ηφηε ην κεγαιχηεξε κέξνο ηεο πηψζεο πίεζεο ζην θνίηαζκα εκθαλίδεηαη αξθεηά θνληά ζην θξεάηην. Όπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 1-22, ζε κηα νκνηφκνξθε άκκν, ε πηψζε πίεζεο ζηα ηειεπηαία 15 πφδηα ηνπ ζρεκαηηζκνχ πνπ πεξηβάιιεη ην θξεάηην είλαη πεξίπνπ κηζή ηεο ζπλνιηθήο πηψζεο πίεζεο απφ ην θξεάηην ζε έλα ζεκείν 500 πφδηα καθξηά απφ ην θνίηαζκα. 27

28 Πξνθαλψο νη ηαρχηεηεο ξνήο απμάλνπλ παξά πνιχ θαζψο ην ξεπζηφ πιεζηάδεη ην θξεάηην. Απηή ε πεξηνρή γχξσ απφ ην θξεάηην είλαη ε κπίζιμη πεπιοσή. Γηα λα κεγηζηνπνηήζνπλ ηελ παξαγσγηθφηεηα ηνπ θνηηάζκαηνο πξέπεη λα παξζνχλ κέηξα γηα λα απνηξέςνπκε ηνλ πεξηνξηζκφ ξνήο ζε απηήλ ηελ θξίζηκε πεξηνρή. 28

29 Ακηινωηή ποή γύπω από ηο θπεάηιο Η αθηηλσηή ξνή ζηαζεξνχ θξάηνπο ηνπ αζπκπίεζηνπ ξεπζηνχ πεξηγξάθεηαη απφ ην λφκν Darcy ζηα πεηξειατθά πεδία ηνπ ζρήκαηνο 1-23: q = ( ) (5) Γηνξζψζεηο απαηηνχληαη γηα λα εμεγήζνπλ ην skin (s) θαη ηηο ηαρχηεηεο ζηελ ηπξβψδε ξνή (Dq). Οη δηνξζψζεηο γηα ην Dq, ζε κηα πεηξειαηνπεγή είλαη ζεκαληηθέο κφλν γηα ηνπο εμαηξεηηθά πςεινχο ξπζκνχο ξνήο. Οη ππνζέζεηο πνπ γίλνληαη ζηελ αλάπηπμε ηεο εμίζσζεο ζπλνςίδνληαη σο εμήο: Αθηηλσηή ξνή ζε έλα αλνηθηφ θξεάηην πέξα απφ ην πάρνο φινπ ηνπ ζρεκαηηζκνχ. Οκνηνγελέο θαη ηζνηξνπηθφ κέζν πνξψδεο. ηαζεξφ πνξψδεο θαη δηαπεξαηφηεηα. Σν θξεάηην βξίζθεηαη ζην θέληξν ελφο θπιηλδξηθνχ θνηηάζκαηνο κε ζηαζεξή πίεζε θαηά κήθνο ηνπ εμσηεξηθνχ νξίνπ. ηα θνηηάζκαηα, ε θαλνληθή ξνή κπνξεί λα εκθαληζηεί κφλν φηαλ ζπκπιεξψλεηαη εληειψο ην θνίηαζκα απφ έλα ηζρπξφ πδξνθφξν ζηξψκα ή φηαλ ππάξρεη ηζνξξνπία κεηαμχ πεγαδηψλ παξαγσγήο θαη πεγαδηψλ έγρπζεο. Καηά ζπλέπεηα, κηα πην θνηλή πξαθηηθή είλαη λα ππνηεζεί κηα ςεπδν-ζηαζεξφ θαηάζηαζε. Γηα απηφ, ε πηψζε πίεζεο ζε φιν ην θνίηαζκα είλαη γξακκηθή ζπλάξηεζε κε ην ρξφλν. Η εμίζσζε ηεο ςεπδή-νκαιήο ξνήο είλαη: 29

30 q = ( ) (6) φπνπ: = κέζε πίεζε θνηηαζκάησλ, psia Μηα θνηλή πξαθηηθή είλαη λα ππνηεζεί φηη γηα βξαρππξφζεζκν δηάζηεκα νη πεξηζζφηεξεο απφ ηηο κεηαβιεηέο είλαη ζηαζεξέο. Απηφ απινπνηεί απηήλ ηελ εμίζσζε ζηα εμήο: q = Γξ (7) φπνπ: q = παξαγσγή, bpd = δείθηεο παξαγσγηθφηεηαο, bpd/psi Γξ = πηψζε πίεζεο, PSI Γηα ηηο αλνκνηνγελείο δψλεο (ζπλεζηζκέλε πεξίπησζε) νη δηαπεξαηφηεηεο πξέπεη λα ππνινγηζηνχλ θαηά κέζν φξν γηα ηε ξνή κέζσ ησλ παξάιιεισλ ζηξσκάησλ ησλ δηαθνξεηηθψλ δηαπεξαηνηήησλ (ζρήκα 2-24): = (8) 30

31 Οη πνηθίιεο δηαπεξαηφηεηεο θαηά ζεηξά φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 2-25 κπνξνχλ λα ππνινγηζηνχλ θαηά κέζν φξν σο εμήο: = (9) 31

32 Γπαμμική ποή διαμέζος ηηρ διάηπηζηρ Ιδαληθά (αιιά ζπλήζσο κε αιεζηλφ) ε «ζήξαγγα δηαηξήζεσλ» κέζα ζηε ζήθε πεξηβιήκαηνο θαη πεξηηξηγπξηζκέλν κε ηζηκέλην ζεσξείηαη έλα ζθνχθν δηάζηεκα απνιχησο αλνηθηφ ζηε ξνή ηνπ ξεπζηνχ. ηελ ηδαληθή πεξίπησζε, ε ζήξαγγα δηαηξήζεσλ δελ πξνζθέξεη πνιχ πεξηνξηζκφ ζηε ξνή. ηα θξεάηηα κε πξνβιήκαηα άκκνπ, ην ηδηαίηεξα δηαπεξαηφ ακκνράιηθν πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα θξαηήζεη ηελ άκκν ηνπ ζρεκαηηζκνχ ζηε ζέζε ηεο πξέπεη λα γεκίζεη ηε ζήξαγγα δηαηξήζεσλ γηα λα απνηξέςεη ηε κεηαθίλεζε ηεο άκκνπ ζηε ζήξαγγα. ε απηήλ ηελ πεξίπησζε, ν πεξηνξηζκφο ξνήο ηεο άκκνπ ζε κηα δηάηξεζε γεκάηε κε ακκνράιηθν γίλεηαη ζεκαληηθφο. Η ξνή κέζσ ηεο ζήξαγγαο δηαηξήζεσλ παίξλεη κηα γξακκηθή δηακφξθσζε, αληί ηεο αθηηλσηήο δηακφξθσζεο. Η γξακκηθή κνξθή ηνπ λφκνπ ηνπ Darcy πξέπεη ζπρλά λα δηνξζσζεί γηα ην γεγνλφο φηη ζπλήζσο ππάξρεη κία ηπξβψδεο ξνή ή ξνή κε-darcy. Οη πεηξακαηηθέο κεηξήζεηο ηεο πηψζεο πίεζεο κέζσ ησλ ακκνράιηθν-γεκηζκέλσλ δηαηξήζεσλ, έλαληη ησλ κε δηνξζσκέλσλ γξακκηθψλ ππνινγηζκψλ ξνήο κε ηε ρξήζε ηνπ λφκνπ ηνπ Darcy επηδεηθλχνληαη ζην ζρήκα Η θακπχιε Α δείρλεη φηη θξαγή αθφκε θαη απφ άκκν πςειφο-δηαπεξαηφηεηαο (έλα darcy) δίλεη ηε κεγάιε πηψζε πίεζεο. 32