Introducere

Starea actuală a dezvoltării industriale moderne se caracterizează prin consumul de cantități enorme de petrol. Nu este utilizat pur și simplu pentru producerea diferiților combustibili și lubrifianți; cu fiecare an care trece, tot mai mult petrol este utilizat pentru fabricarea cauciucului sintetic, a fibrelor sintetice, a materialelor plastice, a drogurilor și a mii de alte produse. În timp ce cererea de produse petroliere continuă să crească, producția de petrol la nivel mondial este într-un declin constant. Cu toate acestea, noile evoluții tehnologice și creșterea prețurilor mondiale la petrol oferă promisiuni că pot fi recuperate porțiuni substanțiale de ulei altfel neglijat. Aceste noi evoluții tehnice se încadrează în rubrica largă de recuperare îmbunătățită a petrolului (EOR). Recuperarea îmbunătățită a uleiului este o colecție de metode generale, fiecare cu capacitatea sa unică de a extrage cel mai mult ulei dintr-un anumit rezervor. Fiecare a fost investigat destul de amănunțit atât din perspectiva teoretică și de laborator, cât și pe teren.

De-a lungul anilor, interesul pentru recuperarea îmbunătățită a petrolului (EOR) a fost temperat de o creștere a rezervelor și a producției de petrol. Multe tehnici au fost investigate în laborator și în câmp pentru îmbunătățirea recuperării uleiului. Din punct de vedere istoric, descoperirea câmpurilor petroliere importante din lume a adăugat volume mari de petrol pe piața mondială. În plus, estimările rezervelor din rezervoarele din Orientul Mijlociu au crescut semnificativ, ducând la așteptarea ca aprovizionarea cu petrol să fie abundentă. Deși volume mari de petrol rămân în rezervoare mature, petrolul nu va fi produs în cantități mari prin procese EOR decât dacă aceste procese pot concura economic cu costul producției de petrol din surse convenționale. Astfel, pe măsură ce rezervoarele îmbătrânesc, există o dihotomie între dorința de a păstra puțurile producătoare de potențiale procese EOR și lipsa stimulentului economic din cauza existenței unor mari rezerve de petrol în lume. În timpul vieții unei fântâni, recuperarea uleiului are trei etape sau categorii care sunt:

  1. Recuperare primară a uleiului
  2. Recuperare secundară a petrolului
  3. Recuperare ulei terțiar

Tehnici îmbunătățite de recuperare a petrolului

Termenul de recuperare îmbunătățită a petrolului (EOR) se referă practic la recuperarea petrolului prin orice metodă dincolo de stadiul primar al producției de petrol. Este definită ca producția de țiței din rezervoare prin procese luate pentru creșterea impulsului primar al rezervorului. Aceste procese pot include menținerea presiunii, injecția fluidelor de deplasare sau alte metode, cum ar fi tehnicile termice. Prin urmare, prin definiție, tehnicile EOR includ toate metodele care sunt utilizate pentru a crește cât mai mult posibil uleiul acumulat produs (recuperarea uleiului). Recuperarea îmbunătățită a uleiului poate fi împărțită în două tipuri majore de tehnici: recuperare termică și non-termică.

Recuperare non-termică

Tehnicile de recuperare non-termică pot fi împărțite în următoarele:

Întreținerea presiunii. Recuperarea mai completă a petrolului se realizează prin metode tehnologice speciale. O metodă obișnuită folosită astăzi este menținerea artificială a presiunii de formare. Acest pas tradițional pentru creșterea recuperării uleiului implică injectarea de fluid într-un rezervor de ulei (sau în apropierea acestuia) în scopul întârzierii scăderii presiunii în timpul producției de ulei. Întreținerea sub presiune poate crește semnificativ cantitatea de ulei recuperabil din punct de vedere economic peste cea de așteptat fără întreținere sub presiune.

Inundație. Producția poate fi crescută după o scădere a presiunii din sistemul de acționare a apei sau menținerea presiunii printr-o tehnică numită inundații de apă, care este injectarea de apă prin puțurile de injecție pentru a împinge țițeiul spre producerea puțurilor. Apa este pompată în stratul productiv la presiunea de injecție prin găuri de foraj într-un volum egal cu (sau mai mare decât) volumul de ulei extras. Deci, energia de formare din depozit este menținută la nivelul optim. Durata de viață inițială a puțului este prelungită, ceea ce reduce considerabil cantitatea de operațiuni de forare și, prin urmare, reduce costul petrolului.

Injecție de gaz. Există două tipuri majore de injecție de gaz, injecție miscibilă de gaz și injecție nemiscibilă de gaz. În injecția de gaz miscibil, gazul este injectat la o presiune de miscibilitate minimă (MMP) sau mai mare, ceea ce face ca gazul să fie miscibil în ulei. Pe de altă parte, în injecția de gaz nemiscibil, inundațiile cu gazul se efectuează sub MMP. Această injecție de presiune scăzută a gazului este utilizată pentru a menține presiunea rezervorului pentru a preveni întreruperea producției și, prin urmare, a crește rata producției. Procesele de injectare a gazului pot fi împărțite în următoarele tehnici:

Limace amestecată cu gaz petrolier lichefiat. Deplasarea prin melc miscibil se referă de obicei la injectarea unui solvent lichid care este miscibil la primul contact cu țițeiul rezident. În special, acest proces folosește un liman de propan sau alt gaz petrolier lichefiat (2 până la 5% PV [volumul porilor]) cu gaz natural, gaz inert și/sau apă. Astfel, solventul va depune ulei și apă înaintea acestuia și va deplasa complet uleiul contactat.

Proces amestecat cu gaze îmbogățite. În procesul de îmbogățire a gazului, un reziduu de metan îmbogățit cu etan, propan sau butan (10 până la 20% PV) și cu gaz slab și/sau apă este injectat în rezervor. Când gazul injectat intră în contact cu uleiul de rezervor virgin, componentele îmbogățitoare sunt scoase din gazul injectat și absorbite în ulei.

Proces miscibil de gaz slab de înaltă presiune. Acest proces implică injectarea continuă de metan, etan, azot sau gaze arse de înaltă presiune în rezervor. Procesul de gaz slab, similar gazului îmbogățit, implică contacte multiple între uleiul din rezervor și gazul slab înainte de a forma o bancă miscibilă. Dar există o diferență în procesul de îmbogățire a gazelor în care componentele ușoare se condensează din gazul injectat și în ulei, apoi fracțiile intermediare de hidrocarburi (C2 până la C6) sunt eliminate din ulei în faza gazoasă slabă.

Procesul de dioxid de carbon. Deplasarea petrolului poate fi inițiată de o serie de mecanisme datorate injecției de CO2 în rezervoarele de petrol. Dioxidul de carbon nu este de obicei miscibil cu uleiul din rezervor la contactul inițial, cu toate acestea poate crea un front miscibil ca procesul de gaze slabe. Deci, există două tipuri majore de inundații cu CO2; inundații miscibile în care gazul este injectat la MMP sau deasupra acestuia și inundații nemiscibile în care inundațiile de gaz se efectuează sub MMP. Miscibilitatea este inițiată de extracția unor cantități mari de hidrocarburi mai grele (C5 până la C30) de CO2.

Procese chimice. Inundațiile chimice sunt o altă tehnică de creștere a mobilității petrolului pentru a spori recuperarea petrolului. Această tehnică se bazează pe adăugarea de aditivi sau substanțe chimice la fluidul care se deplasează sau la uleiul rezidual pentru a controla vâscozitatea și tensiunea interfacială. Procesele chimice includ inundații polimerice micelare, inundații caustice și inundații polimerice.

Inundații polimerice micelare. Soluțiile micelare sunt amestecuri de surfactanți, cosurfactanți, electroliți, hidrocarburi și apă. Surfactanții sunt substanțe cunoscute sub numele de agenți activi de suprafață, cum ar fi săpunul. Cosurfactanții sunt utilizați pentru stabilitate, cum ar fi alcoolii. Electrolitii sunt săruri utilizate pentru a controla vâscozitatea și tensiunea interfațială, cum ar fi clorura de sodiu sau sulfatul de amoniu. Hidrocarbura utilizată este cel puțin brută ușoară. Aceste soluții, care sunt proiectate în fiecare domeniu, sunt propuse pentru a înlocui uleiul din rezervor și apa miscibilă.

Inundații caustice. Un proces de emulsificare in situ este utilizat prin injecție caustică sau alcalină. Produsele chimice adăugate în apa de injectare sunt sodă caustică, silicat de sodiu, carbonat de sodiu sau hidroxid de sodiu. Aceste substanțe chimice sunt amestecate cu uleiul rezidual din rezervor. Uleiul brut trebuie să conțină acizi organici naturali; cele mai frecvente sunt acizii naftenici. Când apa alcalină injectată și țițeiul acid reacționează, săpunurile sunt produse la interfața cu ulei de apă. Aceste săpunuri determină deplasarea uleiului.

Inundații cu polimeri. Polimerul inundă o inundație de apă îmbunătățită prin creșterea vâscozității fluidului de deplasare, ceea ce asigură o creștere a eficienței deplasării. În plus, creșterea vâscozității fluidului de deplasare și scăderea permeabilității sale relative prin înfundare va îmbunătăți raportul de mobilitate și acest lucru va face o îmbunătățire a eficienței mării verticale și ariei.

Recuperare termică. Recuperarea termică se referă la procesele de recuperare a uleiului în care căldura joacă rolul principal. Cele mai utilizate tehnici termice sunt arderea in situ, injecția continuă a fluidelor fierbinți, cum ar fi aburul, apa sau gazele, și operațiile ciclice, cum ar fi înmuierea cu abur.

Injecție cu abur. Căldura este injectată într-un rezervor pentru a reduce vâscozitatea uleiului și, în consecință, pentru a îmbunătăți eficiența deplasării. Ca rezultat al eficienței îmbunătățite a mobilizării, țițeiul este extins și curge ușor prin mediul poros către sonda.

Procesul poate implica absorbție cu abur, uneori numită stimulare a aburului sau „puf și puf”. În acest proces, aburul este injectat într-un puț de producție la o rată de injecție ridicată, după care puțul este închis. Aburul injectat încălzește zona din jurul forajului fântânii și crește recuperarea uleiului imediat adiacent fântânii. După o scurtă perioadă de injecție, puțul este repus în producție până când rata producției de petrol scade la limite economice. Ciclul este apoi repetat de mai multe ori până când nu se observă un răspuns suplimentar la injecția cu abur.

Injecție cu azot

După cum sa discutat anterior, una dintre metodele îmbunătățite de recuperare a uleiului este injecția de gaze. În injecția de gaz miscibil, gazul este injectat la sau peste presiunea minimă de miscibilitate (MMP), ceea ce face ca gazul să fie miscibil în ulei. Când inundațiile de gaz se efectuează sub MMP, este cunoscut sub numele de injecție nemiscibilă de gaz. Condițiile primare care afectează miscibilitatea sunt: ​​compoziția, caracteristicile fluidului, presiunea și temperatura.

Un gaz utilizat pentru aceste tehnici de injectare a gazului este azotul. Azotul a fost folosit cu mult timp ca fluid de injecție pentru EOR și utilizat pe scară largă în operațiunile de câmp petrolier pentru ciclarea gazelor, menținerea presiunii în rezervor și ridicarea gazului. Costurile și limitările privind disponibilitatea gazelor naturale și CO2 au făcut din azot o alternativă economică pentru recuperarea petrolului prin deplasarea miscibilă a gazului. Azotul este de obicei mai ieftin decât CO2 sau un gaz derivat din hidrocarburi pentru deplasare în aplicații EOR și are avantajul suplimentar de a fi necoroziv.

Există puține corelații cunoscute pentru a determina MMP de azot, deoarece datele disponibile din literatura de specialitate privind MMP de azot cu uleiuri brute și ulei sintetic sunt rare. Azotul MMP al diferitelor uleiuri este o funcție a temperaturii, a compoziției lichidului din rezervor și a presiunii asupra miscibilității.

Determinarea MMP de azot cu un anumit ulei este necesară pentru a asigura funcționarea cu succes a inundației miscibile. Prin urmare, trebuie făcute cercetări pentru a exemplifica procesul de determinare a MMP pentru azot. Aici vom discuta pe scurt procesul de injectare a azotului și determinarea azotului MMP. Se speră în viitor să se dezvolte o corelație mai precisă și mai fiabilă pentru estimarea azotului MMP care poate fi utilizat ca instrument de screening pentru a decide dacă este posibilă inundația miscibilă cu azot.

Istoria azotului

La peste o sută de ani după descoperirea azotului, o metodă de lichefiere a azotului a fost concepută în 1883 de Wroblewski și Olszewski. Astăzi, producția comercială de azot lichid se obține din distilarea fracționată a aerului lichid. Aerul este lichefiat prin compresie și refrigerare progresivă la o presiune de 665 psi. iar azotul lichid fierbe la -320,45 ° F. Doar destul de recent au fost dezvoltate materiale și echipamente pentru a manipula lichide foarte reci precum azotul la nivel comercial. Domeniul științei care se ocupă cu tehnologia de manipulare a lichidelor cu temperaturi mai mici de -187 ° F se numește criogenică. Toate lichidele și echipamentele pentru manipularea acestor lichide reci sunt considerate lichide criogene și echipamente criogenice. Oțelurile speciale și aluminiul sunt cele mai utilizate materiale de construcție criogenice; cu toate acestea, aliajele de cupru și bronz sunt utilizate și pentru aplicații specifice (Dowell (1982), Barber (2005)).

Utilizarea azotului

Industria chimică este cel mai mare utilizator de azot industrial. O mare parte din utilizarea sa de azot este destinată fabricării amoniacului pentru îngrășăminte. Utilizatorii mai mici de azot sunt industria electronică, aeronavă, de rafinare, utilitate publică, rachete și industria alimentară. Evoluțiile recente cu azot lichid pentru conservarea alimentelor arată un potențial puternic de creștere pentru utilizarea azotului în această industrie. Interesul pentru azot pentru activitatea de stimulare a puțurilor de petrol și gaze se concentrează pe sursa compactă de gaz cu energie ridicată disponibilă la un cost rezonabil. Fără echipamente scumpe pentru compresoare, gazul la o presiune de 15.000 psi este disponibil pentru utilizarea în stimulare a sondelor prin azot lichid și dispozitivele sale de manipulare criogenică (Dowell (1982), Barber (2005)).

Azotul, atunci când este injectat la presiune ridicată, poate forma un melc miscibil care ajută la eliberarea uleiului din roca rezervorului (Sarma, 1999) (Vezi Figura 1.2 și 1.3).

uleiului
Figura 1. Metode EOR (După Sarma, 1999) Figura 1.1. Procesul de deplasare miscibilă (După Green și Willhite, 1998). Figura 1.2. Procesul de deplasare miscibilă a gazului slab (azot) (După Klins, 1984). Figura 1.3. Procesul de injectare a azotului cu deplasare miscibilă.

Aprovizionarea cu azot lichid în câmp

Amplasarea instalațiilor pentru fabricarea azotului lichid este limitată doar de disponibilitatea energiei electrice; întrucât materia primă este aerul. O instalație de azot lichid va produce, de asemenea, oxigen lichid și alte gaze rare găsite în aer. Vagoanele feroviare sunt disponibile pentru transportul azotului lichid de la uzină la utilizatorul final sau furnizori mai mari. Această distribuție extinsă are un efect stabilizator asupra prețului pieței. Vagoanele feroviare și transporturile de camioane utilizate pentru transportul azotului lichid sunt tancuri criogenice cu manta sub vid. Un rezervor interior din oțel inoxidabil reține azotul lichid. Carcasa exterioară din oțel moale oferă un spațiu evacuat în scopuri izolatoare. Rezervoarele sunt prevăzute cu supape de eliberare pentru a elibera azot gazos pe măsură ce presiunea se acumulează în rezervor datorită expansiunii gazului prin căldură. Vagoanele feroviare vor deține 1.200.000 SCF de azot lichid. Rezervoarele pentru camioane comerciale transportă 7.000 gal de azot lichid (sau 651.840 SCF) (Dowell, 1982).

Masa. 01
Simbol chimic N2
Greutate moleculară 28.016 e cel mai frecvent
Triple Point -345,9 ° F la 1,82 psig
Punct normal de fierbere -320,45 ° F
Căldura latentă de evaporare 85,67 BTU/lb
Temperatura critica -232,87 ° F
Presiunea critică 492,3 psig
Căldură specifică (Cp) 77 ° F 0,447 1 BTU/(lb) (° F)
Căldură specifică (Cv) 70 ° F 0.3197 BTU/(lb) (° F)
Raportul căldurii specifice 1.401 e cel mai frecvent
60 ° F 0,01462 BTU/sq ft hr (° F/ft)
Densitatea vaporilor saturați la 14,7 psia 0.03635 Ib/cu feat
Greutatea specifică a vaporilor saturați la 14,7 psia (aer = 1,0) 0,967
Densitatea azotului lichid la punctul de fierbere normal 50,443 Ib/cu ft
1 Ib Azot lichid 0.1483 gal
1 Ib Azot lichid 13,81 SCF
1 gal de azot lichid 6,743 Ib
1 gal de azot lichid 93.12 SCF
100 SCF Azot 7,247 Ib la -320,4 ° F
100 SCF Azot 1,075 gal la -320,4 ° F

Despre autori)

Bandar Duraya Al-Anazi este student la Universitatea King Saud din cadrul Departamentului de Inginerie Petrol și Gaze Naturale. A intrat în KSU în 2003. Este membru al Societății inginerilor petrolieri (SPE), Asociației Americane a Geologilor Petrolieri (AAPG), Societății Geofizicienilor de Explorare (SEG), Societății Dhahran Geosciences (DGS), Fellowship Candidate the Geological Society of Londra, Society of Petrophysicists and Well Log Analysts (SPWLA), European Association of Geoscientists & Engineers (EAGE), Canadian Society of Exploration Geophysicists (CSEG), The Edinburgh Geological Society (EGS), The Petroleum Exploration Society of Australia (PESA), Canadian Well Logging Society (CWLS), Aberdeen Formation Evaluation Society (AFES) și a fost secretar al capitolului SPE-KSU din 2004-2006 și este ales președinte pentru capitolul din 2006-2007.

Referințe

Klins, M. A.: „Inundații cu dioxid de carbon”, International Human Resources Development Corporation, Boston, 1984.

Sarma, H. K.: „Procese de gaze: principii și aplicare pe teren”, Japan National Oil Corporation, Chiba-Shi, Japonia, 1999.

Schumacher, M.M.: „Recuperare îmbunătățită a petrolului, metode secundare și terțiare”, Noyes Data Corporation, New Jersey, SUA, 1978.

Sebastian, H.M. și Lawrence, D.D.: „Presiunea minimă de miscibilitate a azotului”, lucrarea SPE 24134 a fost pregătită pentru prezentare la simpozionul SPE/DOE Eight on Enhanced Oil Recovery, desfășurat în Tulsa, Oklahoma, 22-24 aprilie 1992.

Stalkup, Fred I. Jr.: „Deplasare miscibilă”, Second Printing, Society of Petroleum Engineers of AIME, Dallas, New York, 1984.

Barber Steven.J: „Răcirea forțată controlată cu azot a echipamentelor de producție a centralei electrice”, prezentat la cel de-al 25-lea atelier anual de chimie a energiei electrice de la Universitatea din Illinois, mai 2005.

Dowell: Manual de servicii pentru azot, septembrie 1982.

Firoozabadi, A. și Aziz, K.: „Analiza și corelarea presiunilor de amestec de azot și gaz slab”, SPERE (noiembrie 1986) p. 575-582.

Glaso, O. S.: „Deplasare miscibilă; Teste de recuperare cu azot ", hârtie SPE 17378, SPERE, pp. 61-68, februarie 1990.

Green, Don W., Willhite G. Paul: „Recuperare îmbunătățită a petrolului”, Societatea Inginerilor din Petrol, Richardson, Texas, 1998.

Hanssen, J. E.: „Azotul ca înlocuitor low-cost al gazelor naturale, reinfecția în larg”, lucrare SPE 17709 prezentată la SPE Gas Technology Symposium, Dallas, iunie 1988.

Hudgins, D. A., Llave, F. M. și Chung, F. T. H.: „Deplasarea amestecată cu azot a țițeiului ușor: un studiu de laborator”, lucrare SPE 17322 prezentată la Simpozionul de recuperare a petrolului îmbunătățit SPE/DOE, Tulsa, aprilie 1988.

Anexe

Alatura-te conversatiei

Doriți să începeți sau să contribuiți la o conversație despre un articol sau o problemă din RECORDER? Alăturați-vă grupului nostru CSEG LinkedIn.