Introducere

Exploatarea rationala a zacamintelor de hidrocarburi presupune extragerea, pe cat posibil, a materialului util din zacamant, in ritmul care asigura indeplinirea planului de productie, activitati ce trebuie realizate cu cheltuieli minime.

Valorificarea superioara a rezervelor de hidrocarburi fluide inseamna extragerea unui procent ridicat din materialul util aflat in zacamant, utilizand in principal energia proprie a sistemului. Acest fapt impune determinarea structurala a materiei din zacamant si explicarea miscarii acesteia. Prin materia din zacamant trebuie sa se inteleaga sistemul structural se hidrocarburi fluide, apele de zacamant si mediul solid poros - fisurat - permeabil, care pe parcursul exploatarii circula aceste fluide. Aceasta materie, in miscare, de-a lungul timpului geologic ajunge la un anumit nivel energetic, energia de zacamant manifestandu-se sub diferite forme. Pornindu-se de la formele de energie de zacamant, de la capacitatile energetice ale sistemelor, s-au creat diverse modele.

Extragerea de material util conduce, in timp, la variatia presiunii, temperaturii si volumului sistemului de zacamant si conform legii conservarii energiei, la variatia alcatuirii structurale a materiei acestuia.

Modele energetice create incearca sa tina seama de starea reala a sistemelor in miscare, de variatiile in timp ale acestora, abordand problema prin prisma legii conservarii energiei, aceasta constituind una dintre cele mai laborioase si fascinante problematici teoretice si practice.

Date initiale:

Fie un zacamant de titei ce urmeaza a fi exploatat prin proces de injectie de apa. Zacamantul are urmatoarele caracteristici:

aria suprafetei productive, A_sp=575000 [m²]

grosimea efectiva, G_ef=26 [m]

porozitatea efectiva medie, m=20 [%]

adancimea medie a stratului, H_med=1950 [m]

presiunea medie de zacamant, P_med=85 [bar]

temperatura medie de zacamant, T_med=63 [⁰C]

Apa disponibila pentru injectie are urmatoarele caracteristici:

continutul total in solide =1,86 [Kg/m³]

masa specifica a solidelor =2,2 [Kg/m³]

continutul de suspensii solide =0,558 [Kg/m³]

Prelucrarea datelor initiale:

Q_specific=(0,65 . 1,3) [m³/zi (ha^.m)]

Proiectarea sistemului deschis de

tratare a apei

Pentru tratarea apei se propune proiectarea unui sistem deschis alcatuit din:

o       separator de titei si particule solide (fig. 1);

o       vas de reactie (fig. 2);

o       limpezitor (fig. 3);

o       filtre.

Proiectarea separatorului de titei si particule solide grosiere:

Separatorul de titei si particule grosiere este prezentat schematic in figura 1:

Fig. 1

Elementele separatorului se pot calcula astfel incat sa asigure gradul de curatire dorit.

Lungimea separatorului

unde:

-= factor ce ia in consideratie conditiile de depunere a particulelor, influenta distributiei neuniforme a apei in separator, = (1,251,5),

- v = viteza de deplasare a apei in separator, v = (25) [mm/s],

- h = adancimea partii active a separatorului, h = (25) [m],

- u = viteza de sedimentare a particulelor solide in apa, u = (0,50,75) [mm/s],

se alege:

= 1,3;

v = 3 [mm/s];

h = 3 [m];

u = 0,6 [mm/s].

;

Latimea separatorului:

unde:

Q = debitul de lucru, Q = 1749,14 [m³/zi];

V_l = volumul de lucru al separatorului, V_l = V_a + V_s

Volumul de lucru al separatorului:

V_l=V_a+V_s [m³]

unde:

V_a = volumul de apa care patrunde in separator,

V_a = Q^.t = 1749,14 ^. 2 = 3498,28 [m³];

t = timpul cat se lasa sa se depuna particulele solide inainte de a curata separatorul. Pentru siguranta se alege: t = 2 zile.

- V_s = volumul de sedimente depus

i = continutul de impuritati determinate prin analiza apei, i = 1,86 [Kg/m³]

q_s = masa specifica a solidelor, q_s = 2200 [Kg/m³]

V_l = V_a+V_s = 3498,28+2,06 = 3500,34 [m³];

Proiectarea vasului de reactie

Fig. 2

Raza sectiunii de intrare:

unde:

Q_l = debitul de lucru, Q_l = 1749,14 [m³/zi];

v_i = viteza de intrare a apei in vasul de reactie, v_i = 0,30,5 [m/sec],

se alege v_i = 0,4 [m/sec];

Raza sectiuni in partea superioara a vasului:

unde:

Q_l = debitul de lucru, Q_l = 1749,14 [m³/zi]

v_s = viteza de curgere a apei in partea superioara a vasului, v_s = 0,751,2 [mm/sec]

se alege v_s = 0,9 [mm/sec]

Inaltimea vasului:

Volumul camerei de reactie (volumul conului) va fi:

unde:

- ;

r_s = raza sectiunii in partea superioara a vasului, r_s = 2,67 [m]

V_c = volumul de lucru, se ia egal cu Q,

= unghiul de conicitate al vasului, = 20^o 45^o,

Raza conductei de evacuare:

unde:

Q_l = debitul de lucru, Q_l = 1749,14 [m³/zi];

v_e = viteza de evacuare a apei, pentru evitarea unor defectiuni viteza de deplasare a apei prin conducta trebuie sa fie mai mica de 0,4 [m/sec], se alege v_e = 0,3 [m/sec];

Proiectarea limpezitorului

In limpezitor (fig. 3) se continua procesul de formare a floculelor, rolul sau este acela de a separa (sedimenta) aceste flocule.

Fig. 3

Viteza de ascensiune a apei

unde:

h_s = inaltimea stratului de sediment, h_s = (0,51), se alege h_s = 0,8 [m]

k₁ = factor ce depinde de calitatea apei, k₁ = (0,50,6), se alege k₁ = 0,6

k₂ = factor ce depinde de metoda de tratare a apei, k₂ = 0,7 pentru un continut de solide in suspensie de 1000 [mg/l];

Suprafata limpezitorului

unde:

Q = debitul de lucru, Q = 1749,14 [m³/zi]

v_as = viteza de ascensiune a apei in limpezitor, v_as = 0,29 [mm/sec]

Numarul de orificii la intrarea apei

unde:

F = suprafata limpezitorului, F = 70 [m²]

s = distanta dintre orificii,

h_s = inaltimea stratului de sediment, h_s = 0,8 [m]

= unghiul de conicitate sub care intra apa intre orificii, = 12⁰

d₀^' = diametrul orientativ al orificiilor, d₀^' = 0,01^.h_s = 0,008 [m]

Suprafata totala a orificiilor

unde:

Q = debitul de lucru, Q = 1749,14 [m³/zi]

v_o = viteza apei in orificii,

v_as = viteza de ascensiune a apei in limpezitor, v_as = 0,29 [mm/sec]

d₀^' = diametrul orientativ al orificiilor, d₀^' = 0,01^.h_s = 0,008 [m]

m = factor ce tine cont de conditiile de tratare, m = 0,388

Diametrul real al orificiilor

unde:

A₀ = suprafata totala a orificiilor, [m²]

n₀ = numarul de orificii.

Diametrul total al limpezitorului

Inaltimea stratului de apa din limpezitor

Inaltimea totala a limpezitorului

h_l = h_s + h_a = 0,8 + 1,04 = 1,84 [m]

Volumul rezervorului interior

unde:

G = cantitatea de solide din vas,

unde:

M = cantitatea de solide in suspensie aflata initial in apa, M = 0,558 [Kg/m³]

a = coeficient care depinde de concentratia solutiei chimice pentru o substanta anhidra; se ia in functie de calitatea apei, a = 4060 [g/m³], se alege a = 45 [g/m³]

k₃ = factor ce depinde de continutul de impuritati din coagulant, k₃ = 0,0070,009,

k₄ = factor ce depinde de conditile in care are loc reactia, k₄ = 0,40,5

Q = debitul de lucru, Q = 1749,14 [m³/zi]

t = timpul de sedimentare, t = 48 ore

c = concentratia medie a sedimentelor, c = 46 %

q = greutatea specifica a sedimentelor fine, q < 1,7^.10³ [Kg/m³]

se alege:

a = 45 [g/m³]

k₃ = 0,008

k₄ = 0,46

t = 5 ore

c = 5 %

q = 1,5^.10³ [Kg/m³]

Diametrul rezervorului de slam

unde:

W = volumul rezervorului pentru slam, [m³]

h_s = inaltimea stratului de sediment, h_s = 0,8 [m]

Proiectarea filtrelor

Debitul necesar de filtrare

unde:

q_f = debitul care trece prin filtru, [m³/ora]

= factor ce tine cont de apa consumata pentru spalarea filtrelor, =1,051,08

v_f = viteza de filtare, v_f = 38 [m/ora]

d_f = diametrul filtrului, d_f = 1,54 [m]

se alege:

= 1,06

v_f = 4 [m/ora]

d_f = 2,5 [m]

Consumul de apa pentru spalarea filtrului

unde:

A_f = debitul necesar de filtrare,

I_spl = intensitatea spalarii, I_spl = 1015 [l/sec^.m²], se alege I_spl = 12 [l/sec^.m²]

Inaltimea filtrului

h_f = h_s + h_a [m]

unde:

h_s = grosimea stratului de nisip, se ia h_s = 1 [m]

h_a = inaltimea coloanei de apa din filtru,

h_f = 1 + 1,04 = 2,04 [m]

Numarul de filtre

Nota: Se ia un filtru de rezerva pentru perioada de spalare a acestora sau situatii neprevazute.

PROIECTAREA RETELEI DE DISTRIBUTIE A APEI

Distributia apei de la statia de injectie la sondele de injectie se va face dupa urmatoarea schema:

Date necesare:

debite si presiuni la sonde,

cote la statia de injectie la sonde si la punctul de legatura (noduri);

lungimile tronsoanelor de conducta.

Tronson D-5

Calculul diametrului orientativ pe tronsonul D-5

unde:

q_inj = receptivitatea unei sonde de injectie,

v_l = viteza lichidului prin conducta, v_l = 1 [m/sec]

Conform STAS: d_c = 73,7 [mm], d_ext = 88,9 [mm], e = 7,6 [mm];

Calculul vitezei reale de curgere

Calculul caderilor de presiune

unde:

- L_a = lungimea tronsonului, [m]

- d_c = diametrul conductei, din STAS

- q_a = masa specifica a apei, q_a = 10151030 [Kg/m³], se alege q_a = 1020 [Kg/m³]

- v_r = viteza reala de curgere prin conducta, [m/sec]

- g = acceleratia gravitationala,

- z_m, z_n = cotele punctelor de la extremitatile tronsoanelor,

- = coeficient al rezistentelor hidraulice, se calculeaza in functie de nr. Reynolds,

; =vascozitatea cinematica, =1,011^.10^-6 [m³/sec];

daca

daca

Tronson D-4

Calculul diametrului orientativ pe tronsonul D-4

Conform STAS: d_c = 73,7 [mm], d_ext = 88,9 [mm], e = 7,6 [mm];

Calculul vitezei reale de curgere

Calculul caderilor de presiune

Tronson C-D

Calculul diametrului orientativ pe tronsonul C-D

Conform STAS: d_c = 101,5 [mm], d_ext = 114,3 [mm], e = 6,4 [mm];

Calculul vitezei reale de curgere

Calculul caderilor de presiune

Tronson C-3

Calculul diametrului orientativ pe tronsonul C-3

Conform STAS: d_c = 73,7 [mm], d_ext = 88,9 [mm], e = 7,6 [mm];

Calculul vitezei reale de curgere

Calculul caderilor de presiune

Tronson B-C

Calculul diametrului orientativ pe tronsonul B-C

Conform STAS: d_c = 123,9 [mm], d_ext = 114,3 [mm], e = 8,7 [mm];

Calculul vitezei reale de curgere

Calculul caderilor de presiune

Tronson B-2

Calculul diametrului orientativ pe tronsonul B-2

Conform STAS: d_c = 73,7 [mm], d_ext = 88,9 [mm], e = 7,6 [mm];

Calculul vitezei reale de curgere

Calculul caderilor de presiune

Tronson A-B

Calculul diametrului orientativ pe tronsonul A-B

Conform STAS: d_c = 142,9 [mm], d_ext = 168,3 [mm], e = 12,7 [mm];

Calculul vitezei reale de curgere

Calculul caderilor de presiune

Tronson A-1

Calculul diametrului orientativ pe tronsonul A-1

Conform STAS: d_c = 73,7 [mm], d_ext = 88,9 [mm], e = 7,6 [mm];

Calculul vitezei reale de curgere

Calculul caderilor de presiune

Tronson S_inj-A

Calculul diametrului orientativ pe tronsonul S_inj-A

Conform STAS: d_c = 155,5[mm], d_ext = 168,3[mm], e = 6,4[mm];

Calculul vitezei reale de curgere

Calculul caderilor de presiune

Se calculeaza caderea de presiune totala :

Puterea pompei

unde:

- P_SI = presiunea la statia de injectie,

- Q_inj = debitul de injectie, Q_inj = 1457,62 [m³/zi];

- = randamentul pompei, = 0,7;

Alegem pompa cu parametrii cei mai apropiati.

Energia consumata

unde:

- N = puterea pompei, [Kw];

- t_inj = timpul total de injectie,

Bibliografie

Cretu, I. - Hidraulica generala si subterana, Ed Didactica si Pedagogica, Bucuresti 1983

Nistor, I. - Proiectarea exploatarii zacamintelor de hidrocarburi fluide, Ed. U.P.G. Ploiesti

Parcalabescu, I. D. - Proiectarea exploatarii zacamintelor de hidrocarburi, Ed. Tehnica

Popa, C., Soare, A., Parcalabescu, I. D - Ingineria zacamintelor de hidrocarburi (vol 1+2).