Ağır petrol üretimi - Heavy oil production

Ağır petrol üretimi , endüstriyel miktarlarda ağır petrolün çıkarılması için gelişen bir teknolojidir. Tahmini ağır petrol rezervleri, geleneksel petrol ve gazın üç katı olan 6 trilyon varilin üzerindedir .

Rezervlerin üretime sokulmasının zorluğunu etkileyen faktörler arasında geçirgenlik , gözeneklilik , derinlik ve basınç yer alır. Yoğunluğu ve viskozitesi yağ belirleyici faktördür. Yoğunluk ve viskozite, ekstraksiyon yöntemini belirler.

Yağ viskozitesi sıcaklığa göre değişir ve ekstraksiyon kolaylığını belirler; ek teknikler kullanılmadan yağın hareket ettirilebilmesi için sıcaklık kontrol edilebilir. Yoğunluk, damıtma sonrası verimi temsil ettiği için rafineriler için daha önemlidir. Ancak, hiçbir ilişki ikisini birbirine bağlamaz.

Petrol rezervuarları değişen derinliklerde ve sıcaklıklarda mevcuttur. Viskozite sıcaklıkla önemli ölçüde değişse de, petrol sahası sınıflandırmasında yoğunluk standarttır. Ham petrol yoğunluğu, yaygın olarak , özgül ağırlıkla ilişkilendirilen Amerikan Petrol Enstitüsü (API) yerçekimi dereceleriyle ifade edilir . API yerçekimi ne kadar düşük olursa , yağ o kadar yoğun olur. Sıvı Ham petrolün API gravitesi için 4º arasında değişmektedir katran zengin bitüm 70º bir API gravitesi olan kondensatlar için. Ağır yağlar, ultra ağır yağlar ve hafif yağlar arasında sınıflandırılır. 10º ile 20º arasında değişen API ağırlıklarına sahiptirler.

Petrol kaynak kayalarından üretilen ham petrolün API gravitesi 30º ile 40º arasındadır. Ham petrol, önemli ölçüde bozunmadan sonra, tuzağa düşürüldükten sonra ve gazdan arındırma sırasında ağırlaşır. Petrol rezervuarları , yeraltı suyu yoluyla bakteriler tarafından kirlendiğinde, kimyasal ve biyolojik işlemler yoluyla bozunma meydana gelir . Bakteriler daha sonra bazı ham petrol bileşenlerini ağır bileşenlere ayırarak daha viskoz hale getirir. Su , daha çözünür olduklarından, düşük molekül ağırlıklı hidrokarbonları çözelti halinde taşır . Ham petrol kalitesiz bir conta ile kapatıldığında, daha hafif moleküller ayrılarak kaçar ve devoltilizasyon yoluyla daha ağır bileşenleri geride bırakır.

Ağır petroller, sığ olmaları ve daha az verimli contalara sahip olmaları nedeniyle, ağır petrol oluşumu için koşulları sağladığından, jeolojik olarak genç formasyonlarda yaygın olarak bulunur.

terminoloji

Enjeksiyon deseni

Enjeksiyon modeli, üretim ve enjektör kuyularının bir rezervuar akışının konumuna, boyutuna ve yönüne göre düzenlenmesini ifade eder. Enjeksiyon desenleri, enjeksiyon kuyusunun maksimum temas hacminin elde edilebileceği alanlara taşınmasıyla kuyunun kullanım ömrü boyunca değişebilir.

coğrafi heterojenlik

Jeolojik heterojenlik, bir rezervuar kayadaki gözeneklilik ve geçirgenliğin mekansal dağılımıdır.

geçirgenlik

Geçirgenlik, kayayı oluşturan tortu tanelerinin boyutuna ve bunların paketlenme şekline bağlıdır. Geçirgenlik, gözeneklerin sayısıdır ve bunların bir kayadaki birbirine bağlılığı ve bir kayada farklı geçirgenliğe sahip farklı katmanların varlığı, jeolojik heterojenliğin bir tezahürüdür. Buhar enjeksiyonu gerçekleştiğinde, su, daha geçirgen katmanlardan akar ve yağ açısından zengin daha az geçirgen katmanları atlar. Bu, su ile temas halindeki yağ hacmi ile düşük süpürme verimliliğine ve erken su üretimine neden olur.

Süpürme verimliliği

Süpürme verimliliği, enjekte edilen sıvının temas ettiği rezervuarın toplam hacmine bağlı olan bir EOR yönteminin etkinliğinin ölçüsüdür. Süpürme verimliliği birden çok faktörden etkilenir: hareketlilik oranı, yönlü geçirgenlik, enjekte edilen kümülatif su, taşkın düzeni, jeolojik heterojenlik ve enjektörler ile üreticiler arasındaki basınç dağılımı.

yer değiştirme verimliliği

Yer değiştirme verimliliği, bir buhar enjeksiyonu veya başka herhangi bir yer değiştirme yöntemi ile süpürülen bir bölgeden geri kazanılan petrol fraksiyonudur. Rezervuara enjekte edilen bir sıvı veya yer değiştirme elemanı tarafından yer değiştirme yoluyla geri kazanılan petrolün yüzde hacmidir. Rezervuarın yer değiştirme başlamadan önceki hacmi ile yer değiştirme sona erdikten sonraki hacmi arasındaki farktır.

Genlik karşı ofset

Amplitude Versus Offset (AVO), rezervuarların ve onu çevreleyen kaya türlerinin varlığını tahmin etmek için sismik tersine çevirmede kullanılan bir tekniktir . Literatür incelemeleri ve çalışmaları, petrol arama ve kaya fiziği çalışmalarında AVO ve sismik inversiyon analizini içermektedir.

Buhar enjeksiyonu yapılan petrol rezervuarlarına yansıtılan sismik dalgalar, yüksek dalga zayıflama değerlerinin varlığını gösteren veriler verir. Bu zayıflama genellikle hız dağılımına dayanır. Çalışmalar, elastik bir örtü ile eşdeğer bir ortam arasındaki sismik dalga yansımasının frekansla değişen yansıma katsayılarına sahip olduğunu göstermektedir. Bu varyasyon, AVO'nun arayüzdeki davranışına bağlıdır. İdeal model için sentetik sismografların hesaplanması, hızları ve zayıflamaları frekansa bağlı olan malzemeler için yansıtma tekniği kullanılarak gerçekleştirilir. Bu genellikle, hız ve zayıflama değişikliklerinin etkileri yığınlanmış veriler üzerinde saptanabilir olduğundan kullanılır.

Geliştirilmiş spektral ayrıştırma teknikleri, frekansa bağlı parametreleri daha net bir şekilde göstermiştir. Örneğin doymuş kayaçlar, hidrokarbona doymuş kayaçlarla ilgili olarak sismik düşük frekanslı etkilere sahiptir. Ayrıca, hidrokarbona doymuş bölgeler, doğrudan kalite faktörü (Q) ölçümlerinden son derece yüksek zayıflama değerlerine sahiptir. Sapmaya karşı standart genliğin AVO olduğu, kaymalı frekansların sistemik varyasyonları, tamamen yansıtıcı modelin kullanılmasıyla sonuçlanan zayıflamayı dikkate almaz. Birincil amaç, aşırı yük üzerindeki zayıflamanın etkisini düzeltirken yakın ve uzak yığınların frekans içeriğini dengelemektir.

AVO, petrol zengini tortullarda AVO yükselmesinin belirgin olduğu petrol rezervuarlarında görülen anormallik nedeniyle petrol rezervuarlarının varlığını tespit etmek için kullanılır. Süpürme verimliliğini artırmak için kaya oluşumlarını ve geçirgenlik özelliklerini tanımlamada o kadar yararlı değildir. Ayrıca, tüm petrol rezervuarları, hidrokarbon petrol rezervuarlarıyla bağlantılı aynı anormallikleri göstermez, çünkü bunlar bazen gaz sütunlarından kalan artık hidrokarbonlardan kaynaklanır.

sismik analiz

Sismik araştırmalar, yerkabuğunun haritasını çıkarmak için kullanılan standart yöntemdir . Bu araştırmalardan elde edilen veriler, kayaların türleri ve özellikleri hakkında ayrıntılı bilgi vermek için kullanılır. Yüzeyin altındaki kaya oluşumlarından yansıyan ses dalgaları, yansıyan dalgaların analiz edilmesini sağlar. Gelen ve yansıyan dalgalar arasındaki süre ve alınan dalganın özellikleri, kaya türleri ve olası petrol ve gaz yatakları rezervleri hakkında bilgi sağlar.

Bir rezervuarın jeolojik heterojenliği biliniyorsa, enjeksiyon desenleri, enjeksiyonları petrol içeren kayanın daha az geçirgen katmanlarına yönlendirmek için tasarlanabilir. Buradaki zorluk, rezervuarın geçirgenlik dağılımının belirlenmesinin zor olmasıdır, çünkü heterojenlik bir alandan diğerine değişir. Bu nedenle, petrol geri kazanımını (süpürme verimliliği) en üst düzeye çıkarmak için, sismik araştırmalar yoluyla geçirgenlik katmanlarının yönünü izlemek ve haritalamak gereklidir . Sismik dalgalar, kaya oluşumları boyunca gönderilir ve sismik dalgalardaki zaman aşımı ve bozulmalar, enjeksiyon modellerinin verimli kurulumunu geliştirmek için geçirgenlik yönelimini haritalamak için analiz edilir.

Petrol üretim teknikleri

Petrol geri kazanımı, üç ekstraksiyon aşamasını içerir: birincil, ikincil ve üçüncül. Hareketlilik, etkin geçirgenlik ve faz viskozitesinin bir oranı olduğundan, bir kuyunun üretkenliği, rezervuar kayasının katman kalınlığının ve hareketliliğin ürünü ile doğru orantılıdır.

Birincil kurtarma

Birincil geri kazanım, rezervuardaki gazların basınç oluşumunu, yerçekimi drenajını veya ikisinin bir kombinasyonunu kullanır. Bu yöntemler soğuk üretimi oluşturur ve yaygın olarak "doğal kaldırma" olarak adlandırılır. Geleneksel petrol için soğuk üretim yüzde 30'dan fazla bir geri kazanım faktörüne sahiptir, ağır petrol için ise yüzde 5 ila 10'a yükselir.

Soğuk üretim yönteminin bir varyasyonu, Kumla Soğuk Ağır Petrol Üretimi (CHOPS) olarak adlandırılır. PİRZOLA yağı doğru, çevre kayalardan çekip alır bir solucan deliği veya geçersiz oluşturur sondaj kuyusunun . Bu yöntemler , rezervuar ortam sıcaklığında kullanıldığından soğuk üretim olarak adlandırılır . Doğal kaldırma basıncı yeterli yeraltı basıncı oluşturmadığında veya basınç düştüğünde ve artık petrolü kuyu deliğinden taşımak için yeterli olmadığında, birincil üretim, ikincil geri kazanım ile takip edilecek olan ekstraksiyon sınırına ulaşmıştır.

ikincil kurtarma

İkincil geri kazanım yöntemleri de soğuk üretimi kullanır, ancak yine de rezervuar sıcaklığında gerekli iç basıncı oluşturmak için harici basınç kaynakları kullanır. İkincil kurtarma yöntemleri, yapay basınç oluşturmak için elementlerin enjeksiyonu yoluyla yapay basınç oluşturulmasını içerir. Su, doğal gaz veya karbondioksit birincil enjekte edilen maddelerdir. Basınç, petrolü üretim kuyusuna zorlar. Zamanla yapay basınç, kalan (ağır) petrol akamayacak kadar viskoz olduğundan ve rezervuarlarda kumtaşı tarafından tutulduğundan etkinliğini kaybeder . İki soğuk üretim geri kazanım yöntemi, petrol özelliklerine ve kaya türlerine bağlı olarak yüzde 10 ila 20 arasında bir kombinasyon geri kazanım faktörüne sahiptir.

üçüncül kurtarma

Üçüncül geri kazanım, yaygın olarak Gelişmiş Yağ Geri Kazanımı (EOR) olarak bilinir . Rezervdeki yağın büyük bir kısmını birincil ve ikincil aşamalardan çıkardıktan sonra yağ üretme yöntemidir. Spesifik olarak, gelişmiş petrol geri kazanımı, gözenekli kayalarda sıkışan petrolü ve akamayacak kadar viskoz olan ağır petrolü kurtarmak için kullanılır. Üçüncül geri kazanım için üç yöntem şunlardır: kimyasal olarak geliştirilmiş geri kazanım, termal olarak geliştirilmiş geri kazanım ve karıştırılabilir geliştirilmiş geri kazanım.

Hem termal hem de termal olmayan yöntemleri içerir. Termal olmayan yöntemler, basınç altında sıkışan ağır petrol ve karbondioksiti gevşetmek için kimyasalların ve mikropların kullanımını içerir. Bununla birlikte, termal yöntemler - özellikle buhar enjeksiyonu - viskoziteyi düşürmenin ve ağır petrolü harekete geçirmenin en etkili yoludur.

Buhar enjeksiyonu

Üç ana buhar enjeksiyonu türü arasında, örneğin buhar basması, ısındığı enjektör kuyusuna basınçlı buhar enjekte eder ve daha hareketli yağı dışarı çıkmaya zorlar. EOR teknikleri, gerekli enerji ve malzemeler nedeniyle pahalıdır. Bu nedenle, bir rezervuardan geri kazanılacak ağır petrol miktarı ekonomiye bağlıdır. Bu nedenle ERO, rezervuar, kaya oluşumları, geçirgenlik, gözenek geometrisi ve viskozite analizi ile başlar. Bir rezervuarın heterojenliği de dahil olmak üzere, bu faktörler herhangi bir geri kazanım yönteminin başarısını etkiler.

Genel verimlilik, süpürme verimliliği ve yer değiştirme verimliliğinin ürünüdür.

Döngüsel buhar uyarımı

Döngüsel Buhar Stimülasyonu (CSS), buharı bir süre boyunca tek bir kuyudan enjekte ederek, onu ısınmaya ve viskoziteyi düşürmeye bırakır, ardından aynı kuyudan değişen enjeksiyon ve ekstraksiyon döngülerinde yağı çıkarır.

Buhar destekli yerçekimi drenajı

Buhar Destekli Yerçekimi Drenajı (SAGD), istiflenmiş yatay kuyuların kullanımını içerir. Üst yatay kuyu, çevreleyen ağır petrolü ısıtan ve ardından alttaki yatay üretim kuyusuna akan buharı enjekte etmek için kullanılır.

Buhar enjeksiyonu iki temel yöntemden oluşur: döngüsel buhar enjeksiyonu ve buharla doldurma.

Döngüsel buhar enjeksiyonu

Döngüsel buhar sirkülasyonu (CSC) sırasında, ortaya çıkan yüksek basıncın rezervuarı kırdığı ve yağı ısıtarak viskozitesini azalttığı yağ rezervuarına buhar enjekte edilir. Yağ üç aşamada çıkarılır: enjeksiyon, ıslatma ve üretim. Yüksek sıcaklıkta, yüksek basınçlı buhar, ısının yağ tarafından emilebilmesi için günlerden haftalara kadar haznede bırakılır. Ardından üretim başlar. Başlangıçta üretim yüksektir, ancak ısı kayboldukça azalır; işlem ekonomik olmayan hale gelene kadar tekrarlanır. Döngüsel buhar enjeksiyonu, tüm yağ hacminin yaklaşık yüzde 10 ila 20'sini geri kazanır. Bu yöntem ekonomik olmadığında buhar enjeksiyonu uygulanır.

Buhar enjeksiyonu genellikle -100.000cP'ye kadar viskoziteye sahip rezervuarlar için yatay ve dikey petrol kuyularında kullanılır. Döngüsel buhar enjeksiyon kuyularında yağ hem viskoz hem de katı olabilir. Temel mekanizma “katı”yı çözmektir. Günlerden haftalara değişebilen ideal ıslatma süresini hiçbir fikir birliği oluşturmaz. Bununla birlikte, operasyonel ve mekanik hususlar için daha kısa ıslatma süreleri tercih edilir. İlk arıtmadan sonra, ilk rezervuar enerjisi nedeniyle doğal kaldırma yoluyla petrol üretimi gerçekleşir. Ancak sonraki çevrimler için üretime pompalama ile yardım edilmesi gerekebilir. Döngü sayısı arttıkça yağ üretiminde döngüsel enjeksiyon giderek daha az verimli hale gelir. Rezervuar özelliklerine bağlı olarak dokuz döngüye kadar kullanılabilir.

Sürekli buhar enjeksiyonu (buhar basması)

Bu yöntem, döngüsel buhar enjeksiyonundan daha fazla yağ kurtarır. CSC'den daha düşük termal verimliliğe sahiptir ve daha büyük bir yüzey alanı gerektirir. Biri buhar enjeksiyonu, diğeri yağ üretimi için en az iki kuyu kullanır. Buhar taşması toplam yağın yaklaşık yüzde 50'sini kurtarır. Buhar, bir enjektör vasıtasıyla yüksek sıcaklık ve basınçta enjekte edilir. Buhar enjeksiyon teknikleri daha uygulanabilir ve verimli hale geldi. Çeşitli varyasyonlar geliştirilmiştir. Bununla birlikte, yüksek maliyetler, dikkatli değerlendirmeleri, petrol rezervuarının derinlemesine incelenmesini ve uygun tasarımı zorunlu kılmıştır.

kaya fiziği

Geleneksel olarak, dünya yüzeyinin altındaki kayaların ve minerallerin özellikleri, depremlerden sismik keşif ve sismoloji yoluyla tanımlandı . Sismik araştırma sırasında üretilen sismik dalgaların seyahat süresi, faz ve genliklerindeki değişimler, yeraltı seviyesinde kaya ve akışkan özellikleri gösterir. Daha önce, keşif sismolojisi, yalnızca hidrokarbon tutabilen kaya oluşumları için sismik verileri araştırıyordu. Bununla birlikte, teknolojik gelişmeler nedeniyle, sismik veriler, gözenek sıvılarını, doygunluğu, gözenekliliği ve litolojiyi belirlemek için kullanışlı hale geldi .

Rezervuar özellikleri ve sismik veriler, kaya fiziği adı verilen yeni bir gelişmeyle bağlantılı hale getirildi. Kaya fiziği, rezervuar sismik izleme, doğrudan hidrokarbon tespiti ve açıya bağlı yansıtma kullanarak sismik litoloji ayrımı gibi temel tekniklerin geliştirilmesinde kullanılmıştır. Kaya fiziği uygulamaları, sismik dalgaları etkileyen farklı özelliklerin anlaşılmasına dayanmaktadır. Bu özellikler, dalgaların yayılırken nasıl davrandığını ve bu özelliklerden birindeki değişikliğin nasıl farklı sismik veriler üretebileceğini etkiler. Sıcaklık, sıvı tipi, basınç, gözenek tipi, gözeneklilik, doygunluk ve diğerleri gibi faktörler, bir element değiştiğinde diğerleri de değişecek şekilde birbiriyle ilişkilidir.

Gassmann denklemi

Kaya fiziğinde gözenek akışkan özellikleri ve akışkan ikamesi Gassmann denklemi kullanılarak hesaplanır . Çerçeve özelliklerini kullanarak sismik özelliklerin akışkan değişiminden nasıl etkilendiğini hesaplar. Denklem, sıvı ile doymuş bir ortamın kütle modülünü hesaplamak için gözenek sıvısının, katı matrisin ve çerçeve modülünün bilinen yığın modüllerini kullanır . Kaya oluşturan mineraller katı matristir, çerçeve iskelet kaya örneğidir, gözenek sıvısı ise gaz, su, yağ veya bir kombinasyondur. Kullanılacak denklem için, temel varsayımlar 1) matris ve çerçevenin her ikisinin de makroskopik olarak homojen olduğu; 2) kayadaki gözeneklerin hepsi birbirine bağlıdır; 3) gözeneklerdeki sıvı sürtünmesizdir; 4) Kayadaki akışkan sistemi drenajsız kapalı bir sistemdir; ve 5) kayadaki sıvının, çerçeveyi daha yumuşak veya daha sert hale getirmek için katı ile hiçbir şekilde etkileşime girmemesi.

İlk varsayım, dalganın dalga boyunun kayanın gözeneklerinden ve tane boyutlarından daha uzun olduğunu garanti eder. Varsayım, laboratuvarın sismik aralığa kadar olan dalga dalga boyları ve frekanslarının genel aralığını karşılar. Varsayım 2), kaya gözeneklerinin geçirgenliğinin tek tip olduğunu ve kayada izole edilmiş gözenekler bulunmadığını, öyle ki geçen bir dalganın, dalganın yarım periyot döngüsü boyunca gözeneklerin sıvı akışının tam dengesini indüklediğini öne sürer. Gözenek geçirgenliği dalga boyuna ve frekansa bağlı olduğundan, çoğu kaya varsayımı karşılar. Ancak, sismik dalgalar için, yüksek geçirgenlikleri ve gözeneklilikleri nedeniyle sadece konsolide olmayan kumlar bu varsayımı karşılar. Öte yandan, kütük ve laboratuvar frekansları gibi yüksek frekanslar için çoğu kaya bu varsayımı karşılayabilir. Sonuç olarak, Gassmann denklemi kullanılarak hesaplanan hızlar, kayıt veya laboratuvar frekansları kullanılarak ölçülen hızlardan daha düşüktür. Varsayım 3), akışkanların viskozitesi olmadığını öne sürer, ancak gerçekte tüm akışkanlar viskoziteye sahip olduğundan, bu varsayım Gassmann denklemleri tarafından ihlal edilir. Varsayım 4), kaya-akışkan akışının bir laboratuvar kaya numunesi için sınırlarda sızdırmaz olduğunu, yani geçen bir dalganın neden olduğu gerilmelerdeki değişikliklerin kaya numunesinden önemli bir sıvı akışına neden olmadığını ileri sürer. Varsayım 5), kaya matrisinin kimyasal veya fiziksel özellikleri ile gözenek sıvısı arasındaki herhangi bir bozucu etkileşimi önler. Bu varsayım her zaman karşılanmaz çünkü etkileşim kaçınılmazdır ve yüzey enerjisi genellikle bu nedenle değiştirilir. Örneğin, kum ağır yağ ile etkileşime girdiğinde, sonuç yüksek kesme ve kütle modülü karışımıdır.

Kaynaklar

Referanslar