DEZLOCUIREA NEMISCIBILA PRIN INJECTIE DE SOLUTII DE POLIMERI

DEZLOCUIREA NEMISCIBILa PRIN INJECtIE DE SOLUtII DE POLIMERI

1. Principii generale legate de dezlocuirea nemiscibila a titeiului

Ca rezultat al actiunii energiei naturale de zacamant si/sau al energiei suplimentare introduse in aceasta prin aplicarea unor metode de recuperare nemiscibila, are loc un proces de dezlocuire a fluidelor din stratul productiv, dezlocuire care poate fi analizata atat la nivelul porilor -dezlocuire microscopica, cat si la scara intregului zacamant - dezlocuire macroscopica.

La scara micro, eficienta de dezlocuire se caracterizeaza printr-un factor de spalare naturala E_M, care reprezinta fractiunea de fluid dezlocuit din zona contractata de faza dezlocuitoare ( in care aceasta a patruns).

E_M depinde de raportul mobilitatilor fazelor dezlocuite si dezlocuitoare si este bine descris de numarul capilar N_c :

(raportul mobilitatilor celor doua faze)

(numar capilar)

Dezlocuirea macroscopica se caracterizeaza printr-un factor de inundare volumetrica a zacamantului, E_VOL.

E_VOL reprezinta raportul dintre volumul porilor contactat de faza dezlocuitoare si volumul total de pori al zonei dezlocuite (arata, in functie de pozitia frontului, cat din volumul poros a fost inundat la un moment dat, sau cat din totalul spatiului poros a fost contactat de front).

E_VOL depinde de neuniformitatea zacamantului si de modul de amplasare a sondelor.

Factorul de recuperare, definit ca raport intre cumulativul extras si resursa geologica existenta, poate fi determinat prin produsul intre eficienta microscopica de spalare si factorul de inundare (sau eficienta macroscopica).

E_R = E_M x E _VOL

Posibilitati de marire a eficientei microscopice, E _M :

         Modificarea raportului mobilitatilor in sensul scaderii M, prin :

-         scaderea mobilitatii fazei dezlocuitoare (exemplu : apa cu polimeri)

-         cresterea mobilitatii titeiului (exemplu : metode termice )

         Modificarea numarului capilar Nc :

Viteza de filtrare este de ordinul cm /zi.

Se observa ca este necesar ca numarul capilar sa creasca pentru ca in zacamant sa ramana o saturatie in titei cat mai mica.

Pentru injectia conventionala de apa Nc≈ 10^-6.

La injectia de apa cu polimeri Nc tinde catre 10 ^-2.

Pentru aceasta este necesar ca tensiunea interfaciala sa aiba valori cat mai mici; apare necesitatea utilizariie solutiilor alcaline, care au capacitatea reducerii σ de circa o mie de ori (valorile obisnuite pentru σ au ordinul de marime de 25 -35 mN /m ).

Posibilitati de marire a eficientei volumetrice, E_VOL:

         Modificarea valorii M

         Amplasarea judicioasa a sondelor

         Determinarea corecta a raportului intre cumulatorul extras si cumulativul de agent de dezlocuire patruns in zona productiva (ori nu este bine masurat, ori se canalizeaza).

Selectarea metodei presupune ca, in functie de conditiile concrete din strat sa se opteze pentru:

- scaderea σ - respectiv aplicarea injectiei de solutii alcaline sau tensioactive;

- scaderea M - de regula prin cresterea viscozitatii fazei dezlocuitoare ( solutii de polimeri).

Dezlocuirea nemiscibila a titeiului presupune curgerea prin zacamant a cel putin doua faze; dezlocuita si dezlocuitoare.

Curgerea omogena este descrisa acceptabil de legea lui Darcy, care a fost verificata experimental cu rezultate bune.

Darcy: v_f=k/μ /grad_mp/

In cazul curgerii heterogene insa, aplicarea acestei legi da rezultate diferite de realitate, in principal datorita trecerii de la permeabilitatea absoluta la permeabilitati efective fata de fiecare faza. In plus, la interfata dintre doua faze nemiscibile, apar presiuni capilare, conform legii lui Laplace.

v_f=k_ei/μ_i /grad_mp/

La curgerea bifazica, dezlocuirea nu este posibila decat pentru valori medii ale gradientului motor de presiune mai mari decat a valoare "prag" care rezulta din valoarea limita a gradientului capilar de presiune. Peste aceasta valoare, curgerea se "amorseaza", iar viteza de curgere tinde spre proportionalitate cu excedentul gradientului motor de presiune.

Altfel spus, mediul poros opune cauzei (grad_m p), o rezistenta (grad_c p), care trebuie invinsa pentru amorsarea curgerii.

Pentru dezlocuirea de tip nemiscibil, exista in principal doua teorii :

         Teoria dezlocuirii tip piston - de la primul contact, apa dezlocuieste titeiul in zona inundata, ramanand o saturatie remanenta constanta in titei.

         Teoria dezlocuirii tip "piston spart" (exemplu : teoria Bucklay -Leverett), care considera ca saturatia remanenta se reduce treptat dupa trecerea mai multor volume de apa, iar in spatele frontului de dezlocuire se formeaza o zona cu saturatie variabila. (Demonstratie fig. 34).

Figura 34. Schema pentru stabilirea eficientei dezlocuirii nemiscibile printeoria Bucklay -Leverett:

1. μ_d > μ_t , 2. μ_d < μ_t , cu faza dezlocuitoare mai umezitoare decat cea dezlocuita; Inversarea udarii rocii.

Observatie:

Trebuie reamintit ca teoria elaborata de Bucklay si Leverett se bazeaza pe o ecuatie de bilant: cresterea saturatiei in apa in urma frontului de dezlocuire este datorata volumului de apa intrat in zacamant, adica:

, unde este debitul total in curgere, iar debitul de faza dezlocuitoare.

Ecuatiile de baza sunt:

, fiind derivata fractiei de faza dezlocuitoare.

Concluzia :

Intr-un proces de dezlocuire nemiscibila, pentru ca saturatia remanenta in titei in urma frontului sa fie cat mai redusa, este foarte util ca faza dezlocuitoare sa fie mai vascoasa decat cea dezlocuita si, in plus, sa umecteze mai bine roca.

Pozitia frontului de dezlocuire si saturatia remanenta in titei variaza in timp, ca in figura 35.

Figura 35. Variatia saturatiei remanente in urma frontului de dezlocuire

3.2. Utilizarea polimerilor in procese de dezlocuire a titeiului

Primele cercetari in Romania s-au facut in 1956, cand s-au executat teste de dezlocuire in laborator, bazate pe folosirea melasei. In 1965 s-a propus pentru prima oara injectia de solutii de polimeri pentru cresterea factorului de recuperare in zacamintele de titei.

Polimerii cei mai utilizati pentru modificarea calitatilor apei de injectie pot fi grupati in doua mari categorii :

-         polimeri sintetici

-         biopolimeri

Pentru a fi eficienti in procesul de dezlocuire a titeiului, polimerii trebuie sa prezinte o buna solubilitate in apa si sa satisfaca o serie de conditii legate de interactiunea cu mediul poros : pH, salinitatea, concentratia si natura sarurilor, temperatura si prezenta oxigenului.

Indiferent de tip, polimerii trebuie ca, in concentratie mica, sa reduca de cateva ori mobilitatea apei de injectie, sa nu blocheze formatiunea si sa se adsoarba in cantitati foarte mici pe suprafata rocii.

Biopolimerii : sunt rezultatul unui proces de fermentatie a unor bacterii, cel mai cunoscut produs fiind "guma de Xantan". Bacteria este cultivata intr-un mediu favorabil de fermentare, producand polimer ca rezultat al procesului metabolic.

Polimerii sunt separati ulterior de restul materialului de cultura si sunt comercializati intr-o forma care contine 8 -13% produs activ.

Biopolimerul prezinta doua mari avantaje :

-         este aproape insensibil la salinitatea apei de zacamant;

-         suporta gradienti de forfecare ridicati .

Dezavantajele biopolimerilor :

-         posibilitate de blocare a formatiunii;

-         degradarea solutiilor sub actiunea bacteriilor prezente in zacamant;

-         pret de cost foarte ridicat (aceasta face ca polimerii sintetici sa fie preferati in procesele de dezlocuire).

Dintre polimerii sintetici, cel mai utilizat este poliacriamida partial hidrolizata (PAH sau PAAH ). Are o structura moleculara liniara, alcatuita dintr-un lant lung de atomi de carbon, la care sunt legate alternativ grupari de carboxil de Na si de amide :

- (CH2 - CH ) _x - (CH2 - CH )_y -

│ │

gruparea C =O C =O gruparea

amida │ │ carboxil

NH2 O -Na

Raportul celor doua grupari : carboxil/amida = y/x se numeste grad de hidroliza si

influenteaza adsobtia polimerului pe suprafata mineralelor din roca.

Industrial, PAH se obtine dupa schema urmatoare :

gaze naturale → amoniac → propilena→ acrilonitril → acrilamida→ poliacrilamida.

(aceasta se poate utiliza si in procesul de foraj, pentru blocarea stratelor cu pierderi de circulatie).

Poliacrilamida partial hidrolizata se poate obtine fie dupa polimerizarea acrilamidei, prin hidrolizare, fie direct, prin copolimerizarea acrilamidei si a acrilatului de sodiu.

Polimerii sintetici folositi in recuperarea titeiului sunt cunoscuti dupa diferire denumiri comerciale :

POLIAS -Romania (produs la Rasnov)

PUSHER 700 -SUA

POLYDIA P.D.C. -Japonia

PAAH prezinta un grad de hidroliza cuprins intre 0,15 -0,25, are un caracter slab bazic (pH = 7,5-8,5), masa moleculara de ordinul 3 -7*10⁶, iar dimensiunea medie a moleculei este de pana la 10^-6 m. Se prezinta sub forma de pulbere de culoare alba si este un produs netoxic, necoroziv, cu grad foarte mic de inflamabilitate.

PAAH prezinta trei mari inconveniente :

^-           sensibilitate la salinitatea apei de zacamant, in special in prezenta ionilor bivalenti de Ca ⁺⁺ si Mg⁺⁺ .;

^-           rezistenta mecanica limitata, in special la gradenti de forfecare ridicati;

^-           stabilitate chimica limitata.

Pentru a diminua aceste neajunsuri, solutia clasica, incolora, de polimer, care se injecteaza in zacamant, se prepara, de regula, in doua etape succesive :

1.      Se disperseaza polimerul praf in apa dulce , realizandu-se o solutie concentrata, de 0,5% (5000 ppm ). Se are in vedere in aceasta etapa evitarea aglomerarii polimerului in "cocoloase", realizandu-se o buna dispersie, prin reglarea automata a cantitatii de polimer care se dizolva in jetul de apa (figura 36).

2.      Se dilueaza solutia concentrata obtinuta in etapa 1 cu apa de zacamant tratata, realizandu-se concentratia stabilita pentru injectie, de regula 0,05% =500 ppm (uneori 250 - 600) (fig. 37).

Apa folosita la preparare se analizeaza din punct de vedere al salinitatii totale si, in special, al concentratiei in ioni Ca⁺⁺ si Mg⁺⁺.

S-a constatat ca vascozitatea solutiilor de polimeri scade cu cresterea salinitatii apei pana la o concentratie in NaCl de circa 3%.

Prezenta cationilor de Ca⁺⁺ si Mg⁺⁺ amplifica acest efect, scaderea vascozitatii fiind mai pronuntata decat in prezenta cationilor monovalenti de Na⁺ si K⁺ (creste consumul de PAH pentru obtinerea aceleiasi viscozitati a solutiei).

Un alt component al apei de preparare ce trebuie analizat este ionul feros. Acesta nu afecteaza direct polimerul, dar ridica PH-ul prin trecerea lui in oxizi ferici care, pe de o parte pot precipita in porii zacamantului, pe care ii blocheaza, iar pe de alta parte pot intra in reactii de oxido-reducere cu polimerul. Aceste reactii duc la aparitia gelurilor care colmateaza stratul rezultand blocarea lui.

Comportarea solutiilor de polimeri in conditii de laborator si de zacamant

Comportarea reologica a fluidelor poate fi apreciata pe baza relatiei generale de definitie a viscozitatii:

, unde: τ - este tensiunea tangentiala

μ - viscozitatea dinamica

- gradient de viteza pe directia n

Astfel, fluidele utilizate in exploatarea zacamintelor de hidrocarburi pot fi clasificate in doua mari categorii:

-         fluide newtoniene, caracterizate prin faptul ca, la presiune si temperatura constanta, viscozitatea ramane constanta, indiferent de gradientul de viteza;

-         fluide nenewtoniene, la care viscozitatea este dependenta de gradientul de viteza (in acest caz se introduce notiunea de viscozitate aparenta a fluidului care curge prin mediul poros).

La randul lor, fluidele nenewtoniene pot fi impartite in:

- fluide cu comportare pseudoplastica, la care μ_ap scade cu cresterea grad v si

- fluide cu comportare dilatanta, la care μ_ap creste cand grad v creste.

Solutiile de apa cu polimeri se pot comnporta diferit in functie de viteza cu care ele curg prin strat, asa cum se poate observa in schema din figura 38. Se disting patru zone cu comportare reologica diferita, astfel:

I. La valori mici ale vitezei de deplasare prin mediul poros, valoarea μ_ap este maxima, aproximativ constanta, daca solutia de polimer este suficient de diluata, astfel incat sa nu apara tensiuni de forfecare; in acest domeniu comportarea este newtoniana.

II. Comportare pseudoplastica (μ_ap scade la cresterea grad v)

III. Comportare newtoniana, μ_ap are valori minime si aproximativ constante la valori relativ mari ale vitezei de curgere;

IV. Comportare dilatanta, datorata aparitiei efectelor viscoelastice (μ_ap creste cu grad v).

Majoritatea solutiilor de polimeri, indiferent daca acestia sunt sintetici (ex. PAAH) sau biopolimeri (ex. guma de Xantan), se comporta in zacamant ca fluide nenewtoniene. Pentru intervalul de viteza intalnit in mod obisnuit in mediul poros, la debite de injectie moderate, comportarea este pseudoplastica, deci viscozitatea aparenta scade la cresterea gradientului de viteza. Rezulta deci ca utilizarea unor debite de injectie prea mari poate conduce la comportare dilatanta, dar de regula numai pe zone restranse in jurul sondei de injectie.

Comportarea solutiilor de polimeri este influentata de anumiti factori, intre care salinitatea apei de zacamant cu care se face diluarea solutiei, concentratia si masa moleculara a polimerului, prezenta in apa a ionilor de Ca si Mg, asa cum se poate vedea din din diagramele prezentate in figurile 39-43 (cercetari de laborator efectuate cu poliacrilamida).

Fig. 39. Influenta concentratiei polimerului

asupra viscozitatii solutiei

Fig. 40. Influenta masei moleculare a

polimerului asupra viscozitatii solutiei

Fig. 41. Influenta salinitatii apei de preparare asupra

viscozitatii solutieide poliacrilamida.

Fig. 42. Influenta salinitatii apei asupra

comportarii biopolimerilor.

Fig. 43 Comportarea solutiilor de polimer in

prezenta cationilor bivalenti Ca⁺⁺ si Mg⁺⁺

Se observa ca viscozitatea solutiei scade mult in prezenta cationilor bivalenti de calciu si magneziu. Ionul Ca⁺⁺ este mai activ, deci mai periculos decat ionul Mg⁺⁺ in ceea ce priveste reducerea de viscozitate.

Prezenta in combinatie a celor doi ioni bivalenti in apa de preparare sau in apa de zacamant este si mai daunatoare pentru solutiile de polimeri.

Acesta este motivul pentru care, inainte de injectarea dopului de polimer, sunt necesare unele masuri destinate reducerii ionilor de Ca si Mg sau pentru diluarea apei de zacamant puternic mineralizate

4. Cercetarea in laborator a caracteristicilor solutiilor de polimeri

1.      Viscozitatea aparenta a solutiei

S-a definit anterior parametrul M, ca raport al mobilitatilor celor doua faze, dezlocuitoare si dezlocuita. Pentru un proces de injectie clasica de apa se poate scrie:

In cazul dezlocuirii titeiului cu o solutie de polimer, raportul mobilitatilor devine:

.

La masurarea in laborator cu un viscozimetru de tip Ostwald, variatia viscozitatii solutiei de polimer in functie de concentratia acestuia este aproximativ liniara.

In cazul curgerii prin mediul poros, curgere la care poate fi aplicata Legea lui Darcy, se obtin indirect, prin calcul, valori mult mai mari pentru vioscozitatea solutiei - apare astfel notiunea de viscozitate aparenta.

Conform legii lui Darcy, viteza de filtrare se poate calcula cu relatia

, de unde rezulta

OBS: Se modifica de fapt si permeabilitatea mediului poros, k_p fiind o permeabilitate efectiva a acestuia fata de solutia de polimer care il traverseaza. In mod practic, determinarea viscozitatii aparente se poate realiza in laborator, prin masurarea volumului de solutie de polimer V_pol care trece printr-un model sau carota cu lungimea L si sectiunea de curgere A, dupa algoritmul urmator:

Figura 44. Curba de variatie a viscoziotatii aparente, in comparatie cu viscozitatea masurata

Viscozitatea aparenta are valori de 525 de ori mai mari decat cea masurata, daca se considera ca permeabilitatea efectiva este constanta pentru apa si respectiv pentru solutia de polimer. In realitate, tinand seama de reducerea permeabilitatii efective in cazul trecerii solutiei, care poate fi considerata ca o rezistenta opusa curgerii datorita retinerii moleculelor de polimer in porii rocii, scaderea mobilitatii poate fi explicata prin doua fenomene care nu pot fi separate ca efect, nici ca pondere:

-         cresterea viscozitatii apei de injectie, ca urmare a aditivarii cu polimer

-         reducerea permeabilitatii efective a rocii colectoare.

2. Factorul de rezistenta

Micsorarea mobilitatii solutiei de polimer fata de cea a apei cu care s-a facut prepararea poate fi exprimata prin raportul celor doua mobilitati, R, numit factor de rezistenta, definit ca:

,

unde: M_a-t - este raport al mobilitatilor apa-titei, la dezlocuire cu apa,

M_p-t - raportul mobilitatilor polimer- titei, la dezlocuirea cu solutii de polimeri.

Variatia factorului de rezistenta poate fi analizata in timp, in functie de volumul de solutie circulat, pe o carota reprezentativa din zacamantul supus injectiei de polimeri

De regula R creste repede pana la cca 20Vp circulate, dupa care cresterea devine din ce in ce mai lenta. Pe baza unei curbe de acest gen, obtinuta in laborator se poate aprecia ca polimerul utilizat nu va conduce la blocarea porilor in zacamant.

Trebuie insa precizat ca in laborator volumul de pori al carotei sau modelului utilizat este foarte mic, deci se pot vehicula volume importante de solutie, ce pot ajunge pana la 100 Vp. In zacamant volumul de solutie injectat va fi, in orice caz, mult mai mic decat volumul porilor.

Fig. 45. Curba tipica a factorului de rezistenta

Totusi, in zona din apropierea sondei de injectie, este posibil sa apara un blocaj, deoarece prin aceasta zona patrund in timp cantitati mari de polimer, iar retinerea pe roca poate fi importanta.

De exemplu, la un debit de injectie de 60 m³/zi, timp de 10 ani, cumulativul de solutie injectata vafi: 60 x 350 x 10 = 210 000 m

Pentru deblocare se poate executa un tratament cu hipoclorit de sodiu, aplicabil in general pentru inlaturarea blocajelor cu material organic sau de natura bacteriana. Sunt necesare doua etape succesive:

1. Se injecteaza 2m³/m perforat solutie hipoclorit de sodiu, cu concentratia de 5%, in 5 reprize, cu pauza de 15 minute intre ele; urmeaza un dop de apa dulce pentru separare.

2. Se face o acidizare cu o solutie compusa din amestec de acid acetic, clorhidric, fluorhidric, aldehida formica si inhibitori; dupa o pauza de reactie de 8 ore, drenarea se face prin pistonare.

Factorul de rezistenta rezidual

Pentru aprecierea reducerii permeabilitatii rocii colectoare dupa trecerea unui dop de solutie de polimeri, a fost definit factorul de rezistenta rezidual, ca raport intre mobilitatea apei inainte de trecerea polimerului si mobilitatea apei dupa trecerea dopului de polimer:

Se observa ca acest factor se refera de fapt la rapotul permeabilitatilor efective ale rocii fata de apa de injectie, inainte si dupa trecerea dopului de solutie de polimer.

Deoarece exista riscul blocarii stratului la cresterea volumului injectat, este necesara o selectare prealabila a solutiei: astfel o solutie de polimer cu un factor de rezistenta R = 812 poate bloca formatiuni cu permeabilitate k < 200 mD, in timp ce pentru strate cu k > 1000 mD solutiile cu R = ..4 sunt total ineficiente.

4. Retinerea polimerului in mediul poros

Interactiunea solutiei de polimer cu roca are ca efect retinerea substantei active din solutie si modificarea proprietatilor acesteia. In principal, sunt de evidentiat doua aspecte:

-         retinerea mecanica a macromoleculelor de polimer in porii foarte fini,

-         retinerea prin adsorbtia polimerului pe suprafata udata, fenomen dependent de compozitia rocii (mult mai accentuat in prezenta argilelor).

Ambele mecanisme conduc in final la diminuarea concentratiei solutiei si scaderea viscozitatii acesteia, iar efectul cumulat se poate aprecia in laborator prin masurarea concentratiei efluentului dupa trecerea mai multor volume de pori. Se constata ca retinerea polimerului este aproape totala la aproximativ 1 Vp injectat, dupa care concentratia creste si se apropie de valoarea initiala la vehicularea unui volum de solutie egal cu mai multe volume de pori (fig. 46).

Cum masurarea concentratiei efluentului este dificil de realizat, aceasta se poate determina intr-un mod indirect, prin intermediul unei curbe etalon de viscozitate (fig. 47). Practic se masoara viscozitatea efluentului, iar valoarea obtinuta se raporteaza pe curba, rezultand astfel concentratia.

Fig. 47. Variatia concentratiei efluentului in functie

de volumul de solutie injectat in proba

Fig. 48. Curba etalon de viscozitate

5. Factorul de sita

Este definit ca raportul dintre viscozitatea solutiei de polimer si cea a apei de preparare:

Acest parametru este util atat pentru aprecierea retinerii polimerului in roca, cat si pentru determinarea "gradului de forfecare" (laminare) a solutiei la trecerea prin instalatiile de suprafata sau prin mediul poros. Se determina cu ajutorul unui aparat numit viscozimetru cu site sau viscozimetru de filtrare (fig. 48), ca raport intre timpul de curgere al solutiei de polimer si respectiv al apei de preparare, pentru un volum dat.

Volumul utilizat este 30 cm³, iar pentru apa de zacamant cu care se prepara solutia de injectie cu concentratia de 0,05% timpul de scurgere este aproximativ 9 secunde.

Pentru solutia de polimer se au in vedere conditii stricte de prelevare, transport si introducere in aparat, proba fiind luata de la capul de injectie al sondei si trecuta in viscozimetru fara contact cu aerul.

Daca factorul de sita initial, determinat anterior, imediat dupa dizolvarea polimerului, a avut o valoare mai mare decat cel obtinut la proba luata de la capul de injectie (de exemplu 10 fata de 6), aceasta scadere poate fi cauzata de:

- nerespectarea concentratiei solutiei;

- calitatea apei de diluare;

- prezenta oxizilor de fier in rezervoare sau conducte (motiv pentru care se prefera rezervoare de inox sau fibra de sticla);

- contactul solutiei cu oxigenul;

- masa moleculara prea mica a polimerului.

Fig. 48. Viscozimetru de filtrare

O corelare intre factorul de sita si factorul de rezistenta arata o dependenta liniara: prin urmare, la un factor de sita diminuat rezulta si un factor de rezistenta mai redus decat cel proiectat (fig. 49). Pe de alta parte prin corelarea factorului de sita sau factorului de rezistenta cu concentratia in polimer (fig. 50) se poate aprecia gradul de degradare a solutiei de polimer pana la capul de injectie prin forfecarea in pompe, filtre, conducte etc.

Fig. 49. Corelarea factorilor de sita si de rezistenta

Fig. 50. Corelarea factorului R cu concentratia

 

 

5. Posibilitati de degradare a solutiilor de polimeri si evitarea acesteia :

1.      Depozitarea polimerilor care se prezinta sub forma de granule (pulbere), se face in saci de polietilena, deoarece substanta este usor higroscopica (absoarbe umiditatea din aer).

2.      Temperatura ridicata, de 125-150 ⁰C, degradeaza atat polimerul (granule), cat si solutiile de polimeri. In general, o temperatura de circa 30⁰ in instalatiile de preparare si de 60 -70⁰ in zacamant nu afecteaza calitatea solutiei.

3.      Degradarea chimica :

-         Contactul cu oxigenul dizolvat in apa de preparare si de diluare a solutiei, sau aflat in rezervoare, reduce cu 25% viscozitatea solutiei, determinata prin factorul de sita.

-         Prezenta oxizilor de fier si in special a hidroxizilor ferici reduce mult viscozitatea solutiei de polimeri, fapt explicat prin ruperea macromoleculelor. Acest efect este si mai pronuntat daca apa de preparare contine oxigen.

Prevenire :

- Tratarea apei de preparare se face in sistem inchis pentru indepartarea totala a suspensiilor solide, titeiului, compusilor cu fier si oxigenului.

- Indepartarea oxigenului se face prin tratare cu hidrosulfit de sodiu ( Na₂S₂O₄ ) sau cu aldehida formica (primul produs este mai performant). Hidrosulfitul reduce cantitatea de oxigen pana la 0,2 ppm si dizolva hidroxizii ferici, la un pH neutru, asigurand stabilitatea indelungata a solutiei.

Aldehida formica poate forma geluri blocante cu unele sorturi de PAA.

- Prepararea, stocara si pomparea solutiei de polimer se vor face tot in sistem inchis, echipamentele fiind anticorozive (conducte inox, rezervoare din fibra de sticla, perna de gaze inerte in rezervor ).

 

- Salinitatea mare a apei de diluare conduce , asa cum s-a aratat anterior, la scaderea accentuata a viscozitatii solutiei . Prezenta ionilor bivalenti in apa amplifica acest fenomen.

4. Degradarea mecanica - apare prin forfecarea si laminarea solutiei la trecerea acesteia cu viteza mare prin instalatiile de suprafata: pompe, duze reglabile, coturi, teuri, filtre, ca si prin perforaturile sondei (scaderea presiunii dupa strangulare duce la ruperea moleculelor de polimer, ceea ce implica scaderea accentuata a viscozitatii solutiei).

Prevenire :

-         Pompele centrifuge sunt inlocuite cu pompe cu piston;

-         Ar fi necesara utilizarea unor pompe de debit scazut, care sa injecteze separat in fiecare sonda; cum acest lucru este dificil de realizat in practica, la pomparea in mai multe sonde cu o singura pompa duzele reglabile se inlocuiesc cu serpentine din teava cu Φ =6 -8 mm, care reduc debitul prin frecare;

-         Teurile si coturile in unghi drept sunt inlocuite cu curbe de acelasi diametru;

-         Coloana se perforeaza cu numar mare de gloante si se indeparteaza eventualele blocaje;

-         Solutia se filtreaza cu filtre de pasla, panza etc, care se pot spala invers ( nu prin nisip).

Oprirea repetata si de durata a injectiei dauneaza procesului de dezlocuire: moleculele de polimer se aglomereaza in porii rocii, iar la repornirea injectiei presiunea poate avea valori mult mai mari decat inainte de oprire: pentru acelasi debit de injectie vitezele de curgere devin mai mari datorita strangularilor care apar in zacamant, si rezulta ruperea moleculelor, cu scaderea viscozitatii solutiei.

Prevenire : reluarea injectiei la debit moderat, urmata de cresterea progresiva a acestuia.

5. Degradarea solutiei in zacamant - este datorata retinerii substantei active pe suprafata rocii prin fenomene de adsorbtie. Apare diluarea solutiei la "fata" frontului de dezlocuire, in timp ce partea finala a dopului isi pastreaza o concentratie mai apropiata de cea initiala (intotdeauna fenomenul de retinere este mai accentuat la primul contact cu roca).

Pe de alta parte, in spatele frontului de dezlocuire apare o "rezistenta reziduala" la curgere, care se manifesta prin reducerea permeabilitatii atat fata de dopul de polimer, cat si fata de apa care il impinge prin zacamant. Datorita diferentelor de mobilitate intre apa si polimer, in spatele dopului de solutie care dezlocuieste titeiul, se pot forma canalizari ale apei de injectie, care are tendinta sa inainteze mai repede decat solutia. Fenomenul este accentuat mai ales daca volumul dopului este redus, sub 0,3V_pori.

Din acest motiv se recurge la folosirea unor "dopuri programate" cu concentratia initiala mai mare, care descreste treptat, rezultatul fiind o deplasare mai uniforma a frontului de dezlocuire:

Figura 51. Punerea in evidenta a avantajelor utilizarii "dopului programat".

 

5. Alte utilizari ale polimerilor

La orice proces de dezlocuire cu solutii micelare, tensioactive sau alcaline, la care mobilitatea solutiei este mai mare decat a titeiului, dupa dopul respectiv de solutie se injecteaza un dop de solutie de polimer pentru impingerea dopului initial, acesta fiind dezlocuit la randul lui prin injectie normala de apa. Se controleaza in acest mod mobilitatea si se realizeaza o deplasare uniforma a frontului de solutie activa, marindu-se astfel factorul de recuperrare (fig 52).

Figura 52. Controlul mobilitatii frontului de dezlocuire cu ajutorul polimerilor.

6. Criterii de selectie a zacamintelor pentru aplicarea

unui proces de crestere a recuperarii de injectie de polimeri

Se cere o foarte buna cunoastere a zacamantului din punct de vedere geologic si o anumita experienta a operatorului in domeniul recuperarii secundare a titeiului.

Principalele criterii de selectie sunt legate de :

a.        Roca colectoare

-         Sunt preferate colectoarele constituite din gresii si nisipuri consolidate;

-         De evitat rocile cu un continut ridicat in CaCO₃ s Mg CO₃, mai ales cele cu grad mare de fisurare, deoarece pot avea loc canalizari ale dopului de polimer.

         Prezenta unor zone mari de cap de gaze sau acvifer duce la pierderi excesive de solutie de polimeri, explicata prin diferentele de mobilitate.

         Heterogenitatea mare a zacamantului si continutul ridicat in argile sunt de evitat.

         Nu sunt apte pentru proces colectoarele care au grosimea bruta mult mai mare decat grosimea neta.

         Adancimea conditioneaza procesul prin presiune si temperatura:

-         adancimea minima - 300 m;

-         adancimea maxima - astfel incat temperatura si salinitatea apei sa nu duca la degradarea solutiei ( maximum 125⁰C, dar mai sigur sub 90⁰ C pentru poliacrilamida si 70⁰ pentru guma de Xantan).

         Porozitatea si permeabilitatea sa fie situate,de preferat, in gama valorilor medii si mari :

m = 15 -35%

k > 100 mD.

        Starea de saturatie a zacamantului la initierea procesului : este avantajos ca S_t > 50%, adica procesul sa se initieze cat mai devreme, pentru aplicarea acestuia ca metoda secundara si eventual chiar primara de recuperare.

b.        Fluidele din zacamant

        Se prefera titeiurile cu μ = 5 - 125 mPa.s. Daca exista alti parametri favorabili, se poate merge chiar pana la μ = 200 cP.

        Densitatea titeiului ρ_t = 850 - 900 kg / m³

          Salinitatea apei de zacamant < 20 000 ppm Na Cl (2%) si lipsita de Ca ⁺⁺ si Mg ⁺⁺

Observatii :

Se va analiza starea tehnica a sondelor si eventualele dificultati ce pot sa apara ca urmare a initierii procesului: nisipari, depuneri de parafine, fenomene de coroziune etc.