Proprietatile apelor in conditii de zacamant

Proprietatile apelor in conditii de zacamant

Dupa cum s-a aratat, zacamintele de hidrocarburi contin totdeauna apa libera (apa ireductibila si din acvifer) si apa dizolvata in hidrocarburi (mai ales in gaze).

Despre compozitia si clasificarea apelor de zacamant s-a discutat in capitolul 2, paragrafele 2.3 si 2.4. In continuare, vor fi trecute in revista cateva dintre proprietatile apelor in conditii de zacamant.

1. Factorul de volum al apelor de zacamant

Prin modificarea presiunii si temperaturii se produce o modificare a volumului apei, datorita compresibilitatii, contractiei termice si iesirii gazelor din solutie.

Factorul de volun al apei se defineste ca si in cazul titeiului:

El reprezinta raportul dintre volumul unei apei aflata in zaca-mant (cu gaze in solutie) si volumul aceleiasi mase de apa in conditii normale sau standard.

Despre solubilitatea gazelor in apa s-a discutat pe larg in capito-lul 7. O izoterma tipica pentru coeficientul de volum al apei este prezentata in figura 1. Efectul compresibilitatii asupra volumului apei depaseste efectul iesirii gazelor din solutie, deoarece in apa se afla o cantitate foarte mica de gaze dizolvate. Singur, efectul compresibilitatii se poate evidentia intre presiunea de saturatie p_iv si presiunea initiala de zacamant p_iz .

Influenta mineralizatiei, a presiunii si a temperaturii asupra factorului de volum al apei sunt prezentate in figura 2.

Fig. 1. Variatia factorului de volum al apei cu presiunea.

Pentru a ilustra ordinul de marime al factorului b_a , in tabela 1 sunt date valori pentru apa pura si apa saturata cu gaze la cateva presiuni si temperaturi.

Tabela 1. Factorul de valum al apei

in functie de presiune si temperatura, m³/m³.

Factorul de volum al apei se poate estima cu relatia:

(2)

Factorii ∆V_at si ∆V_ap indica separat influenta temperaturii si, respectiv, a presiunii; ei sunt redati in figura 2.

Fig. 2. Variatia factorului ∆V_at cu    temperatura

si a factorului ∆V_ap cu presiunea.

Cunoasterea comportarii de volum a apei prezinta importanta in exploatarea zacamintelor de gaze cu o saturatie mare in apa ireducti-bila si la descrierea evolutiei acviferelor zacamintelor de hidrocarburi in cursul exploatarii.

2. Densitatea apelor de zacamant

Densitatea apelor de zacamant variaza in limite relativ largi, fiind determinata de gradul de mineralizare, temperatura, presiune si fractia de gaze dizolvate. Astfel, se pot cita valori intre 1030 kg/m³ si 1180 kg/m³.

Influenta mineralizatiei si a temperaturii sunt aratate in figura 3, in ipoteza ca apa este saturata cu gaze.

Fig. 3. Densitatea apelor de zacamant

in functie de mineralizatie.

Se poate observa ca densitatea creste aproximativ liniar cu gradul de mineralizare, putandu-se determina "un volum specific al sarurilor dizolvate', aproximativ constant, prin scrierea unei ecuatii de aditivitate a volumelor. (in realitate volumul solutiei este mai mic decat suma volumelor componentilor).

Prezenta gazelor in solutie determina o scadere destul de importanta a densitatii apei, indiferent de gradul de mineralizare. O posibilitate de estimare a densitatii apei in conditii de zacamant ρ_a este data de relatia aproximativa:

(3)

in care b_a este factorul de volum al apei, iar ρ_a0 - densitatea apei in conditii standard, care se poate masura direct.

Densitatea apei mineralizate saturata cu gaze intereseaza la descrierea ascensiunii fluidelor multifazice in tevile de extractie, mai ales cand fractia de apa este importanta.

3. Compresibilitatea apelor de zacamant

Variatia volumului apei la o transformare izoterma se poate deduce daca se cunoase factorul de volum al apei b_a . Ca si in cazul celorlalte faze fluide, se definese si in acest caz un coeficient de compresibilitate izoterma. Pentru a evidentia mai bine influenta presi-unii, a temperaturii si a gradului de mineralizare asupra compresibilitatii apei, se prezinta diagrama din figura 4, unde se poate observa si ordinul de marime al coeficientului de compresibilitate izoterma.

Se poate constata ca, odata cu cresterea presiunii, coeficientul de compresibilitate scade, ceea ce este firesc daca se are in vedere ca apropierea dintre molecule este limitata de fortele de repulsie.

In ceea ce privese influenta temperaturii, se disting doua domenii: a) cel al temperaturilor mici, unde este importanta prezenta gazelor in solutie; b) cel al temperaturilor mari, unde este importanta creserea volumului prin dilatare termica, ceea ce permite o scadere corespunzatoare a volumului prin comprimare.

a

b

Fig. 4. Coeficientul de compresibilitate al apei.

a) pentru apa fara gaze in solutie; b) corectia pentru apa cu gaze in solutie.

(4)

Prevederea exploatarii zacamintelor cu acvifer nu este posibila fara a cunoaste exact compresibilitatea apei. De asemenea, cercetarea hidrodinamica a zacamintelor care cantin o fractie mare de apa impune cunoasterea exacta a coeficientului β_a

Dodson si Standing [64] au propus, relatie de corectie pentru coeficientul de compresibilitate al apei datorita dizolvarii gazelor:

, (5)

in care _ad este coeficientul de compresibilitate al apei fara gaze dizolvate. iar r_sa − ratia de gaze in apa. Despre parametrul r_sa     s-a discutat pe larg in paragraful 7.7.

4. Vascozitatea apelor de zacamant

Date privitoare la vascozitatea apelor de zacamant sunt relativ putine. Presiunea nu influenteaza foarte mult vascozitatea apei (tabela 2). In schimb, cresterea temperaturii reduce semnificativ vascozitatea apei, prin micsorarea frecarii intermoleculare, mai ales in domeniul temperaturilor mici (fig. 5, tabela 2).

Prezenta ionilor in solutie mareste frecarea interna, deci si vascozitatea.

Fig. 5. Vascozitatea apelor mineralizate in functie de temperatura la presiunea normala

Tabela 2. Vascozitatea apeila diferite presiuni si

temperaturi, in mPa∙s

Corectia pentru presiune este urmatoarea:

in care _a este vascozitatea apei la presiune normala, jar f_v − factorul de corectie pentru presiune (fig. 5).

Aplicatia 1

Sa se determine factorul de volum al apei dintr-un zacamant la presiunea p = 345∙10 ⁵ Pa si temperatura T = 120 ⁰C, neglijand influenta mineralizatiei

Raspuns

Din figura 2, la conditiile (p, T) date, se citesc corectiile pentru temperatura si presiune : ∆V_at = 1,057 si ∆V_ap =-0,011. Factorul de volum al apei saturate cu gaze, calculat cu relatia (2) este 1,0454 m³/m³.

Aplicatia 2

Sa se estimeze densitatea apei mineralizate (5 % masic), saturata cu gaze, in conditii de zacamant, p = 345 Pa, T = 93 ⁰C.

Raspuns

Din tabela 1 se citeste b_a

Neglijand masa gazelor din solutie,

densitatea apei este: ρ_a = 998/1,0301 = 968,8 kg/m³ .

Aplicatia 3

Sa se estimeze vascozitatea apei mineralizate (5 % masic) in conditii de zacamant p = 480∙10 ⁵ Pa, T = 66 ⁰C. .

Raspuns

Din figura 5, prin interpolare, rezulta μ_aO = 0,49Pa∙s. Corectia pentru presiune este: f_v = 1,021. Cu relatia (4), se obtine: μ_a = 0,5 ∙10 ^-3 Pa∙s.

Intrebari si probleme

Cum se explica variatia volumului apei cu presiunea in conditii de zacamant

Sa se traseze o diagrama de variatie a volumului apei cu presiunea la temperatura constanta.

Sa se precizeze influenta gradului de mineralizare a apei dintr-un zacamant aflat la adancimea de 2000 m asupra densitatii, compresibilitatii si vascozitatii. Caz particular: c = 5 %.

Sa se traseze curba de variatie a vascozitatii unei ape mineralizate (c = 3 %) in functie de temperatura.

Folosind nomograma din figura 6, sa se aprecieze care dintre parametri va influenta cel mai mult compresibilitatea apei.