METODE CHIMICE DE CRETERE A RECUPERRII IEIULUI

Capitolul 4 DEZLOCUIREA NEMISCIBIL PRIN INJECIE DE SOLUII DE POLIMERI

4.1. Principii generale legate de dezlocuirea nemiscibil a ieiului Ca rezultat al aciunii energiei naturale de zacamnt si/sau al energiei suplimentare introduse in aceasta prin aplicarea unor metode de recuperare nemiscibil, 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 EM, care reprezinta fractiunea de fluid dezlocuit din zona contactata de faza dezlocuitoare ( in care aceasta a patruns). EM depinde de raportul mobilitatilor fazelor dezlocuite si dezlocuitoare si este bine descris de numarul capilar Nc : M= Nc = ma k a / a = mt kt / t (raportul mobilitatilor celor dou faze) (numr capilar)

v

Dezlocuirea macroscopica se caracterizeaz printr-un factor de inundare volumetrica a zacamantului, EVOL. EVOL reprezint raportul dintre volumul porilor contactat de faza dezlocuitoare si volumul total de pori al zonei dezlocuite (arat, 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). EVOL 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 splare si factorul de inundare (sau eficienta macroscopica). ER = EM x E VOL Posibilitati de marire a eficienei microscopice, E M : Modificarea raportului mobilitatilor in sensul scaderii M, prin : scaderea mobilitatii fazei dezlocuitoare (exemplu : apa cu polimeri)70

N1

c

1- 2

cresterea mobilitatii titeiului (exemplu : metode termice )

0

1

- 4

0

Modificarea numarului capilar Nc : Viteza de filtrare este de ordinul cm /zi. Se observ c este necesar ca numarul capilar sa creasca pentru ca in zacamant sa ramana o saturatie in titei cat mai mica.2 0 0 6 0 t Pentru 4injectia conventionala deS apa Nc 106.

1

- 60

La injectia de apa cu polimeri Nc tinde ctre 10 2. Pentru aceasta este necesar ca tensiunea interfaciala sa aiba valori cat mai mici; apare necesitatea utilizriie solutiilor alcaline, care au capacitatea reducerii de circa o mie de ori (valorile obinuite pentru au ordinul de mrime de 25 35 mN /m ).Figura 33

Posibilitati de marire a eficienei volumetrice, EVOL: Modificarea valorii M Amplasarea judicioasa a sondelor Determinarea corect a raportului intre cumulativul extras si cumulativul de agent de dezlocuire ptruns in zona productiva (ori nu este bine masurat, ori se canalizeaza).

Selectarea metodei presupune ca, n funcie de condiiile concrete din strat s se opteze pentru: - scaderea respectiv aplicarea injectiei de solutii alcaline sau tensioactive; - scaderea M - de regula prin cresterea ( soluii de polimeri). viscozitii fazei dezlocuitoare

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: vf = k/ /gradmp/ 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 faz. In plus, la interfaa dintre doua faze nemiscibile, apar presiuni capilare, conform legii lui Laplace. vf=kei/i /gradmp/ La curgerea bifazica, dezlocuirea nu este posibila decat pentru valori medii ale gradientului motor de presiune mai mari decat a valoare prag care71

rezulta din valoarea limit a gradientului capilar de presiune. Peste aceasta valoare, curgerea se amorseaza, iar viteza de curgere tinde spre proporionalitate cu excedentul gradientului motor de presiune. Altfel spus, mediul poros opune cauzei (gradm p), o rezistenta (gradc p), care trebuie nvins 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 consider ca saturaia remanenta se reduce treptat dup trecerea mai multor volume de apa, iar n spatele frontului de dezlocuire se formeaz o zon cu saturaie variabila. (Demonstraie fig. 34).

Sonda in je ctie 0 d fd / d Sd 0

fd

1

0

kr d

1

Sd = 12

S a tu ra t ia

2 1 1 3

2 1 3

3

3

St = 1

kr t

Figura 34. Schema pentru stabilirea eficienei dezlocuirii nemiscibile printeoria Bucklay Leverett: 1. d > t , 2. d < t , cu faza dezlocuitoare mai umezitoare dect cea dezlocuit; 3. Inversarea udrii rocii.

Observaie: Trebuie reamintit c teoria elaborat de Bucklay i Leverett se bazeaz pe o ecuaie de bilan: creterea saturaiei n ap n urma frontului de dezlocuire este datorat volumului de ap intrat n zcmnt, adic: qT df d = qd , qT este debitul total n curgere, iar q d debitul de faz dezlocuitoare.

unde

Ecuaiile de baz sunt:

72

AmdxdS d = qT df d dt q dx qT df d = = T f 'd dt Am dS d Am ,cu saturaia.

f 'd fiind derivata fraciei de faz dezlocuitoare n raport

fd =

qd qd = = qT q d + qt

1 k 1+ t d k d t

Concluzia : Intr-un proces de dezlocuire nemiscibila, pentru ca saturaia remanenta in titei in urma frontului sa fie ct mai redus, este foarte util ca faza dezlocuitoare sa fie mai vscoas decat cea dezlocuita i, in plus, sa umecteze mai bine roca. Poziia frontului de dezlocuire i saturaia remanent n iei variaz n timp, ca n figura 35.S.I. S.R.

1StrSaturatia medie in urm frontului a

Sa

Sai

0

Distanta radiala, m

Figura 35. Variaia saturaiei remanente n urma frontului de dezlocuire

4.2. Utilizarea polimerilor in procese de dezlocuire a titeiului Primele cercetari in Romania s-au facut in 1956, cand s-au executat teste de dezlocuire n laborator, bazate pe folosirea melasei. In 1965 s-a propus pentru prima oara injectia de soluii de polimeri pentru cresterea factorului de recuperare n zcmintele de iei. Polimerii cei mai utilizati pentru modificarea calitatilor apei de injectie pot fi grupati in doua mari categorii : polimeri sintetici73

-

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 hidrolizat (PAH sau PAAH ). Are o structura moleculara liniara, alcatuita dintr-un lan lung de atomi de carbon, la care sunt legate alternativ grupri de carboxil de Na si de amide : - (CH2 - CH ) x - (CH2 - CH )y gruparea amida C =O NH2 Raportul celor doua grupri : de hidroliz si C =O gruparea carboxil O -Na carboxil/amid = y/x se numeste grad

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 i in procesul de foraj, pentru blocarea stratelor cu pierderi de circulaie).74

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 = 7,58,5), masa moleculara de ordinul 3 7*106, iar dimensiunea medie a moleculei este de pana la 106 m. Se prezinta sub forma de pulbere de culoare alba i 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 gradienti de forfecare ridicai; 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 concentrat, de 0,5% (5000 ppm ). Se are in vedere in aceasta etap evitarea aglomerarii polimerului in cocoloae, realizndu-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 viscozitatea 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 obinerea aceleiai viscoziti a soluiei). 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 oxidoreducere cu polimerul. Aceste reactii duc la aparitia gelurilor care colmateaza stratul rezultnd blocarea lui.

75

76

0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b020000000005000 0000c02a6042107040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000000102022253 797374656d0004210700007cc8110072edc630e8a61f000c02000021070000040000002d010000040 00000020101001c000000fb02ceff0000000000009001000000000440001254696d6573204e657720 526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d01010005000000090200000002 0d000000320a2d00ffff01000400000000002107a404209a1600040000002d010000030000000000

4.3. Comportarea soluiilor de polimeri n condiii de laborator i de zcmnt

Comportarea reologic a fluidelor poate fi apreciat pe baza relaiei generale de definiie a viscozitii:

=

dv dn ,

unde:

- este tensiunea tangenial viscozitatea dinamic

70

V i s c o z i t a t e a p a ra pe n t a ,

dv dn - gradient de vitez pe direcia n Astfel, fluidele utilizate n exploatarea zcmintelor de hidrocarburi pot fi clasificate n dou mari categorii: I I I fluide newtoniene, caracterizate prin faptul c, laI presiune i temperatur I I I V constant, viscozitatea rmne constant, indiferent de gradientul de vitez; d v / d n

-

fluide nenewtoniene, la care viscozitatea este dependent de gradientul de vitez (n acest caz se introduce noiunea de viscozitate aparent a fluidului care curge prin mediul poros).

La rndul lor, fluidele nenewtoniene pot fi mprite n: - fluide cu comportare pseudoplastic, la care ap scade cu creterea grad v i - fluide cu comportare dilatant, la care ap crete cnd grad v crete. Soluiile de ap cu polimeri se pot comporta diferit n funcie de viteza cu care ele curg prin strat, aa cum se poate observa n schema din figura 38. Se disting patru zone cu comportare reologic diferit, astfel: I. La valori mici ale vitezei de deplasare prin mediul poros, valoarea ap este maxim, aproximativ constant, dac soluia de polimer este suficient de diluat, astfel nct s nu apar tensiuni de forfecare; n acest domeniu comportarea este newtonian. II. Comportare pseudoplastic (ap scade la creterea grad v) III. Comportare newtonian, ap are valori minime i aproximativ constante la valori relativ mari ale vitezei de curgere; IV. Comportare dilatant, datorat apariiei efectelor viscoelastice (ap crete grad v).Figura 38

cu

Majoritatea soluiilor de polimeri, indiferent dac acetia sunt sintetici (ex. PAAH) sau biopolimeri (ex. guma de Xantan), se comport n zcmnt ca fluide nenewtoniene. Pentru intervalul de vitez ntlnit n mod obinuit n mediul poros, la debite de injecie moderate, comportarea este pseudoplastic, deci viscozitatea aparent scade la creterea gradientului de vitez. Rezult deci c utilizarea unor debite de injecie prea mari poate conduce la comportare dilatant, dar de regul numai pe zone restrnse n jurul sondei de injecie. Comportarea soluiilor de polimeri este influenat de anumiti factori, ntre care salinitatea apei de zcmnt cu care se face diluarea soluiei, concentraia i masa molecular a polimerului, prezena n ap a ionilor de Ca i Mg, aa cum se poate vedea din din diagramele prezentate n figurile 39-43 (cercetri de laborator efectuate cu poliacrilamida).

71

Fig. 39. Influena concentraiei polimerului asupra viscozitii soluiei

Fig. 40. Influena masei moleculare a soluiei polimerului asupra viscozitii

70

70

Apa

Solutii de PAAH preparate cu:

d is tila

V iscozitate aparenta, ap

ta

1

1000

ppm Na Cl 0 pp mNa

Teste executate cu PA A HViscozitate aparenta,ap3

2

10 00

45

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Apa distilata 5000 ppm NaCl 2500 ppm M g C l 2 2 2500 ppm C aCl 5000 ppm M gC l 2 5000 ppm C aCl 2 2500 ppm M g 2 l + 2500 ppm C aC l C 2

Cl 20 00 0 pp mN aC l

6

( 2% )

7

Viteza de filtrare, f

Viteza de filtrare,f

v

v

Fig. 41. Influena preparare asupra poliacrilamid.

salinitii

apei

de

Fig. 43 Comportarea soluiilor de polimer n prezena cationilor bivaleni Ca++ i Mg++

viscozitii soluiei de

Apa

Teste executate cu GU M A de X AN TA Nd is tila

V iscozitate ap arenta,ap

30 0 0

taNa Cl (3%)

0 pp m

Viteza de filtrare, f

v

Fig. 42. Influena salinitii apei asupra comportrii biopolimerilor.

Se observ c viscozitatea soluiei scade mult n prezena cationilor bivaleni de calciu i magneziu. Ionul Ca++ este mai activ, deci mai periculos dect ionul Mg++ n ceea ce privete reducerea de viscozitate. Prezena n combinaie a celor doi ioni bivaleni n apa de preparare sau n apa de zcmnt este i mai duntoare pentru soluiile de polimeri. Acesta este motivul pentru care, nainte de injectarea dopului de polimer, sunt necesare unele msuri destinate reducerii ionilor de Ca i Mg sau pentru diluarea apei de zcmnt puternic mineralizate.

70

4.4. Cercetarea n laborator a caracteristicilor soluiilor de polimeri 4.4.1.Viscozitatea aparent a soluiei S-a definit anterior parametrul M, ca raport al mobilitilor celor dou faze, dezlocuitoare i dezlocuit. Pentru un proces de injecie clasic de ap se poate scrie: ka m k M= a = a = a t kt mt kt a t In cazul dezlocuirii ieiului cu o soluie de polimer, raportul mobilitilor devine: kp Mp =

p k p t = kt kt p t .

La msurarea n laborator cu un viscozimetru de tip Ostwald, variaia viscozitii soluiei de polimer n funcie de concentraia acestuia este aproximativ liniar. In cazul curgerii prin mediul poros, curgere la care poate fi aplicat Legea lui Darcy, se obin indirect, prin calcul, valori mult mai mari pentru vioscozitatea soluiei apare astfel noiunea de viscozitate aparent. Conform legii lui Darcy, viteza de filtrare se poate calcula cu relaia vf = k gradp , kp vf

ap =de unde rezult

gradp

OBS: Se modific de fapt i permeabilitatea mediului poros, kp fiind o permeabilitate efectiv a acestuia fa de soluia de polimer care l traverseaz. In mod practic, determinarea viscozitii aparente se poate realiza n laborator, prin masurarea volumului de soluie de polimer Vpol care trece printr-un model sau carot cu lungimea L i sectiunea de curgere A, dup algoritmul urmtor:

V pol = q p t = v f At V pol = V pol = kp

ap

At gradp

k p p At ap L70

ap =

k p A p V pol L

t

Viscozitatea solutiei

100

renta tate apa ) Viscozi l poros iu (in med

10

ta ozi c Vis1 0,05

a s ur a te m

ta

l d) wa st (O

1

2

3

4

Figura 44. Curba de variaie a viscoziotii aparente, n Concentratiacu viscozitatea comparaie in polimer, % msurat

Viscozitatea aparent are valori de 5...25 de ori mai mari dect cea msurat, dac se consider c permeabilitatea efectiv este constant pentru ap i respectiv pentru soluia de polimer. In realitate, innd seama de reducerea permeabilitii efective n cazul trecerii soluiei, care poate fi considerat ca o rezisten opus curgerii datorit reinerii moleculelor de polimer n porii rocii, scderea mobilitii poate fi explicat prin dou fenomene care nu pot fi separate ca efect, nici ca pondere: creterea viscozitii apei de injecie, ca urmare a aditivrii cu polimer reducerea permeabilitii efective a rocii colectoare. 4.4.2. Factorul de rezisten Micorarea mobilitii soluiei de polimer fa de cea a apei cu care s-a fcut prepararea poate fi exprimat prin raportul celor dou mobiliti, R, numit factor de rezisten, definit ca:

71

ka m k p M a t R= a = a = a = m p k p k p a M p t p unde:

,

Ma-t - este raport al mobilitilor ap-iei, la dezlocuire cu ap, Mp-t raportul mobilitilor polimer- iei, la dezlocuirea cu soluii de

polimeri. Variaia factorului de rezisten poate fi analizat n timp, n funcie de volumul de soluie circulat, pe o carot reprezentativ din zcmntul supus injeciei de polimeri

72

De regul R crete repede pn la cca 20Vp circulate, dup care creterea devine din ce n ce mai lent. Pe baza unei curbe de acest gen, obinut n laborator se poate aprecia c polimerul utilizat nu va conduce la blocarea porilor n zcmnt. Trebuie ns precizat c n laborator volumul de pori al carotei sau modelului utilizat este foarte mic, deci se pot vehicula volume importante de soluie, ce pot ajunge pn la 100 Vp. In zcmnt volumul de soluie injectat va fi, n orice caz, mult mai mic dect volumul porilor.

Factorul de rezistenta, R10

20

50

100

Raport intre volumul injectat si volum ul porilor, Vinj / Vp

Fig. 45. Curba tipic a factorului de rezisten

70

Totui, n zona din apropierea sondei de injecie, este posibil s apar un blocaj, deoarece prin aceast zon ptrund n timp cantiti mari de polimer, iar reinerea pe roc poate fi important. De exemplu, la un debit de injecie de 60 m3/zi, timp de 10 ani, cumulativul de soluie injectat vafi: 60 x 350 x 10 = 210 000 m3. Pentru deblocare se poate executa un tratament cu hipoclorit de sodiu, aplicabil n general pentru nlturarea blocajelor cu material organic sau de natur bacterian. Sunt necesare dou etape succesive: 1. Se injecteaz 2m3/m perforat soluie hipoclorit de sodiu, cu concentraia de 5%, n 5 reprize, cu pauz de 15 minute ntre ele; urmeaz un dop de ap dulce pentru separare. 2. Se face o acidizare cu o soluie compus din amestec de acid acetic, clorhidric, fluorhidric, aldehid formic i inhibitori; dup o pauz de reacie de 8 ore, drenarea se face prin pistonare. 4.4.3. Factorul de rezisten rezidual Pentru aprecierea reducerii permeabilitii rocii colectoare dup trecerea unui dop de soluie de polimeri, a fost definit factorul de rezisten rezidual, ca raport intre mobilitatea apei nainte de trecerea polimerului i mobilitatea apei dup trecerea dopului de polimer: ka m k k Rr = a = a = a a = a map k ap a k ap k ap a Se observ c acest factor se refer de fapt la rapotul permeabilitilor efective ale rocii fa de apa de injecie, nainte i dup trecerea dopului de soluie de polimer. Deoarece exist riscul blocrii stratului la creterea volumului injectat, este necesar o selectare prealabil a soluiei: astfel o soluie de polimer cu un factor de rezisten R = 8...12 poate bloca formaiuni cu permeabilitate k < 200 mD, n timp ce pentru strate cu k > 1000 mD soluiile cu R = 3...4 sunt total ineficiente. 4.4.4. Reinerea polimerului n mediul poros Interaciunea soluiei de polimer cu roca are ca efect reinerea substanei active din soluie i modificarea proprietilor acesteia. In principal, sunt de evideniat dou aspecte: reinerea mecanic a macromoleculelor de polimer n porii foarte fini, reinerea prin adsorbia polimerului pe suprafaa udat, fenomen dependent de compoziia rocii (mult mai accentuat n prezena argilelor).

Ambele mecanisme conduc n final la diminuarea concentraiei soluiei i scderea viscozitii acesteia, iar efectul cumulat se poate aprecia n laborator prin msurarea concentraiei efluentului dup trecerea mai multor volume de pori. Se constat c reinerea polimerului este aproape total la aproximativ 1 Vp injectat, dup care concentraia crete i se apropie de valoarea iniial la70

vehicularea unui volum de soluie egal cu mai multe volume de pori (fig. 46). Cum msurarea concentraiei efluentului este dificil de realizat, aceasta se poate determina ntr-un mod indirect, prin intermediul unei curbe etalon de viscozitate (fig. 47). Practic se msoar viscozitatea efluentului, iar valoarea obinut se raporteaz pe curb, rezultnd astfel concentraia.C e f lu e n tViscozitatea solutiei de polim eri,

Cin itia l

sp initial eflu ent

2

4

6

8

Vinj /V p0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

C, % PA AH

C efluent

Cinitial

Fig. 46. Variaia efluentului n funcie prob

concentraiei Fig. 47. Curba etalon de viscozitate

de volumul de soluie injectat n

71

70

4.4.5. Factorul de sit Este definit ca raportul dintre viscozitatea soluiei de polimer i cea a apei de preparare: F=

p a

Acest parametru este util att pentru aprecierea reinerii polimerului n roc, ct i pentru determinarea gradului de forfecare (laminare) a soluiei la trecerea prin instalaiile de suprafa sau prin mediul poros. Se determin cu ajutorul unui aparat numit viscozimetru cu site sau viscozimetru de filtrare (fig. 48), ca raport ntre timpul de curgere al soluiei de polimer i respectiv al apei de preparare, pentru un volum dat.

71

Volumul utilizat este 30 cm3, iar pentru apa de zcmnt cu care se prepar soluia de injecie cu concentraia de 0,05% timpul de scurgere este aproximativ 9 secunde. Pentru soluia de polimer se au n vedere condiii stricte de prelevare, transport i introducere n aparat, proba fiind luat de la capul de injecie al sondei i trecut n viscozimetru fr contact cu aerul. Dac factorul de sit iniial, determinat anterior, imediat dup dizolvarea polimerului, a avut o valoare mai mare dect cel obinut la proba luat de la capul de injecie (de exemplu 10 fa de 6), aceast scdere poate fi cauzat de: nerespectarea concentraiei soluiei; - calitatea apei de diluare; - prezena oxizilor de fier n rezervoare sau conducte (motiv pentru care se prefer rezervoare de inox sau fibr de sticl);

- contactul soluiei cu oxigenul; - masa molecular prea mic a polimerului.

Reper

Reper Pachet de 5 site 0,25 mm (100 mesh)

Fig. 48. Viscozimetru de filtrare

70

O corelare ntre factorul de sit i factorul de rezisten arat o dependen liniar: prin urmare, la un factor de sit diminuat rezult i un factor de rezisten mai redus dect cel proiectat (fig. 49). Pe de alt parte prin corelarea factorului de sit sau factorului de rezisten cu concentraia n polimer (fig. 50) se poate aprecia gradul de degradare a soluiei de polimer pn la capul de injecie prin forfecarea n pompe, filtre, conducte etc.RR

Rr

Rr

Fr

F

200 Cefluent

400 Concentratie, ppm

Fig. 49. Corelarea factorilor de sit i de rezisten

Fig. 50. Corelarea factorului R cu concentraia

70

4.5. Posibilitati de degradare a solutiilor de polimeri si evitarea acesteia : 1. Depozitarea polimerilor care se prezint sub form de granule (pulbere), se face n saci de polietilen, deoarece substana este uor higroscopic (absoarbe umiditatea din aer). 2. Temperatura ridicat, de 125150 0C, degradeaz att polimerul (granule), ct i soluiile de polimeri. In general, o temperatur de circa 300 in instalaiile de preparare i de 60 700 in zcmnt nu afecteaz calitatea soluiei. 3. Degradarea chimic : Contactul cu oxigenul dizolvat in apa de preparare i de diluare a soluiei, sau aflat in rezervoare, reduce cu 25% viscozitatea soluiei, determinat prin factorul de sit. Prezena oxizilor de fier i n special a hidroxizilor ferici reduce mult viscozitatea soluiei de polimeri, fapt explicat prin ruperea macromoleculelor. Acest efect este i mai pronunat daca apa de preparare conine oxigen.

-

Prevenire : - Tratarea apei de preparare se face n sistem nchis pentru ndepartarea total a suspensiilor solide, ieiului, compuilor cu fier i oxigenului. - Indeprtarea oxigenului se face prin tratare cu hidrosulfit de sodiu ( Na 2S2O4 ) sau cu aldehida formica (primul produs este mai performant). Hidrosulfitul reduce cantitatea de oxigen pana la 0,2 ppm i dizolv hidroxizii ferici, la un pH neutru, asigurnd stabilitatea ndelungat a soluiei. Aldehida formic poate forma geluri blocante cu unele sorturi de PAA. - Prepararea, stocarea i pomparea soluiei de polimer se vor face tot in sistem nchis, echipamentele fiind anticorozive (conducte inox, rezervoare din fibr de sticl, pern de gaze inerte in rezervor ). - Salinitatea mare a apei de diluare conduce , aa cum s-a artat anterior, la scderea accentuat a viscozitii soluiei . Prezena ionilor bivaleni in ap amplific acest fenomen.

4. Degradarea mecanic - apare prin forfecarea i laminarea soluiei la trecerea acesteia cu vitez mare prin instalaiile de suprafa: pompe, duze reglabile, coturi, teuri, filtre, ca i prin perforaturile sondei (scderea presiunii dup strangulare duce la ruperea moleculelor de polimer, ceea ce implic scderea accentuat a viscozitii soluiei). Prevenire : Pompele centrifuge sunt nlocuite cu pompe cu piston; Ar fi necesar utilizarea unor pompe de debit scazut, care s injecteze separat n fiecare sond; cum acest lucru este70

dificil de realizat n practic, la pomparea n mai multe sonde cu o singur pomp duzele reglabile se nlocuiesc cu serpentine din eav cu =6 8 mm, care reduc debitul prin frecare; Teurile i coturile n unghi drept sunt nlocuite cu curbe de acelai diametru; Coloana se perforeaz cu numr mare de gloane i se ndeprteaz eventualele blocaje; Soluia se filtreaz cu filtre de psl, pnz etc, care se pot spla invers ( nu prin nisip).

Oprirea repetat i de durat a injeciei duneaz procesului de dezlocuire: moleculele de polimer se aglomereaz n porii rocii, iar la repornirea injeciei presiunea poate avea valori mult mai mari dect nainte de oprire: pentru acelai debit de injecie vitezele de curgere devin mai mari datorit strangulrilor care apar n zcmnt, i rezult ruperea moleculelor, cu scderea viscozitii soluiei. Prevenire : reluarea injeciei la debit moderat, urmat de creterea progresiv a acestuia.

5. Degradarea soluiei n zcmnt - este datorat reinerii substanei active pe suprafaa rocii prin fenomene de adsorbie. Apare diluarea soluiei la faa frontului de dezlocuire, n timp ce partea final a dopului i pstreaz o concentraie mai apropiat de cea iniial (ntotdeauna fenomenul de reinere este mai accentuat la primul contact cu roca). Pe de alt parte, n spatele frontului de dezlocuire apare o rezisten rezidual la curgere, care se manifest prin reducerea permeabilitii att fa de dopul de polimer, ct i fa de apa care l mpinge prin zcmnt. Datorit diferenelor de mobilitate ntre ap i polimer, n spatele dopului de soluie care dezlocuiete ieiul, se pot forma canalizri ale apei de injecie, care are tendinta s nainteze mai repede dect soluia. Fenomenul este accentuat mai ales dac volumul dopului este redus, sub 0,3Vpori. Din acest motiv se recurge la folosirea unor dopuri programate cu concentraia iniial mai mare, care descrete treptat, rezultatul fiind o deplasare mai uniform a frontului de dezlocuire:

Recuperare, %

S.R.Titei Solutie polimer Titei

S.R.

30

pP Do

a rog r

mat

S.I.

Apa de injectie

Solutie de polimer

20

So

l ut

er - D olim ie pa ca d e

o p no

rm al

Apa de injectie

10

c las i ctie I nje

pa

S.I.1 2 3

Dop normal Dop programat Vinj = 0,2 Vp Vinj = 0,1 Vp Figura 51. Punerea n eviden a avantajelor utilizrii dopului programat.71

Vinj / Vp

3.5. Alte utilizri ale polimerilor La orice proces de dezlocuire cu soluii micelare, tensioactive sau alcaline, la care mobilitatea soluiei este mai mare dect a ieiului, dup dopul respectiv de soluie se injecteaz un dop de soluie de polimer pentru mpingerea dopului iniial, acesta fiind dezlocuit la rndul lui prin injecie normal de ap. Se controleaz n acest mod mobilitatea i se realizeaz o deplasare uniform a frontului de soluie activ, mrindu-se astfel factorul de recuperrare (fig 52).

Recuperare

lut So

icela ii m

re +

eri polim

re icela tii m ol u S limer i H +po NaO de polimer i SolutiiInjectie de apa

1

2

3

4

5

Vinj / Vp

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

3.6. Criterii de selecie a zcmintelor pentru aplicarea unui proces de cretere a recuperrii de injecie de polimeri Se cere o foarte bun cunoatere a zcmntului din punct de vedere geologic i o anumit experien a operatorului n domeniul recuperrii secundare a ieiului. Principalele criterii de selecie sunt legate de : a. Roca colectoare Sunt preferate colectoarele constituite din gresii si nisipuri consolidate; De evitat rocile cu un coninut ridicat n CaCO3 Mg CO3, mai ales cele cu grad mare72

de fisurare, deoarece pot avea loc canalizri ale dopului de polimer. Prezena unor zone mari de cap de gaze sau acvifer duce la pierderi excesive de soluie de polimeri, explicat prin diferenele de mobilitate. Heterogenitatea mare a zcmntului i coninutul ridicat n argile sunt de evitat. Nu sunt apte pentru proces colectoarele care au grosimea brut mult mai mare dect grosimea net. Adncimea condiioneaz procesul prin presiune i temperatur: adncimea minim - 300 m; adncimea maxim - astfel nct temperatura i salinitatea apei sa nu duc la degradarea soluiei ( maximum 1250C, dar mai sigur sub 900 C pentru poliacrilamida i 700 pentru guma de Xantan). Porozitatea si permeabilitatea sa fie situate,de preferat, n gama valorilor medii i mari : m = 15 35% k > 100 mD. Starea de saturaie a zcmntului la iniierea procesului : este avantajos ca St > 50%, adic procesul s se iniieze ct mai devreme, pentru aplicarea acestuia ca metod secundar i eventual chiar primar de recuperare.

b. Fluidele din zcmnt Se prefer ieiurile cu = 5 125 mPa.s. Dac exist ali parametri favorabili, se poate merge chiar pn la = 200 cP. Densitatea ieiului t = 850 900 kg / m3 Salinitatea apei de zcmnt < 20 000 ppm Na Cl (2%) i lipsit de Ca ++ si Mg ++

Observaii : Se va analiza starea tehnic a sondelor i eventualele dificulti ce pot s apar ca urmare a iniierii procesului: nisipri, depuneri de parafine, fenomene de coroziune etc.

73