Określenie możliwości zastosowania symulacji komputerowej do przewidywania kierunku przebiegu reakcji podczas zatłaczania wód złożowych

• Autorzy: Jakubowicz Piotr , Steliga Teresa , Kluk Dorota , Wojtowicz Katarzyna

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.04.04

Warianty tytułu

EN

The possibility of application of computer simulation to predict the direction of the reaction during injection of reservoir waters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obecnie praktycznie całość wód wydobytych w procesie eksploatacji węglowodorów zostaje zagospodarowana poprzez zatłoczenie do wyeksploatowanych złóż. Zmiany parametrów fizyczno-chemicznych (pH, potencjału redox, temperatury itp.) wody podczas wydobycia oraz kontakt wody zatłaczanej z obecną w złożu wodą rodzimą i skałą złożową mogą skutkować wytrącaniem cząstek osadów i zawiesin. Powoduje to kolmatację strefy przyodwiertowej i ograniczenie ilości wody możliwej do zatłoczenia odwiertem chłonnym. Z uwagi na wysoki stopień skomplikowania układu woda zatłaczana–woda złożowa–skała zbiornikowa oraz szeroki wachlarz oddziaływań pomiędzy poszczególnymi składnikami dysponowanie danymi analitycznymi nie zawsze pozwala na prawidłową interpretację przebiegu procesów i określenie ich wpływu na przepuszczalność strefy przyodwiertowej. Wykorzystując wyniki analiz fizyczno-chemicznych składu próbek wód separatorowych o zróżnicowanych właściwościach – dwie próbki o niskiej mineralizacji S1K (575 mg/dm3 ) i S4K (551 mg/dm3 ), próbka o wysokiej mineralizacji S2K (306 428 mg/dm3 ) i próbka o średniej mineralizacji S3K (79 858 mg/dm3 ) – przeprowadzono obliczenia z wykorzystaniem programu PHREEQC dla trzech baz danych: phreeqc.dat, wateq4f.dat oraz pitzer.dat. Stwierdzono, że w przypadku wód o niskiej mineralizacji wyniki uzyskane na podstawie każdej z baz danych są zbliżone dla minerałów występujących we wszystkich bazach. Natomiast w przypadku roztworów o wysokiej mineralizacji pojawiają się wyraźne różnice w otrzymanych rezultatach. Obliczone indeksy rozpuszczalności pozwoliły na określenie kierunku przebiegu reakcji wytrącania/rozpuszczania poszczególnych minerałów w złożu i wskazanie zagrożeń – głównie ze względu na powstające osady związków żelaza – dla pracy odwiertu zatłaczającego. Przeprowadzono także badania laboratoryjne mieszania wód, podczas których zaobserwowano powstawanie osadów tlenków żelaza, mogących uszkadzać strefę przyodwiertową, co potwierdziło dane uzyskane podczas symulacji komputerowych.

EN

Currently, practically the entire volume of water extracted in the process of hydrocarbon exploitation is utilized by injection into deposits. Changes in the physico-chemical parameters (pH, red-ox potential, temperature, etc.) of the water during extraction and the contact of the injected water with the native water and deposit rock may result in the precipitation of sediment particles and suspensions. It causes clogging of the near-wellbore zone and limits the amount of water that can be injected with the injection well. Due to the high complexity of the system: the injected water–reservoir rock, and a wide range of interactions between individual components, the analytical data does not always allow for the correct interpretation of the course of the processes and determination of their impact on the permeability of the near-well zone. Using the results of physico-chemical analyses of the composition of separator water samples with different properties – two samples with low mineralization S1K (575 mg/dm3 ) and S4K (551 mg/dm3 ), a sample with high S2K (306 428 mg/dm3 ) and medium mineralization S3K (79 858 mg/dm3 ) – calculations were performed using the PHREEQC program for the three databases: phreeqc.dat, wateq4f.dat and pitzer.dat. It was found that in the case of low mineralization waters, the results obtained in each of the databases are similar for the minerals present in all the databases. However, in the case of solutions with high mineralization, there are significant differences in the obtained results. The calculated solubility indices allowed to determine the direction of the precipitation/dissolution reaction of individual minerals in the deposit and to indicate the risks, mainly with the formation of iron compounds deposits, for the operation of the injection well. Laboratory tests of water mixing were also carried out. The formation of iron oxide deposits that could damage the near-well zone was observed, which confirmed the results obtained during computer simulations.

Słowa kluczowe

PL

wody złożowe; zatłaczanie wód; indeks rozpuszczalności; PHREEQC

EN

reservoir waters; water injection; solubility index; PHREEQC

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 4
• Strony: 244--254
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz.

Twórcy

autor

Jakubowicz Piotr

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Steliga Teresa

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kluk Dorota

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Wojtowicz Katarzyna

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Abdelaziz R., Merkel B.J., Zambrano-Bigiarini M., Nair S., 2019. Particle swarm optimization for the estimation of surface complexation constants with the geochemical model PHREEQC-3.1.2. Geoscientific Model Development, 12: 167–177. DOI: 10.5194/gmd-12-167-2019.
• Ball J.W., Nordstrom D.K., 1991. WATEQ4F – User’s manual with revised thermodynamic data base and test cases for calculating speciation of major, trace and redox elements in natural waters. U.S. Geological Survey Open-File Report, 90–129: 1–185.
• Cebulski D., Urbaniec A., Łukaszewski P., 2017. Możliwości zastosowania wybranych metod badawczych do określania własności i cech strukturalnych soli kamiennych. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, 217: 1–191. DOI:10.18668/PN2017.217.
• Daneshgar S., Buttafava A., Callegari A., Capodaglio A.G., 2018. Simulations and Laboratory Tests for Assessing Phosphorus Recovery Efficiency from Sewage Sludge. Resources, 7(3): 54. DOI: 10.3390/resources7030054.
• Dobrzyński D., 2006. Modelowanie geochemiczne narzędziem poznania geochemii systemów wód podziemnych. Przykłady zastosowań, aktualny stan w Polsce. Przegląd Geologiczny, 54(11): 976–981.
• Fowler S.J., Kosakowski G., Driesner T., Kulik D.A., Wagner T., Wilhelm S., Masset O., 2016. Numerical Simulation of Reactive Fluid Flow on Unstructured Meshes. Transport in Porous Media, 112: 283–312. DOI: 10.1007/s11242-016-0645-7.
• Gao Y., Pu S., Zheng C., Yi S., 2019. An improved method for the calculation of unsaturated–saturated water flow by coupling the FEM and FDM. Scientific Reports, 9, 14995. DOI: 10.1038/s41598-019-51405-4.
• Guorui W., Qiang W., Zizhong Y., Na Z., Chengbao D., Xia C. Hui W., 2019. Fine Prediction for Mine Water Inflow on Basis of Visual Modflow. International Journal of Oil, Gas and Coal Engineering, 7(2): 52–59. DOI: 10.11648/j.ogce.20190702.12.
• He W., Xie Z., Lu W., Huang M., Ma J., 2019. Comparative analysis on floc growth behaviors during ballasted flocculation by using aluminum sulphate (AS) and polyaluminum chloride (PACl) as coagulants. Separation and Purification Technology, 213: 176–185. DOI:10.1016/j.seppur.2018.12.043.
• Heredia D.J., 2017. Improvement of the numerical capacities of simulation tools for reactive transport modeling in porous media. Earth Sciences. Université Rennes 1.
• Hu Y., Mackay E., 2016. Modelling of geochemical reactions during smart water injection in carbonate reservoirs. European Association of Geoscientists & Engineers, 1–5. DOI: 10.3997/2214-4609.201600768.
• Huber P., Neyret C., Fourest E., 2017. Implementation of the anaerobic digestion model (ADM1) in the PHREEQC chemistry engine. Water Science & Technology, 76(5–6): 1090–1103. DOI: 10.2166/wst.2017.282.
• Jakóbczyk S., Kowalczyk A., 2011. Zastosowanie modelowania geochemicznego do oceny warunków kształtowania się składu chemicznego wód podziemnych w rejonie ujęcia Gliwice Łabędy. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 445: 217–226.
• Jakubowicz P., 2010. Wybrane problemy zagospodarowania odpadowych wód kopalnianych. Nafta-Gaz, 5: 383–389.
• Jakubowicz P., Steliga T., 2012. Assessment of the Main Threats to Injection Well Damage Caused by Reservoir Waters using AquaChem Software as well as Laboratory Tests Application. Nafta-Gaz, 10: 655–660.
• Jakubowicz P., Steliga T., 2017. Efektywność działania nowoczesnych koagulantów glinowych w warunkach obniżonego pH wód z formacji łupkowych. Nafta-Gaz, 3: 169–176. DOI: 10.18668/NG.2017.03.04.
• Kluk D., 2011. Badania procesu mieszania wód zatłaczanych z wodami złożowymi o zróżnicowanych potencjałach elektrochemicznych. Nafta-Gaz, 2: 98–106.
• Klunk M.A., Damiani L.H., Feller G., Conceição R.V., Abel M., De Ros L.F., 2015. Geochemical modeling of diagenetic reactions in Snorre Field reservoir sandstones: a comparative study of computer codes. Brazilian Journal of Geology, 45(1). DOI: 10.1590/2317-4889201530145.
• Lassin A., Andre L., Lach A., 2017. Considerations about the building of a thermodynamic database for the chemical description of highly saline systems. Procedia Earth and Planetary Science, 17: 304–307. DOI: 10.1515/gospo-2017-0017.
• Lewkiewicz-Małysa A., Winid B., 2011. Geologiczne i geochemiczne aspekty chłonności otworów wykorzystywanych do zatłaczania wód złożowych. Środkowo-Pomorskie Towarzystwo Naukowe Ochrony Środowiska. Rocznik Ochrona Środowiska, 13: 1985–1999.
• Li L., Wu Y., Chong S., Wen Q., 2020. The application of TOUGHREACT in the field of energy and environment. IOP Conf. Ser.: Earth and Environmental Science, 569. DOI: 10.1088/1755-1315/569/1/012093.
• Li X., He X., Yang G., Zhao L., Chen S., Wang C., Chen J., Yang M., 2016. Study of groundwater using visual MODFLOW in the Manas River Basin, China. Water Policy, 18(5): 1139–1154. DOI: 10.2166/wp.2016.180.
• Lubaś J., Stopa J., Warnecki M., Wojnicki M., 2019. Możliwości zastosowania zaawansowanych metod wspomagania wydobycia ropy naftowej ze złóż dojrzałych. Nafta-Gaz, 1: 24–28. DOI: 10.18668/NG.2019.01.04.
• Muggeridge A., Cockin A., Webb K., Frampton H., Collins I., Moulds T., Salino P., 2014. Recovery rates, enhanced oil recovery and technological limits. Phil. Trans. R. Soc. A., 372: 1–25. DOI: 10.1098/rsta.2012.0320.
• Parkhurst D.L., Appelo C.A.J., 1999. User’s guide to PHREEQC (Version 2) – A computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations. U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report, 99–4259: 1–312.
• Parkhurst D.L., Thorstenson D.C., Plummer L.N., 1980. PHREEQE – A computer program for geochemical calculations. U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report, 80–96: 1–195. (Revised and reprinted August, 1990.)
• Pitzer K.S., 1973. Thermodynamics of electrolytes – 1. Theoretical basis and general equations. Journal of Physical Chemistry, 77(2): 268–277.
• Plummer L.N., Parkhurst D.L., Fleming G.W., Dunkle S.A., 1988. A computer program incorporating Pitzer’s equations for calculation of geochemical reactions in brines. U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report, 88–4153: 1–310.
• Ren J.M., Yang Y., Hu X.W., 2011. Application of GIS and FEFLOW in Forecasting Groundwater Flow Field of Minqin Basin. Advanced Materials Research, 368–373: 2128–2131.
• Rubinstein J.L., Mahani A.B., 2015. Myths and Facts on Wastewater Injection, Hydraulic Fracturing, Enhanced Oil Recovery, and Induced Seismicity. Seismological Research Letters, 86(4): 1060–1067. DOI: 10.1785/0220150067.
• Steliga T., Jakubowicz P., Kapusta P., 2015. Changes in toxicity during treatment of wastewater from oil plant contaminated with petroleum hydrocarbons. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 90: 1408–1418. DOI: 10.1002/jctb.4442.
• Teh C.Y., Budiman P.M., Shak K.P.Y., Wu T.Y., 2016. Recent Advancement of Coagulation–Flocculation and Its Application in Wastewater Treatment. Industrial & Engineering Chemistry Research, 55(16): 4363–4389. DOI: 10.1021/acs.iecr.5b04703.
• Uliasz-Misiak B., Chruszcz-Lipska K., 2017. Aspekty hydrogeochemiczne związane z mieszaniem wód złożowych zatłaczanych do złoża węglowodorów. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 33(2): 69–80. DOI: 10.1515/gospo-2017-0017.
• Wanner C., Eichinger F., Jahrfeld T., Diamond L.W., 2017. Unraveling the formation of large amounts of calcite scaling in geothermal wells in the Bavarian Molasse Basin: a reactive transport modeling approach. Procedia Earth and Planetary Science, 17: 344–347. DOI:10.1016/j.proeps.2016.12.087.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).