Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numeryczne symulacje procesu magazynowania wodoru w częściowo wyeksploatowanym złożu gazowym

Szott Wiesław, Miłek Krzysztof

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 1

41--55

PL

W pracy przedstawiono charakterystyki potencjalnych struktur możliwych do wykorzystania w celu magazynowania wodoru. Sformułowano kryteria wyboru optymalnej struktury, takie jak: pojemność dostępna dla wodoru, zakres historycznych ciśnień złożowych, ciśnienie szczelinowania, własności transportowe skały, aktywność wody podścielającej, rodzaj płynu złożowego, temperatura złożowa. Stosując te kryteria, wybrano strukturę złoża gazu ziemnego funkcjonującą obecnie jako PMG (podziemny magazyn gazu). Dla znalezienia charakterystyk wybranej struktury jako PMW (podziemnego magazynu wodoru) skonstruowano kompozycyjny model złożowy poprzez konwersję istniejącego modelu typu black oil. W tym celu model złoża uzupełniono o wieloskładnikowy model płynu złożowego opisany równaniem stanu Soave’a–Redlicha–Kwonga oraz o kompozycyjne hydrauliczne modele odwiertów. Kompletny model złoża efektywnie skalibrowano, wykorzystując wieloletnie historyczne dane eksploatacyjne obejmujące wydajności wydobycia ze złoża, zatłaczania i odbioru gazu w ramach PMG oraz ciśnienie zmierzone na spodzie odwiertów eksploatacyjnych. Zweryfikowany model wykorzystano do wielokrotnych symulacji procesu magazynowania wodoru, stosując realistyczne ograniczenia dla zatłaczania i odbioru gazu, tj. czas zatłaczania i odbioru, limity na sumaryczną ilość zatłaczanego wodoru oraz odbieranego gazu, minimalną czystość odbieranego wodoru. Rozpatrzono warianty różniące się szczegółami konwersji PMG na PMW oraz zakładanym maksymalnym stopniem zanieczyszczenia odbieranego wodoru. Podstawowe własności geologiczne wynikały z oryginalnych właściwości struktury i nie podlegały modyfikacjom, natomiast nieznany, ale istotny parametr dyspersji, decydujący o mieszaniu się gazu zatłaczanego z gazem rodzimym, był przedmiotem analizy warianto- wej. Wyniki ilościowe prognoz pracy PMW uzupełniono szczegółową analizą rozkładów nasycenia wodorem na różnych etapach i w różnych cyklach pracy magazynu. W pracy badano wpływ zjawiska dyspersji na wyniki pracy magazynu poprzez implementację zjawiska dyspersji numerycznej, weryfikację poprawności korelacji dyspersji z prędkością migracji oraz identyfikację wielkości dyspersji dla różnych wariantów modelu złoża.

EN

The paper presents the characteristics of potential structures that can be used for hydrogen storage. The criteria for selecting the optimal structure were formulated. They include estimated sequestration capacity, range of historical reservoir pressures, fracturing pressure, transport properties of the rock, activity of the underlying water, type of reservoir fluid, reservoir temperature. After applying these criteria, a natural gas field structure, currently functioning as a UGS (underground gas storage) facility, was selected. In order to find the characteristics of the selected structure as a UHS (underground hydrogen storage), a compositional reservoir model was constructed. For this purpose, a multicomponent model of the formation fluid described by the Soave–Redlich–Kwong equation of state was built and supplemented with compositional hydraulic models of wells. The complete model of the field was effectively calibrated using historical operational data, including the production rate from the gas field, gas injection and withdrawal under the UGS operation and the pressures measured at the bottom of the production wells. The verified model was used for multiple simulations of the hydrogen storage process using realistic constraints for gas injection and withdrawal, i.e., injection and withdrawal times, limits for the total amount of injected hydrogen and withdrawn gas, maximum acceptable contamination of the withdrawn hydrogen. Consequently, simulation scenarios differed in the details of the UGS – UHS conversion and withdrawn gas composition. The basic geological properties resulted from the original structure properties were not subject to modification, while the unknown but significant dispersion parameter determining the mixing of the injected gas with the original gas was subject to changes. The quantitative results of the UHS operation forecasts were supplemented with a detailed analysis of the distribution of hydrogen saturation at various stages and in different operation cycles of the storage schedule. The study investigated the influence of the dispersion phenomenon on the results of storage operation by implementing the phenomenon of numerical dispersion, verifying the correctness of the correlation between dispersion and migration speed, and identifying the dispersion values for various reservoir models. Basic conclusion was derived from the obtained simulation results.

2

Numerical procedure to effectively assess sequestration capacity of geological structures

Szott Wiesław, Miłek Krzysztof

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 12

783--794

EN

The paper presents a numerical procedure of estimating the sequestration capacity of an underground geological structure as a potential sequestration site. The procedure adopts a reservoir simulation model of the structure and performs multiple simulation runs of the sequestration process on the model according to a pre-defined optimization scheme. It aims at finding the optimum injection schedule for existing and/or planned injection wells. Constraints to be met for identifying the sequestration capacity of the structure include a no-leakage operation for an elongated period of the sequestration performance that contains a relaxation phase in addition to the injection one. The leakage risk analysis includes three basic leakage pathways: leakage to the overburden of a storage formation, leakage beyond the structural trap boundary, leakage via induced fractures. The procedure is implemented as a dedicated script of the broadly used Petrel package and tested on an example of a synthetic geologic structure. The script performs all the tasks of the procedure flowchart including: input data definitions, simulation model initialization, iteration loops control, simulation launching, simulation results processing and analysis. Results of the procedure are discussed in detail with focus put on various leakage mechanisms and their handling in the adopted scheme. The overall results of the proposed procedure seem to confirm its usefulness and effectiveness as a numerical tool to facilitate estimation of the sequestration capacity of an underground geological structure. In addition, by studying details of the procedure runs and its intermediate results, it may be also very useful for the estimation of various leakage risks.

PL

W artykule przedstawiono numeryczną procedurę szacowania pojemności sekwestracyjnej podziemnej struktury geologicznej jako potencjalnego obiektu sekwestracji. Procedura wykorzystuje symulacyjny model złożowy struktury i wykonuje wielokrotne przebiegi symulacyjne procesu sekwestracji na jej modelu zgodnie ze skonstruowanym w ramach pracy schematem optymalizacyjnym. Jego celem jest znalezienie optymalnego programu zatłaczania sekwestrowanego CO2 za pomocą istniejących i/lub planowanych odwiertów zatłaczających. Warunkiem koniecznym określenia pojemności sekwestracyjnej struktury jest brak ucieczki sekwestrowanego gazu w zakładanym okresie funkcjonowania obiektu, obejmującym wieloletnią fazę relaksacji po zakończeniu właściwego etapu zatłaczania. Analiza ryzyka ucieczki sekwestrowanego gazu rozpatruje trzy podstawowe drogi ucieczki: do nadkładu formacji składowania, poza granicę pułapki strukturalnej, przez indukowane szczeliny lub inne elementy nieciągłości struktury. Procedura ta zaimplementowana jest jako skrypt szeroko stosowanego pakietu Petrel firmy Schlumberger i testowana jest na przykładzie syntetycznej struktury geologicznej przedstawiającej fragment antykliny. Do opisu modelu statycznego oraz dynamicznego wykorzystano parametry pochodzące z modelu struktury, do której obecnie zatłaczane są powrotnie gazy kwaśne. Skrypt ten realizuje wszystkie zadania schematu blokowego procedury, obejmujące: definiowanie danych wejściowych, inicjowanie modelu symulacyjnego, sterowanie pętlami iteracji, uruchamianie symulacji, przetwarzanie i analizę wyników symulacji. Szczegółowo omówione zostały wyniki procedury, z uwzględnieniem różnych mechanizmów ucieczki, i ich analiza w przyjętym schemacie. Ogólne wyniki proponowanej procedury potwierdzają jej przydatność i skuteczność jako narzędzia numerycznego do oceny pojemności sekwestracyjnej podziemnych struktur geologicznych. Ponadto, poprzez badanie szczegółów przebiegu procedury i jej pośrednich wyników wskazuje, że narzędzie to może być również bardzo przydatne do szacowania różnych zagrożeń ucieczki sekwestrowanego gazu z badanej struktury.

3

Long-term sequestration process in the Borzęcin structure – observation evidence of the injected acid gas migration and possible leakage

Lubaś Jan, Szott Wiesław, Lętkowski Piotr, Gołąbek Andrzej, Miłek Krzysztof, Warnecki Marcin, Wojnicki Mirosław, Kuśnierczyk Jerzy, Szuflita Sławomir

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2020

|

nr 230

1--176

EN

The monograph presents the results of research carried out under the European SECURe (Subsurface Evaluation of CCS and Unconventional Risks) project in the years 2018-2020. A significant part of the SECURe project comprised evaluation of the effects of the long-term CO₂-H₂S sequestration process in the Borzęcin reservoir structure. This monograph includes all historical operational data determining assumed and implemented parameters of the process and various tests and analyses performed on downhole, as well as surface samples of reservoir fluids, taken from selected wells of the structure. They were aimed at identifying the propagation and intensity of acid gas migration within the structure and potential leakage pathways towards the ground surface. Some of the tests such as analysis of soil gas samples or samples of gas dissolved in brine have never been conducted before, and provided additional information on the safety of geological storage of acid gases within the Borzęcin structure. Corrosion potentials of well tubing and cement were also examined and analysed as they are crucial factors of well completion and leakage prevention. Key components of performed studies and analyses included a simulation model of the Borzęcin structure, constructed from a broad set of geological, geophysical and petrophysical data. The model was calibrated against available operational and measured data, and used to determine basic characteristics of the sequestration process such as: fluid saturations and compositions, their variation in time due to fluid migrations and the transition between various phases. The observation evidence indicating the absence of acid gas leakage from the Borzęcin structure was confirmed and explained by the simulation results of the sequestration process. The constructed and calibrated model of the structure was also used to predict the future performance of the current sequestration project. In addition, the capacity of the Borzęcin structure for increased sequestration was assessed by finding the optimum scenario of the risk-free sequestration performance.

PL

Monografia przedstawia wyniki badań przeprowadzonych w latach 2018-2020 w ramach europejskiego projektu SECURe. Jednym z działań podjętych w tym projekcie było określenie efektów długoterminowego procesu sekwestracji CO₂-H₂S w strukturze Borzęcin. Niniejsza monografia zawiera całość historycznych danych eksploatacyjnych, określających zastosowane i wdrożone procedury procesu sekwestracji oraz wyniki szeregu różnych pomiarów i analiz przeprowadzonych na uprzednio pobranych powierzchniowych i wgłębnych próbkach płynów złożowych. Miały one na celu identyfikację migrujących w strukturze gazów kwaśnych oraz określenie potencjalnych dróg wycieku w kierunku powierzchni Ziemi. Niektóre spośród nich, takie jak wykonane po raz pierwszy analizy próbek powietrza glebowego oraz odgazowania solanki wgłębnej, dostarczyły dodatkowych informacji na temat bezpieczeństwa geologicznego składowania gazów kwaśnych w strukturze Borzęcin. Zbadano również potencjał korozyjny rur zatłaczających oraz płaszcza cementowego, ponieważ są one kluczowymi elementami wyposażenie odwiertów i zapobiegania wyciekom. Istotnym elementem wykonanych badań i analiz jest model symulacyjny struktury Borzęcin, skonstruowany w oparciu o całość dostępnych danych geologiczno-złożowych. Model ten został skalibrowany z wykorzystaniem historycznych danych eksploatacyjnych oraz wyników dodatkowych pomiarów, a następnie wykorzystany do określenia podstawowych cech procesu sekwestracji, takich jak skład i nasycenie płynów złożowych, ich zmienność w czasie spowodowaną migracją i przejściem między różnymi fazami. Wyniki obserwacji świadczące o braku wycieku gazów kwaśnych ze struktury Borzęcin zostały potwierdzone i objaśnione wynikami symulacji analizowanego procesu sekwestracji. Skonstruowany i skalibrowany model struktury wykorzystano również do określenia przyszłej charakterystyki prowadzonego obecnie procesu sekwestracji. Ponadto oszacowano objętość sekwestracyjną struktury Borzęcin poprzez określenie optymalnego scenariusza procesu sekwestracji pozbawionego ryzyka wycieku zatłaczanego gazu.

4

Analiza efektów zastosowania chemicznych metod trzecich wspomaganego wydobycia ropy na przykładzie złoża krajowego oparta na modelowaniu numerycznym

Szott Wiesław, Miłek Krzysztof

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 4

249--260

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy zastosowania chemicznej metody wspomaganego wydobycia ropy wykorzystującej zatłaczanie do złoża roztworu polimeru i środka powierzchniowo czynnego (SPCz). Analizę tę przeprowadzono przy użyciu numerycznego modelowania procesów wypierania ropy z ośrodków porowatych. W modelowaniu tym uwzględniono wszystkie istotne zjawiska występujące w trakcie przepływów powyższych płynów w ośrodku porowatym, w szczególności: adsorpcję polimeru i SPCz na powierzchni porów skały złożowej, wpływ koncentracji polimeru i szybkości ścinania na efektywną lepkość wodnego roztworu wypierającego ropę, wpływ adsorpcji polimeru na redukcję przepuszczalności dla płynów złożowych, redukcję porowatości dostępnej dla cząsteczek polimeru, modyfikację napięcia międzyfazowego w układzie roztwory wodne–ropa spowodowaną obecnością środków powierzchniowo czynnych w roztworach. W rezultacie mechanizm wypierania ropy zatłaczanym roztworem przyjmuje złożony charakter, tzn. oprócz standardowej składowej wypierania niemieszającego ujawnia składową wypierania mieszającego, zależną od szczegółowych własności systemu: płyn wypierany–płyn wypierający–skała złożowa. Ze względu na złożony charakter powyższych zjawisk zachodzi potrzeba określenia ilościowych zależności istotnych właściwości chemikaliów od ich rodzaju i koncentracji w płynie wypierającym, co jest realizowane poprzez modelowanie procesów wypierania ropy w uproszczonych systemach próbek (układów rdzeni) skały złożowej. W tym celu skonstruowano modele badań laboratoryjnych na układzie rdzeni wiertniczych, na których odtworzono przebieg badań. Pozwoliło to na określenie ilościowych charakterystyk mechanizmów wypierania i zweryfikowało poprawność zastosowanego podejścia. Scharakteryzowane w ten sposób mechanizmy wypierania ropy zaimplementowano w numerycznym modelu rzeczywistego złoża krajowego. Przedstawiono uzyskane na tym modelu wyniki symulacji sczerpania ropy naftowej przy wykorzystaniu powyższych metod wykazujące ich korzystny wpływ na stopień sczerpania zasobów ropy. Otrzymano ilościowe wyniki dla różnych parametrów operacyjnych procesu wypierania ropy badanymi roztworami pozwalające ocenić efektywność stosowania analizowanych metod wspomaganego wydobycia ropy.

EN

The paper presents an analysis of the chemical EOR method utilising waterflooding with the use of a polymer and a surfactant solution. The analyse was carried out using numerical modelling of oil displacement processes from porous media. This modelling took into account all the significant phenomena occurring during the flow of the above fluids in the porous medium. It included polymer and surfactant adsorption on the surface of the rock pores; the impact of polymer concentration and shear rate on the effective viscosity of the displacing fluid; the effect of polymer adsorption on the reduction of permeability for reservoir fluids; the reduction of the porosity available for polymer particles; the modification of the interfacial tension in the aqueous solutions – oil system caused by the presence of a surfactant. As a result, the oil displacement mechanism with the injected solution becomes complex, i.e., in addition to the standard non-miscible displacement component, it reveals a miscible component depending on the specific properties of the system: displaced fluid – displacing fluid – reservoir rock. Due to the complex nature of the above phenomena, there is a need to determine the quantitative relationships for the significant properties of chemicals on their type and concentration in the displacing fluid. These relationships are obtained from modelling oil displacement processes in simplified systems of reservoir rock samples. For this purpose, models of laboratory tests were constructed for a system of drilling cores, on which the results of displacement tests were reproduced. This allowed the quantitative characteristics of displacement mechanisms to be determined and the correctness of the used approach to be verified. The oil displacement mechanisms characterized in this way were implemented in the numerical model of a real oil reservoir. The results of simulations for crude oil depletion using the above methods have been obtained in this model, showing their beneficial effect on the degree of depletion of oil resources. The dependents of production results on various operational parameters were obtained allowing to assess the effectiveness of the analysed methods for enhanced oil recovery.

5

Study of the impact of exploitation structures on pressure distribution and adsorbed methane content in coal seams using dynamic flow models. A case study

Szott Wiesław, Miłek Krzysztof, Łętkowski Piotr, Gołąbek Andrzej

Mining Science

|

2020

|

Vol. 27

133--153

EN

One of the most serious difficulties encountered during the estimation of results of various methods of methane drainage from coal seams is the determination of the initial condition of the analysed coal seam prior to commencement of the actual process of methane drainage. It is well known that the exploitation operation in adjacent coal seams, as well as preparatory works in the analysed seam may significantly modify the original state of methane adsorption in that seam, as well as influence the distribution of pore pressure and saturation of its natural fractures with fluids (gas, water). This state is of dynamic nature and depends on a long and complex history of the mining activity in the analysed facility and its surrounding. Detailed specification of the above condition is usually replaced by qualitative and very approximate models, which does not allow for consideration of the process preceding the methane drainage. The subject of the paper is the quantitative evaluation of the initial conditions for a coal seam with the use of dedicated simulation models of the analysed seam along with its broad surroundings. Results of this modelling including modifications of appropriate transport parameters of layers between the seams and their influence on detailed distribution of pore pressures, levels of methane desorption from the coal matrix, directions of reservoir fluids flow (methane, water) and saturation with these fluids in natural fractures of the selected seam, as well as in the pores of overburden and underburden rocks will be thoroughly analysed for determination of spacious and temporal effects of the mining activities in terms of their influence on the selected seam.

6

Określanie niepewności wyników dynamicznych symulacji złożowych na przykładzie niekonwencjonalnego złoża gazu ziemnego

Szott Wiesław, Miłek Krzysztof

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 3

150--157

PL

W pracy przedstawiono kompletną procedurę określania niepewności wyników dynamicznych symulacji złożowych spowodowanej brakiem lub ograniczoną informacją o dokładnych danych wejściowych (parametrów) modelu złożowego użytego do symulacji. W szczególności opisano metodę zbioru (ansamblu) równorzędnych wariantów modelu odpowiadających zmiennym wartościom jego parametrów o znanych zakresach tych zmienności oraz prawdopodobieństwach ich rozkładów. Zaprezentowana procedura obejmuje: (i) wybór funkcji celu (wyników symulacji), której niepewność będzie określana; (ii) wybór pełnej listy parametrów modelu (danych wejściowych) o wartościach nieokreślonych lub obarczonych błędami (będących źródłem niepewności wyników symulacji złożowych); (iii) analizę czułości funkcji celu ze względu na niepewność danych wejściowych; (iv) określenie danych wejściowych mających największy wpływ na oszacowanie funkcji celu; (v) próbkowanie przestrzeni danych wejściowych dla zdefiniowania ansamblu modeli symulacyjnych; (vi) wielokrotne symulacje dla znalezienia funkcji celu na ansamblu modeli; (vii) statystyczną analizę uzyskanych wyników. W powyższej procedurze zastosowano statystyczną metodę losowania typu Monte Carlo, a w szczególności metodę próbkowania Latin hypercube sampling. Rezultaty analizy niepewności wyników symulacji są nieodzowne dla ewentualnego wykorzystania modelu złoża do zaawansowanych zastosowań, takich jak optymalizacja procesu sczerpania zasobów złoża ze względu na dobór warunków eksploatacyjnych. Analiza niepewności jest szczególnie ważna w przypadku złóż niekonwencjonalnych, dla których wiele charakterystyk opisujących ich właściwości jest trudnych lub wręcz niemożliwych do uzyskania. Opisaną procedurę zastosowano do realnego przykładu takiego złoża. W jej rezultacie uzyskano niepewność (rozrzut) wyników symulacji uniemożliwiającą wykorzystanie modelu złoża w wymienionej powyżej procedurze optymalizacji. Jednocześnie zastosowana procedura analizy niepewności wskazuje na te parametry modelu, które wymagają uściślenia lub uzupełnienia po to, aby skonstruowany model złożowy nabrał cech niezbędnych do jego pełnego wykorzystania.

EN

The paper presents a complete procedure for determining the uncertainty of the results of dynamic reservoir simulations caused by lack of or limited information about the exact input data (parameters) of the reservoir model used for simulations. In particular, the method of the collection (ensemble) of the equivalent model variants corresponding to the varying values of its parameters with the known ranges of these variations and the probabilities of their distributions are described. The procedure includes: (i) selection of the target function (simulation results) whose uncertainty will be analyzed; (ii) selection of the complete list of model parameters (input data) of uncertain or undefined values; (iii) sensitivity analysis for the target function with respect to the uncertain input data; (iv) determination of the input data that affects the target function to the highest degree; (v) sampling of the input data space to define effective ensemble of the model variants; (vi) multiple simulations of the model ensemble for the target function evaluation; (vii) statistical analysis of the simulation results. The procedure employs the Monte Carlo statistical method to generate the model ensemble and, in particular, Latin Hypercube Sampling. The uncertainty analysis of simulation results is indispensable for the possible application of the reservoir model to more advanced projects such as reservoir production optimization with respect to exploitation system characterization. The uncertainty analysis is especially significant for unconventional reservoir modelling where many model parameters are difficult or even impossible to be determined. The proposed procedure was applied to a realistic example of such a reservoir. The high uncertainty of the basic simulation results, as shown in the paper, makes it impossible to effectively use the model in an optimization procedure. On the other hand, it is worth noting that the proposed procedure indicates, which model parameters are required to be more precisely determined, in order for the it to be accurate enough for reliable applications.