Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wielowymiarowa analiza skalowania procesów wypierania mieszającego w ośrodku porowatym

Gołąbek Andrzej, Szott Wiesław

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 10

657--672

PL

W pracy podjęto próbę zastosowania teorii podobieństwa do modelowania badań laboratoryjnych wykonanych na tzw. długich rdzeniach wiertniczych. Wykorzystane w ramach pracy badania laboratoryjne obejmowały wypieranie ropy zatłaczanym dwutlenkiem węgla oraz siarkowodorem. Do analizy pod kątem zjawiska skalowania wykorzystano dziewięć eksperymentów – pięć wybranych badań dotyczyło wypierania ropy dwutlenkiem węgla, a pozostałe cztery wypierania ropy przy zastosowaniu siarkowodoru jako medium wypierającego. W pierwszym etapie realizacji pracy zbudowano modele symulacyjne wybranych eksperymentów w celu określenia parametrów mieszania się płynów, a w szczególności określenia współczynnika dyspersji fizycznej. Korzystając z uzyskanych wyników, sporządzono pełną listę parametrów opisujących zjawisko wypierania mieszającego zachodzące w eksperymentach. Wykonano analizę wymiarową i przy użyciu twierdzenia Buckinghama wygenerowano zestawy liczb podobieństwa opisujące to zjawisko. Wybrano jeden z wygenerowanych zestawów liczb podobieństwa właściwy dla ich porównania z jednowymiarowym modelem matematycznym opisującym zjawisko wypierania mieszającego wyrażonego w postaci równań o bezwymiarowych zmiennych niezależnych i bezwymiarowych współczynnikach. Zidentyfikowano współczynniki tych równań z wcześniej wygenerowanymi liczbami podobieństwa oraz określono pozostałe liczby podobieństwa niewystępujące w tych równaniach. Celem szczegółowej analizy wyników eksperymentów przeprowadzono ich parametryzację, wykorzystując wielomiany Padégo jako najprostsze efektywne modele interpolacyjne tych wyników. W konsekwencji analizowano zależność wyników eksperymentów w postaci powyższych parametrów od poszczególnych liczb podobieństwa. Potwierdzono dominującą zależność wyników eksperymentów wypierania mieszającego od liczb podobieństwa występujących jako bezwymiarowe współczynniki w równaniach opisujących modele jednowymiarowe tego procesu. Zbadano wpływ grawitacji na efektywne modelowanie procesu wypierania mieszającego jako zjawiska świadczącego o wielowymiarowości analizowanego procesu poprzez zastosowanie modeli trójwymiarowych oraz ich redukcję do postaci jednowymiarowej z użyciem efektywnej stałej dyspersji. Przedstawiono założenia i wyniki takiego modelowania. Wykorzystano je do wyznaczenia stałej dyspersji poprzecznej do kierunku procesu wypierania poprzez ich zastosowanie do analizy eksperymentów wypierania różniących się wydajnością zatłaczanego płynu.

EN

An attempt was made to use the theory of similarity to model laboratory tests performed on long drill cores. The tests included the displacement of crude oil with the injected carbon dioxide (five tests) and hydrogen sulphide (four tests). In the first stage of the work, simulation models of selected experiments were built to determine the fluid mixing parameters, and in particular to determine the physical dispersion coefficient. Using the obtained results, a complete list of parameters describing the phenomenon of mixing displacement occurring in the experiments was determined. A dimensional analysis was performed and sets of similarity numbers describing this phenomenon were generated using Buckingham's theorem. One of the generated sets of similarity numbers was selected, appropriate for their comparison with a one-dimensional mathematical model describing the phenomenon of mixing displacement expressed in the form of equations with dimensionless independent variables and dimensionless coefficients. The coefficients of these equations were identified as some of the previously generated similarity numbers, while the remaining similarity numbers do not enter these equations. In order to analyse the results of the experiments in detail, their parameterization was carried out using Padé polynomials as the simplest, effective interpolation models of these results. As a consequence, the dependence of the results of the experiments in the form of the above parameters on the individual numbers of similarity was analysed. The dominant dependence of the results of the mixing displacement experiments on the similarity numbers appearing as dimensionless coefficients in the equations describing the one-dimensional models of this process was confirmed. The influence of gravity on the effective modelling of the mixing displacement process as a phenomenon proving the multidimensionality of the analysed process by using three-dimensional models and their reduction to one-dimensional form with the use of effective constant dispersion was investigated. The assumptions and results of such modelling were presented. They were used to determine the dispersion coefficient in the direction transverse to the displacement process by their application to the analysis of displacement experiments for different injection rates.

2

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.

3

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.

4

Simulation modeling of physical dispersion phenomenon observed in experimental data

Gołąbek Andrzej

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 2

94--100

EN

Artykuł dotyczy praktycznego rozwiązania problemu związanego z modelowaniem zjawiska dyspersji fizycznej. Jest to kontynuacja poprzednich publikacji autora, w których obliczenia zostały wykonane zarówno na bardzo uproszczonych modelach symulacyjnych, jak i na modelu rzeczywistej struktury. W ramach tego artykułu podjęto próbę modelowania przebiegu badań laboratoryjnych przy wykorzystaniu opracowanej wcześniej metody sterowania zjawiskiem dyspersji fizycznej. Wybrane do modelowania badania laboratoryjne zostały przeprowadzone przez Zakład Badania Złóż Ropy i Gazu, zlokalizowany w krośnieńskim oddziale Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego. Badania te zostały wykonane na tzw. długich rdzeniach i dotyczyły wypierania ropy naftowej wodą. Proponowana w ramach artykułu metoda modelowania przebiegu tego typu badań polega na zastosowaniu hybrydowej metody minimalizacji dyspersji numerycznej oraz rozszerzeniu standardowych równań nasyceń o dodatkowy człon dyspersji fizycznej. Artykuł zawiera krótki opis proponowanej metody sterowania wielkością strefy mieszania się płynów wraz z wynikami jej zastosowania. Artykuł ten jest kontynuacją wcześniejszych prac autora, dlatego zamieszczono w nim tylko najistotniejsze wzory matematyczne. Dla celów porównawczych w artykule przedstawiono również wyniki modelowania wybranego badania laboratoryjnego z wykorzystaniem dyspersji numerycznej. Modelowanie to polegało na modyfikacji rozmiarów siatki bloków, w wyniku czego uzyskano różnej wielkości strefy mieszania się płynu wypierającego z płynem wypieranym. Przedstawione w artykule, w postaci rysunków i wykresów, wyniki wykonanych symulacji wykazały efektywność stosowanej metody ograniczenia dyspersji numerycznej (zarówno dla obliczeń mobilności z ważeniem wielopunktowym w kierunku napływu, jak i podwójnej siatki dyskretyzacji) oraz efekty zastosowania różnych wielkości parametrów dyspersji fizycznej. W ramach artykułu (w postaci wyników sumarycznego odbioru płynów) przedstawiono również wyniki dopasowania zbudowanych modeli symulacyjnych do rezultatów uzyskanych w laboratorium.

5

Nowa metoda modelowanie zjawiska mieszania się gazów z wykorzystaniem standardowego symulatora złożowego

Gołąbek Andrzej

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 3

158--166

PL

Artykuł dotyczy zagadnień numerycznego modelowania zjawiska dyspersji fizycznej występującej podczas mieszania się dwóch gazów. Ponieważ w standardowych, komercyjnych symulatorach złożowych nie udostępniono opcji pozwalających na poprawne modelowanie zjawiska mieszania się płynów, to w ramach niniejszej pracy podjęto próbę zbudowania narzędzia programistycznego uwzględniającego to zjawisko. Narzędzie to wykorzystuje możliwości programu Petrel sterującego działaniem symulatora Eclipse. W efekcie uzyskano praktyczną metodę sterowania zjawiskiem dyspersji fizycznej. Występująca w strukturach węglowodorowych dyspersja fizyczna jest procesem rozmycia profilu stężenia płynu wywołanego niejednorodnością pola prędkości konwekcyjnej powstałą na skutek złożonego przepływu przez ośrodek porowaty. Modelowanie tego zjawiska wymagało zaimplementowania w strukturze programu Petrel specjalnego schematu obliczeniowego (tzw. Workflow) w formie kodu wewnętrznego (skryptu) wynikającego z metody opracowanej w ramach poprzednich prac autora. Metoda ta polega na minimalizacji dyspersji numerycznej oraz rozszerzeniu równań o człon dyspersji fizycznej. Zastosowana w schemacie obliczeniowym minimalizacja dyspersji numerycznej to hybrydowa metoda łącząca w sobie ograniczenie rozmycia frontu mieszania się gazów poprzez zagęszczenie siatki modelu oraz ograniczenie strefy mieszania się gazów wynikające z zastosowania wielopunktowego ważenia podczas obliczeń mobilności tych gazów. Natomiast uwzględnienie dyspersji fizycznej w tym schemacie polegało na dodaniu do niego jej parametrów (zależnych od kierunku oraz prędkości przepływu), które poprzez rozszerzenie o człon dyspersyjny równania przepływu płynów między blokami wpływają na uzyskane nasycenia w blokach modelu. W ramach pracy wykonano kilka modeli symulacyjnych syntetycznego złoża, różniących się od siebie rozdzielczością siatki bloków oraz rozkładami parametrów petrofizycznych. W pracy rozpatrzono modele dwufazowe, w których występują dwie fazy gazowe (gaz zatłaczany i gaz rodzimy) o nieco różnych parametrach. W modelach tych założono pewne uproszczania (zerowe ciśnienia kapilarne oraz stacjonarny przepływ płynów), co pozwoliło na wytestowanie opracowanego schematu bez niepotrzebnego komplikowania obliczeń. W artykule zamieszczono opis działania i schemat blokowy opracowanego schematu oraz przedstawiono wyniki jego działania na rysunkach. Ponadto w artykule umieszczono wybrane wzory matematyczne dotyczące zastosowanej metody.

EN

The paper deals with issues of numerical modeling of physical dispersion occurring during the mixing of two gases. Because standard commercial reservoir simulators do not provide options to model the phenomenon of mixing fluids, this paper presents an attempt to build a tool enabling the control of physical dispersion responsible for fluid mixing under reservoir conditions. The tool takes advantage of the capabilities of the Petrel program that controls the operations of the Eclipse simulator. The physical dispersion occurring in hydrocarbon structures is the process of blurring the fluid concentration profile caused by the inhomogeneity of the convective velocity field resulting from the complex flow through the porous medium. Modeling of this phenomenon requires the implementation of a method developed in the author's previous work into the Petrel workflow using its specific script coding. This method consists in minimizing numerical dispersion and extending the equations with the element of physical dispersion. The minimization of numerical dispersion used in the script is a hybrid method combining limiting the blur of the gas mixing front through the refinement of the model grid and limiting the gas mixing zone resulting from the use of multi-point weighing during gas mobility calculations. On the other hand, the inclusion of physical dispersion in the script consisted in adding its parameters (depending on the direction and velocity of the flow) which by extending the dispersion of the fluid flow equation between blocks, affect the obtained saturation in the blocks of the model. As part of the work, several simulation models of a synthetic reservoir were made, differing in the refinement of the grid of blocks and the distribution of petrophysical parameters. This article considers two-phase models in which there are two gas phases (injection gas and original gas) with slightly different parameters. These models assumed some simplifications (zero capillary pressure and stationary flow of fluids), which allowed to test the developed script without unnecessarily complicating the calculations. The paper includes a description of the operation and block diagram of the developed script and presents the results of its operation in the drawings. In addition, the article presents selected mathematical formulas concerning the applied method.