Extractia Gazelor Naturale - Ref [PDF]

Zitiervorschau

EXTRACŢIA GAZELOR NATURALE

Echiparea pentru extracţie a sondelor de gaze naturale Prin erupţie liberă se înţelege scăparea de sub control a unui strat productiv deschis de sondă, astfel încât prin aceasta iese la suprafaţă, din strat, un curent puternic de fluide (petrol, gaze, apă) care antrenează cu sine şi fragmente de rocă desprinse din pereţii sondei, nisip din strat, etc. Manifestările eruptive apar numai la traversarea acelor formaţiuni productive care conţin acumulări de fluide sub presiuni ridicate şi numai atunci când presiunea hidrostatică a coloanei de fluid din sondă este inferioară presiunii fluidelor din strat. Erupţiile libere nu se produc instantaneu şi nu reprezintă accidente de neprevenit. Pătrunderea fluidelor din strat în sondă se face, de obicei, treptat, (dar cu intensitate crescândă, dacă fenomenul nu a fost detectat şi combătut), existând, de regulă, timp suficient pentru a se putea interveni în scopul restabilirii echilibrului de presiune strat-sondă, astfel încât afluxul să fie oprit. Perioada premergătoare unei eventuale erupţii libere se numeşte manifestare eruptivă. În această perioadă, care începe o dată cu stricarea echilibrului existent între presiunea fluidelor din strat – ps – şi presiunea hidrostatică din gaura de sondă – p h –, condiţiile normale de lucru nu mai sunt satisfăcute, iar operaţiile din sondă trebuie temporar oprite, pentru a nu da posibilitate manifestării eruptive să genereze accidentul foarte grav pe care-l reprezintă erupţia liberă. O dată apărută o manifestare eruptivă trebuie acţionat cât se poate de repede pentru controlul şi combaterea acesteia. În general după primul semn că sonda manifestă se închid prevenitorul şi ventilul de siguranţă de pe prăjini, urmărind dezvoltarea presiunilor din prăjini şi din spaţiul inelar. Erupţia de gaze naturale este controlată şi dirijată atunci când sonda este echipată corespunzător atât la adâncime cât şi la suprafaţă. 1. Echipamentul de fund al sondelor de gaze Ţevile de extracţie au rolul -de a proteja coloana de exploatare împotriva acţiuni abrazive a particulelor solide existene în masa de fluid în mişcarea de la talpa sondei către suprafaţă.; -servesc la punerea în producţie a sondei prin denivelarea cu gaze, prin pistonat, circulaţia în sensul tubing – coloană sau invers (apă, apă+gaz, azot, etc.) -posibilitatea eliminării apei din sondă -introducerea în sondă a dispozitivului de perforar a stratelor -permite executarea unor tratamente de acidizare, fisurare -permite exploatarea simultană a două sau mai multor strate separate 1

Fig.1 - Schema simplificată a coloanelor

Şiul sau sabotul se montează pe cepul primei ţevi de extracţie având rolul: -de a reţine unele piese de anumite dimensiuni care cad în sondă -conferă o protecţie a capătului inferior al garnituri ţevilor împotriva eventualelor şocuri care pot apărea. Pakere de exploatare sau despărţitoare de strate, permit exploatarea duală, exploatarea stratului inferior prin ţevile de extracţie, iar cel superior prin spaţiu inelar dintre ţevile de extracţie şi coloana de exploatare. 2. Echipamentul de suprafaţă Capul de erupţie – un ansamblu de robineţi şi corpuri de legătură care permite controlul şi dirijarea erupţiei spre locul dorit. De asemenea permite : -închiderea sau deschiderea sondei -reglează debitul de gaze naturale prin intermediul duzelor -permite introducerea în sondă a difertelor dispozitive pentru măsurători de adâncime. Instalaţii tehnologice la sondele de gaze De la producerea gazelor naturale până la valorificarea acestora la consumatori industriali şi caznici, intervin procedee tehnologice de extracţie, tratare, reglare şi măsurare, odorizare, comprimare, etc. 2

Instalaţiile tehnologice într-o schelă de gaze au rolul de a asigura desfăşurarea în condiţii optime a procesului tehnologic de exploatare a sondelor şi eficenţă economică în ceea ce prevede transportul gazelor la consumatori. 1. Instalaţia de captare şi dirijare a erupţiilor Activitatea de extracţie a gazelor naturale nu se poate desfăşura în condiţii optime fără existenţa şi funcţionarea instalaţiei de captare şi dirijare a erupţiilor.

Fig.2. Componentele instalaţiei de captare şi dirijare a erupţiilor 1-ventil principal pe tubing 2-ventil de manevră pe tubing 3-crucea capului de erupţie 4-ventil ptr refularea în atmosferă a sondei 5-ventil de scurgerea presiunii 6-9-ventil 7-mosor de legătură 8-10-teu masiv 11-ventil colţar 12-ventil de manevră de pe coloana de exploatare 13-ventil principal de pe coloana de exploatare 14-ventil de scurgerea presiunii din coloana sondei 15-ventil, priză manometrică şi manometru ptr măsurarea presiunii gazului din coloana sondei 16-ventil ptr scurgerea şi măsurarea presiunii între coloane 17-coloană de ancoraj 18-conductă de aducţiune

3

Elementele componente ale instalaţiei de captare şi dirijare a erupţiilor sunt: -1- dispozitivul de suspendare a ţevilor de extracţie Dispozitivul de suspendare a ţevilor de extracţie asigură suspendarea ţevilor de extracţie precum şi realizarea unei etanşeităţii între coloana de exploatare şi tubing. În şantierele de extracţie a gazelor naturale se folosesc două varinte constructive de suspendare a tubingului care împreună cu capetele de erupţie montate pe dispozitive se numesc astfel: -dispozitiv de suspendare a tubingului pentru capul de erupţie tip „Petrol” (vezi fig.3.)

Fig. 3. - Dispozitiv de suspendare a tubingului pentru capul de erupţie tip „Petrol” 1-garnitura de ţevi de extracţie 2-coloana de ancoraj 3-coloana de exploatare 4-flanşă cu mufă (cap de coloană) 5-flanşă dublă redusă (tubinghead) 6-boneta (face parte din capul de erupţie) 7-mufa tronconică (piatră) 8-pene de etanşare şi suspendare a coloanei de exploatare 9-inele de etanşare 10-prezoane cu piuliţe

-dispozitiv de suspendare a tubingului pentru capul de erupţie tip” Gaz metan” (vezi fig.4) 1(A) – corpul dispozitivului de suspendare 2 – ventile de pe braţul coloanei 3 – ventil de scurgere a presiunii din coloana sondei 7

8

4 – orificiu filetat (2 ”) 5 – orificiu filetat (3”) 6 – niplu (racord) 7

8

7 – tubing (ex. 2 ”) 8 – ventil ½” 9 – flanşă tubing – head B – capul de erupţie propriu-zis

Fig. 4. - Dispozitiv de suspendare a tubingului pentru capul de erupţie tip” Gaz metan” 4

-2- capul de erupţie Capetele de erupţie sunt ansamble de robinete şi fitinguri destinate captării şi reglării debitului amestecului de ţiţei, apă şi gaze la gura sondei în erupţie naturală, pentru presiuni de lucru de la 140 bar, până la 700 bar şi au flanşele dimensionate în conformitate cu API. Echipamentele pentru capete de erupţie se pot executa: -în varianta standard pentru medii necorozive -în variantele H2S-NACE, H2S + CO2-NACE pentru medii corozive. Capete de erupţie se folosesc la sondele eruptive de ţiţei şi gaze şi servesc la etanşarea gurii puţului, reglarea presiunii şi debitului şi pentru dirijarea producţiei la gura sondei. Subansamblele principale ale capetelor de erupţie sunt: flanşǎ dublǎ, bonetǎ, robineţi tip WKM, vârf cap erupţie, duzǎ fixǎ sau reglabilǎ. Prin analogie cu dispozitivele de suspendare a tubingului există capetele de erupţie de tip „petrol” şi de tip „gaz metan”. Alegerea capului de erupţie se face în funcţie de presiunea ce se poate dezvolta în sondă, presiunea de lucru a capului de erupţie trebuie să fie compatibilă cu presiunea iniţială de zăcământ. Toate elementele capului de erupţie trebuie să corespundă acestei presiuni. Din punct de vedere constructiv capetele de erupţie pot fi: -

unu sau două braţe

-

unu sau două robinete sub cruce

-

unu sau două robinete pe braţ

Fig. 5. Cap de erupţie

Instalaţia tehnologică de suprafaţă Instalaţia tehnologică de suprafaţă reprezintă legătura între sonda propriu-zisă de gaz metan şi intrarea în conductele de colectare-transport. 5

Instalaţia tehnologică trebuie să asigure următoarele funcţiuni în vederea exploatării zăcămintelor de gaze naturale: - închiderea şi deschiderea sondei; - separarea şi reţinerea impurităţilor din gaze; - reglarea debitului de gaze al sondei în cadrul regimului de exploatare stabilit. Pentru îndeplinirea acestor funcţiuni instalaţia are în componenţă următoarele elemente: -conducta de aducţiune -dispozitivul TPL -încălzitorul de gaze -instalaţia de separare, măsurare, stocare a impurităţilor -aparate pentru măsurarea debitului de gaze. Elementele componente ale instalaţiei tehnologice de exploatare a zăcămintelor de gaze naturale se aleg şi se amplasează pe teren pentru fiecare sondă în parte, în funcţie de: -parametrii de exploatare a sondei - presiune - temperatură - debit de gaz - debit de apă -presiunea din conducta colectoare (treapta de presiune la care se cuplează sonda) -configuraţia terenului -distanţa de la sondă până la grupul de instalaţii tehnologice de suprafaţă -obiective existente în zonă În industria gazeiferă întâlnim trei tipuri de instalaţii tehnologice: -Instalaţii de separare la temperatură scăzută (instalaţie cu injecţie de inhibitori) -Instalaţii de separare şi reţinere a hidrocarburilor lichide concomitent cu deshidratarea gazelor -Instalaţii combinate care asigură preîncălzirea şi separarea complet automatizată

6

1-Cap de erupţie – C.E. 2½210 2-Niplu 2⅜″300 3-Ventil colţar 2½″210 4- Niplu 2⅜″1000 5-Curbă 900210 6-Ţeavă conductă 73,05,51 7-dispozitiv T.P.L. (temperatură, presiune, laminare) 8-Termometru 9-Cot masiv 2⅞″210

10-Ţeavă conductă 73,05,51 11-Flanşă 2⅞″210 12-Calorifer 13-Reducţie 2⅞″210 14-Separator orizontal subteran 12″64 15-Refulatorul separatorului 16-Habă de etalonare (1mc) 17-Ţeavă conductă 114,34,40 18-Supapă de siguranţă

19-Debitmetru diferenţial 20-Clapetă cu sens unic de curgere a gazelor 21-Ventil de secţionare 22-Manometru 23-By-pass-ul poligonului (Ø1″ 24-Curbă 90064 25-Conductă colectoare a grupului a-spre decantor b-spre separatorul subteran şi rezervorul de depozitare a lichidelor c-spre sistemul de captare şi injecţie ape de zăcământ

Fig. 6. Schema de asamblu a instalaţiei tehnologice de suprafaţă a unei sonde de gaz metan

7

Conducta de aducţie Legătura între capul de erupţie, calorifer şi separatorul de impurităţi este asigurată pe tronsonul de ţevi înfiletate având diametre şi grosimi de perete diferite, tronson denumit conducta de aducţie. Alegerea dimensiunilor unei conducte de aducţie (n – diametru, t – grosime de perete) se face în urma unor calcule care folosesc ca date program, printre altele, debitul sondei, presiunea statică a ei precum şi pierderile de presiune pe lungimea conductei. Materialele folosite la confecţionarea conductelor sunt oţeluri laminate de tipul OLT 55 sau OLT 65. În tabelul 1 se reprezintă gamele de dimensiuni frecvent folosite la formarea unei conducte de aducţie. Tab.1. Caracteristicile câtorva ţevi (conducte de aducţie) Diametrul nominal  inch 2½ 2½ 3 3

Grosimea de perete t mm 4,50 6,00 4,75 6,00

Greutatea / metru Kgf / m 7,88 10,30 9,78 12,20

Realizarea unei conducte de aducţie implică executarea a trei faze distincte: a) Săparea şanţului de poziţionare a conductei. Această operaţie se exeută manual dacă este vorba de distanţe scurte (câţiva zeci de metri) şi mecanizat pentru distanţe apreciabile. În ambele cazuri esenţialul este ca plasarea conductei să se facă sub adâncimea de îngheţ a solului (h i  1 m). este intuitiv faptul că traseul viitoarei conducte trebuie ales de o asemenea manieră încât să nu fie situat în zone cu alunecări de teren sau mlăştinoase (deşi această posibilitate nu trebuie exclusă total) b) Montajul efectiv al conductei.Ţevile componente conductei de aducţie au filete la ambele capete şi legătura între ele este asigurată printr-o mufă înfiletată la unul din capete. Pentru a realiza o etanşeitate perfectă între corpul conductei şi mufa respectivă se foloseşte fie o vaselină de etanşare, fie un amestec de vopsea şi cânepă. Introducerea acestor materiale între suprafeţele înfiletate are o importanţă deosebită deoarece se elimină eventualele emanaţii de gaze care pot apare pe traseul conductei în special în zone populate sau pesuprafeţe agricole unde activitatea se desfăşoară mecanizat. Legătura între conducta de aducţie propriu-zisă şi ventilul colţar al capului de erupţie se realizează prin intermediul unor piese confecţionate în uzine specializate în astfel de lucrări şi constau din niple sau curbe cu filete la ambele capete. 8

În situaţia în care conducta de aducţie subtraversează un drum de o oarecare categorie tronsonul respectiv va fi trecut printr-un tub protector. c) Probarea etanşeităţii şi a rezistenţei montajului efectuat. Această operaţie atestă siguranţa în exploatare a conductei de aducţie şi constă în verificarea etanşeităţilor părţilor înfiletate a rezistenţei montajului. Proba de etanşeitate constă în introducerea la presiune stabilită, în conductă, aer comprimat şi menţinerea lui în interiorul tronsonului verificat 24 h urmată de compararea şi interpretarea diagramei obţinute la sfârşitul intervalului de probă. Diagramele care se obţin sunt o consecinţă a folosirii unui manometru înregistrator care traduce relaţia presiune funcţie de timp. Analiza diagramei p= f(t) indică trei situaţii posibile: -dacă p= f(t) constant (1) implică un montaj ideal. -dacă p= f(t)  0, şi p  ct, dar Δp = p1 – p2 0, situaţia este acceptabilă deoarece îmbinările filetate sunt suficient de etanşe (2). -dacă p  ct, şi Δp = (510) at, semnifică faptul că montajul realizat nu este corect, iar conducta de aducţie nu poate fi pusă în funcţie (3). Proba de rezistenţă constă în introducerea şi crearea unei presiuni hidraulice în interiorul tronsonului de verificat. Presiunea de probă este stabilită în documentaţia de execuţie a lucrării. Dacă cele două probe sunt concludente se efectuează izolarea împotriva coroziunii a părţilor înfiletate şi astuparea şanţului de poziţionare a conductei de aducţie.

Fig. 7 Variantă constructivă a conductei de aducţie 9

Dispozitivul (caseta) T.P.L. În componenţa instalaţiilor tehnologice de suprafaţă intră şi dispozitivul prin intermediul căruia se poate, şi acest lucru este necesar, impune ca mişcarea (curgerea) gazului printr-un orificiu de un anumit diametru să fie laminară. Curgerea laminară este specifică situaţiei în care liniile de curent a masei de gaz sunt paralele între ele. Numai în această stare de curgere a gazului se poate face o evaluare corectă a debitului de gaz. Iniţialele care nominalizează dispozitivul au următoarea semnificaţie: T – temperatură, P – presiune, L – laminare Valorile de temperatură şi presiune sunt determinabile pe acest dispozitiv prin intermediul prizelor termometrice şi manometrice. Se specifică faptul că variaţia temperaturii gazului mai ales la trecerea sa prin orificii calibrate este legată de formarea sau neformarea criohodraţilor

Încălzitoare pentru gaze naturale Încălzirea gazelor naturale apare ca o necesitate a reducerii sau a eliminării efectelor cauzate de către laminarea gazelor; laminarea este însoţită de scăderea bruscă a temperturii care ajunge uneori la valoarea de formare a gheţii şi hidraţilor. De asemenea , există pericolul de îngheţare a apei libere din gaze în conductele de impuls ale regulatoarelor conducând la scoaterea lor din funcţionarea normală, afectând şi buna funcţionare a aparatelor din instalaţiile de extracţie, transport, distribuţie, înmagazinare, conducând la obturarea secţiunii de curge. Pentru a combate aceste fenomene nedorite se impune încălzirea gazelor înainte de laminarea acestora. Temperatura gazului la ieşirea din schimbătorul de căldură ( T 11 ) va fi impusă atât de temperatura, debitul şi presiunea gazului care intră în instalaţii cât şi de factorii climatici. Este recomandabil ca temperatura la ieşirea din schimbătorul de căldură să fie mai mare cu 2 0 C decât temperatura indicată în diagrama de funcţionare a schimbătorului şi se va urmări ca temperatura, după ultima laminare să nu fie mai mică de + 50C. Prin schimbător de căldură se înţelege un aparat sau o instalaţie care are drept scop realizarea unui transfer de căldură de la un corp mai cald la un corp mai rece. Cele două corpuri între care are loc transferul de căldură sunt denumiţi agenţi termici = purtători de căldură; corpul mai cald care cedează căldura şi se răceşte se numeşte agent primar, iar corpul mai rece, care preia căldura cedată de primul se numeşte agent secundar. După modul de transfer al căldurii de la agentul primar la cel secundar rezultă: 10

a) Schimbător de amestec, în care cei doi agenţi vin în contact unul cu altul b) Schimbătoare de suprafaţă, transferul de căldură se face prin intermediul unui perete c) Schimbătoare cu tuburi termice în care transferul de căldură se face prin intermediul unui fluid de lucru. Este cunoscut faptul că gazele naturale au temperatura variabilă de-a lungul traseului pe care îl parcurg, începând din dreptul perforaturilor şi continuând cu ascensiunea lor prin tubing sau/şi coloană, zona de suprafaţă tubing sau coloană, capul de erupţie, traseul conductei de aducţie etc. Pe timpul iernii (dar nu numai în acest anotimp), temperaturile coborâte ale gazului pot produce, în anumite condiţii de temperatură şi presiune, perturbaţii în exploatarea instalaţiilor tehnologice. Analizele de laborator privind compoziţia gazelor naturale au demonstrat faptul că pe lângă componentul de bază (gazul metan) există în diferite procente apă, alte gaze, condensat, impurităţi mecanice. În sistemul de colectare al gazelor naturale de pe o anumită direcţie de consum, este necesar ca ăn anumite etape a exploatării sondelor să existe presiuni relativ constante, lucru realizabil prin folosirea unor orificii calibrate care realizează atât curgerea laminată a gazului cât şi o diferenţă de presiune în amonte şi aval de organul de strangulare. Curgerea gazelor prin aceste orificii implică o scădere a temperaturii gazelor. Reconsiderând cele prezentate mai înainte, corelate cu anumite condiţii de temperatură şi presiune, rezultă că apar unele perturbaţii în procesul exploatării instalaţiilor aferente sondelor de gazelor naturale. Materializarea lor se traduce prin formarea criohidraţilor, care sunt substanţe solide, instabile cu aspect de zăpadă compactizată şi care se formează în anumite condiţii de temperatură şi presiune prin asocierea apei şi gazelor. Formarea criohidraţilor prin conducte de aducţie sau în unele cazuri în conductele colectoare de diametre mari contribuie semnificativ la obturarea zonei de curgere a gazelor. Implicaţiile apariţiei criohidraţilor sunt intuitive. Prevenirea formării dopurilor de criohidraţi este posibilă prin încălzirea gazului până la anumite valori de temperatură incompatibile domeniului în care ei s-ar forma. Instalaţia tehnologică prin intermediul căreia se realizează creşteri a valorii temperaturii gazelor, pentru care formarea criohidraţilor este imposibilă poartă deumirea de încălzitor de gaze sau calorifer. În figura 8 se reprezintă o schiţă cu principalele părţi componente ale unui model de calorifer folosit frecvent în şantierele gazeifere. Funcţionarea precum şi exploatarea unui încălzitor de gaze este relativ simplă, dacă bineînţeles se ţine cont de anumite prescripţii tehnice şi normele specifice de protecţia muncii pentru utilizarea caloriferelor. 11

Fig. 8-Calorifer pentru sonde de gaz metan 1-cutia caloriferului; 2-capacul caloriferului; 3-schimbător de căldură; 4-instalaţie de ardere; 5-focar cu tuburi de fum; 6-placa tuburilor de fum; 7-instalaţie de tiraj; 8-capac cu orificiu de intervenţie; 9-cutia de protecţie; 10-garnitura schimbătorului de căldură; 11-consolă la schimbător

Dispozitivul pentru reglarea debitului Procesul de laminare a gazelor serveşte la reglarea presiunii de curgere a gazelor prin reţeaua de conducte şi instalaţii de suprafaţă, la nivelul treptei de presiune la care este conectată sonda respectivă. Laminarea se realizează prin: - duze, - ajutaje - diafragme Aceste dispozitive de ştrangulare se folosesc pentru reglarea extracţiei gazelor, conform regimului stabilit pentru exploatarea sondei respective. Reducerea presiunii în dispozitivul de ştrangulare este însoţită de o scădere a temperaturii gazului. Dacă temperatura de la ieşirea din organul de laminare este scăzută, se produc îngheţări care obturează conducta. După locul unde se monteatează, în capul de erupţie (în piesa denimintă port-duză) sau în interiorul sondei (pe ţevile de extracţie), se disting: - duze de fund - duze de suprafaţă Duzele de fund – se fixează pe ţevile de extracţie şi se introduc în sondă împreună cu acestea, la adâncimea stabilită. Faţă de duzele montate la suprafaţă, duzele de fund prezintă următoarele avantaje: 12

-

realizarea

unui

randament

superior de utilizare a energiei de expansiune a gazelor, -

împiedicarea

formării

de

criohidraţi pe ţevile de extracţie sau în instalaţiile de suprafaţă, deoarece destinderea gazelor, care conţin vapori de apă, are loc, pe de o parte, la o scădere de presiune mai mică, iar pe de altă parte, în sondă, unde temperatură mediului

înconjurător este mai ridicată, iar

gazele

răcite în urma destinderii îşi pot

ridica din

nou

temperatura

de-a

lungul

ţevilor de extracţie; - trecerea gazelor prin capul de erupţie la o presiune mai mică; - reducerea frecvenţei descărcării periodice a gazelor acumulate în spaţiul inelar dintre ţevile de extracţie şi coloana de exploatare. Duzele de fund sunt de trei tipuri: fixă, reglabilă, mobilă.

Duză de fund a)- ansamblul duzei mobile de fund: 1-ansamblul duzei; 2-cap de lansare; 3-articulaţie; 4-geală hidraulică; 5-tijă grea; 6-racord pentru cablu; 7-coruncă de extragere; b)- dispozitivul port-duză: 1-niplu de fixare; 2-corp de armare; 3-clapă de fixare; 4-garnituri de etanşare; 5-corp port-garnituri; 6-duză; 7-arc elicoidal; 8-manşon

Duza de fund fixă constă dintr-un corp cilindric masiv, prevăzut cu un inel exterior şi cu un canal cilindric interior. Acestă duză se intercalează între două ţevi de extracţie. Dezavantajul acestui tip de duză este acela că nu se poate controla decât extrăgând ţevile de extracţie. 13 Duza de fund reglabilă se fixează, de asemenea, în ţevile de extracţie. La acest tip de duză secţiunea de curgere a gazelor poate fi modificată prin rotirea, la suprafaţă, a garniturii de extracţie sau prin introducerea unor tije de la suprafaţă. Duza de fund mobilă poate fi introdusă şi extrasă din sondă pentru a fi controlată fără a extrage ţevile de extracţie. Duzele de suprafaţă – sunt două tipuri: duza fixă duza reglabilă = ventilul colţar Duza fixă – este construită dintr-un corp de oţel

masiv

din

materiale

metalo-ceramice

sinterizate. Forma duzei este de trunchi de con cu diametrul mare de 40 mm, o conicitate de 1/6 şi cu o lungime de 40 mm. Canalul cilindrul interior permite trecerea gazelor. Diametrul orificiului prin care curg gazele variază din 0,5 în 0,5mm, începând de la 0,25mm şi până la 16mm. Duzele standardizate, până la 7mm, au o toleranţă admisă de 0,2mm, la duze mai mari, toleranţa este de 0,3mm. La trecerea gazelor prin duze, datorită reducerii secţiunii de curgere, se produce o creştere a vitezei gazelor, creând-se rezistenţe hidraulice suplimentare, care produc o cădere a presiunii, a cărei valoare este determinată de diametrul orificiului duzei.

Duză fixă a-universală b-specială (p2/p1=0,55) c- p2/p1 10  15 at acest lucru semnifică faptul că în sonda respectivă se acumulează în timp cantităţi de apă de zăcământ. Micşorarea decalajului valorilor de presiune într tubing şi coloană semnifică eliminarea unei cantităţi de apă din sondă. Acest lucru este posibil prin modificarea diametrului duzei de exploatare a sondei în sensul măririi ei cu câţiva

milimetri faţă de diametrul iniţial. Eliminarea apei din sondă prin acest procedeu se face prin propria energie a sondei. În cazul în care eliminarea apei de zăcământ din sondă, nu se poate realiza prin propria-i energie, deşi i s-a mărit duza, se aplică, diferenţiat alte procedee (spre exemplu spumarea apei, folosirea gazelor de injecţie a a altei sonde). d) Stabilirea diametrului duzei de exploatare este corelată şi cu valorile de presiune amonte şi aval de acest organ. Astfel dacă p2a / p 1a  0,55 curgerea gazelor are loc printr-o zonă turbionară => indică faptul că duza de exploatare folosită este incompatibilă cu posibilităţile productive ale sondei. Locul de amplasare a duzei are o importanţă deosebită, astfel sondele care au valori mari de presiune, în special cea statică ps > 100at, au duza de exploatare montată la capul de erupţie, între ventilul colţar şi niplul conductei de aducţie al sondei. Pentru cazul obturării accidentale a orificiului duzei, presiunea sondei creşte şi tinde către valoarea statică a ei, valoare care este mult mai mare decât cea corespunzătoare presiunii pentru care a fost proiectată instalaţia tehnologică de suprafaţă. Duza de exploatare plasată în acest dispozitiv „controlează” astfel funcţionarea sondei iar presiunea amonte de acest organ este sensibil egală cu presiunea dinamică din tubing, dacă gazele din sondă ajung la suprafaţă prin tronsonul de şevi de extracţie. Această duză poate fi montată şi la panoul tehnologic de măsură a gazelor (poligon 4 × 64) în caseta ajutajului, montajul este specific multor sonde de gaze naturale şi este pretabil în situaţiile în care sondele în cauză au parametrii productivi medii iar umiditatea gazelor coroborată cu condiţiile de presiune şi temperatură din conductă nu contribuie la formarea criohidraţilor. 16

SEPARAREA IMPURITĂŢILOR DIN FLUXUL DE GAZE

1. PRINCIPII DE SEPARARE A LICHIDELOR DIN GAZELE NATURALE Reţinerea lichidelor libere din fluxul de gaze naturale prin metoda de separare se bazează pe difenţa de greutate specifică între moleculele de lichid şi moleculele de gaze, precum şi a forţelor care acţionează asupra lor. Principiul de funcţionare a separatoarelor sau de realizare a separării se datorează următorilor factori: a- forţe de inerţie, realizate prin schimbarea bruscă a direcţiei curentului de gaz, definite prin legea a -II- a a lui Newton b- forţe gravitaţionale, care depind de greutatea particulelor.

Particulele de lihid se vor separa de gaz dacă forţa gravitaţională ce acţionează asupra picăturii este mai mare decât forţa de atracţie a gazului din jurul picăturii.

Fig.1

c- forţe termice, se nasc în zonele în care există un gradient termic ce tinde să transporte particula din zona caldă spre cea rece şi care sunt independente de curenţii de convecţie ai fluidului. Expresia acestei forţe este: d- forţe de frânare datorită vâscozităţii gazului, exprimat prin formula: e- forţe adezive, care provoacă lipirea particulelor de lichid de pereţii conductelor, acestea devin prin lungimea lor, cel mai bun şi eficient separator. f- forţe de difuziune, rezultate din mişcarea browniană a moleculelor. g- forţe de plutire care au expresia: h- forţe centrifuge Toţi aceşti factori contribuie independenţi sau grupaţi la separarea lichidelor de gaze. În marea lor majoritate separatoarele sunt proiectate şi construite pe principiul gravitaţiei şi reducerii vitezei în separator. Ceilalţi factori care ajută la separarea lichidelor din gaze acţionează secundar funcţie de modul de construcţie al separatorului. 17 2. TIPURI DE SEPARATOARE Separatoarele - sunt instalaţii tehnologice care realizeazã separarea impuritãţilor apă filtrată din noroiul de foraj Lichide

apă de zăcământ

Gazele naturale conţin impurităţi

condensat gazolină Solide

particole de rocă granule de nisip cristale de sare

Criterii de clasificare a separatoarelor lichide separatoare bifazice a) după numărul de faze separate

gaze separatoare trifazice

ţiţei gaze

apă verticale b) după forma constructivă – separatoare

gunbarrel - din burlane ciclon combinate

c) după presiunea de lucru separatoare

vertical – presiuni mici gunbarrel – din burlane presiuni pânã la 200 kgf / cm2 ciclon – presiuni înalte200 kgf / cm2

În funcţie de natura impurităţilor conţinute de gazele naturale separatoarele sunt construite într-o gamă constructivă variată. Pentru separarea bifazică sau trifazică se utilizează separatoare orizontale şi verticale care au ca principiu de funcţionare forţele dominante: gravitaţionale, centrifuge, de adeziune sau combinate. 2.1. SEPARATOARE ORIZONTALE La curgerea gazelor pe conducte orizontale, direcţia de depunere a particulelor lichide şi solide, ar trebui să fie verticală. În mişcarea orizontală particula în suspensie care este antrenată în sensul curgerii de către curentul de gaze, tinde să se depună după curbă, cu viteza limită de căderea în fluidul respectiv. 18 Pe porţiunea orizontală a conductei, unde nu există schimbări de direcţie, decantarea particulelor se realizează pe o distanţă mai mare sau mai mică, în funcţie de viteza gazului, de dimensiunile particulei, de natura acestora şi de diametrul conductei. În concluzie, porţiunile orizontale ale conductelor constituie cele mai eficiente separatoare pentru impurităţile existente în gaze, problema principală fiind captarea şi evacuarea acestora în condiţii controlate şi fără poluarea mediului. Pentru dimensionarea separatorului gravitaţional de lichid se ia în considerare viteza limită de cădere a particulelor lichide, care se află în suspensie în gazele care pătrund în separator. Separatoarele gravitaţionale cu demister se pot împărţi în următoarele tipuri constructive: 1. Separator în fir curent cu diametrul egal cu cel al conductei şi cu acumulator de lichide; Acest tip de separator are scopul numai de acumulare a particulelor de apă separate prin aderenţă la peretele conductei, iar dacă acumulatorul nu este evacuat la timp pierde şi acest rol.

Fig. 2. Separator în fir cu diametrul egal cu al conductei şi cu acumulator de lichide 2. Separator în fir curent cu diametrul mai mare ca cel al conductei, cu şi fără şicane şi cu acumulator de lichide; Este cel mai răspândit tip de separator de extracţie, transport şi distribuţie. Se bazează ca principiu pe reducerea vitezei gazului din conductă în separatorul care are diametrul mai mare, iar sub acţiunea forţelor gravitaţionale, prin aderenţa apei la pereţii separatorului, prin schimbări ale direcţiei (dacă în separator sunt montate şicane) particulele de apă au tendinţa de a separa şi de a cădea în rezervorul de sub separator.

Fig.3 Separator de lichide în fir curent cu diametru mai mare decât al conductei şi cu acumulator de lichide 19

3. Separatoare orizontale cu diametrul mai mare decât al conductei, cu schimbarea direcţiei de curgere a curentului de gaze, cu sau fără şicane interioare; Aceste separatoare, pe lângă efectul separării gravitaţionale folosesc energia cinetică înmagazinată de particule în timpul curgerii gazelor prin conducte. Fazele fluide cu densităţi diferite au energii cinetice diferite. Dacă un curent cu două faze îşi schimbă brusc direcţia, energia cinetică mai mare nu va permite particulelor lichidului cu densitatea mai mare să se mişte la fel de rapid ca fluidul mai uşor, având loc separarea. Aceste forţe depind de viteza de curgere a gazelor în separator, de mărimea particulei, de natura ei şi a fluidului în care este antrenată. Separatoare de lichide cu paravane de ceaţă Acest separator are la bază pe lângă acţiunile forţelor gravitaţionale şi inerţiale şi forţa adezivă a picăturilor pe împletiturile de sârmă.

Separatorul orizontal cu coalescer şi demister tip SOG 1200 Dn200 Pn64 în conformitate cu Normativul ISCIR C4-90 şi cu directiva Europeană EN 13445-3 – PED 97/23 transpusă în standardul SR EN 13445-3 / 2003, este prezentat în figura 2.3.

Fig. 4. Separatorul orizontal cu coalescer şi demister tip SOG 1200 Dn200 Pn64

Separatoarele orizontale, supraterane pentru debite mari de gaze ocupă o suprafaţă mare de teren. Din acest ultim motiv se preferă separatoarele verticale în diferite construcţii, chiar dacă eficienţa lor este mai mică. 20

2.3. SEPARATOARE VERTICALE Separatoare verticale gravitaţionale cu demister Acest tip de separatoare este asemănător separatoarelor verticale gravitaţionale fără demister, cu aceleaşi principiu de calcul, iar coeficientul adimensional, c are valoarea 0,05. Au avantajul că prin montarea la partea superioară, înaintea ieşirii gazului, a unei înpâslituri metalice intrevine şi fenomenul de aderenţă şi de lungire a parcursului gazelor şi moleculelor de apă. Din acest motiv aceste separatoare au un randament mult mai mare. Coalescerul este o împâslitură metalică care are următoarele scopuri: 

realizează o separare suplimentară a particulelor de apă faţă de moleculele de gaze faţă de forţele de separare caracteristice unui astfel de tip prin: -mărirea traseului fluxului de gaze şi particule de apă prin împâslitură; -utilizează forţe de aderenţă şi cele de inerţie prin schimbări dese de direcţie prin împâslitură.



eficienţa împâsliturii utilizate (demister) la separatoarele verticale cu demister faţă de cele fără demister rezultă din posibilitatea creşterii vitezei în separator: -demisterul (împâslitura metalică) se realizează din oţeluri rezistente la eroziune şi coroziune pentru a rezista uzurii. -la eroziune şi coroziune pentru a rezista uzurii. La separatoarele cu demister trebuie ţinut seama că demisterul este realizat din împâslitură de sârmă

tricotată. Pentru a nu o sparge, viteza în separator nu trebuie să depăşească 4,5 m/s, atât pentru cele orizontale cât şi cele verticale.

1-picior 2-fund elipsoidal 3-corp plutitor 5-sită 6-rcord eliminare impurităţi 7-corp rezervor 8-flanşă 9-racord intrare 10-demister 11-corp separator 12-flanşă 13-capac vizitare 14-racord eliminare a gazului cu sau fără supapă de siguranţă

Separator de lichide Viteza fluidului de lucru are o importanţă deosebită, deoarece la viteze mari se produce o saturaţie a ţesăturii la lichid, iar la viteze mici picăturile fixe pot trece prin masa separatoare fără a putea fi reţinute. 21 2.4.SEPARATOARE CENTRIFUGALE 1. Separatoare ciclon La separatoarele ciclon forţa gravitaţională este înlocuită cu forţa centrifugă, care este mult mai mare şi permite separarea cu eficienţă mai bună la presiuni ridicate. Aceste separatoare au rolul da a da jetului de gaze cu apă în suspensie o mişcare de rotaţie unde datorită forţei centrifuge, are loc separarea impurităţilor solide şi lichide care se depun pe pereţii vasului. În partea de jos a separatorului există un indicator de nivel, şi dispozitivul automat de scurgere a lichidului separat. Separatoarele ciclon au o cameră presurizată cu legături pentru intrarea şi ieşirea gazelor o parte din separatoare cu ciclon axial, precum şi un rezervor pentru colectarea impurităţilor solide şi lichide. La procesul de separare, de o importanţă vitală, sunt proporţiile geometrice ale separatorului, densitatea specifică a particulelor ce urmează a fi separate şi viteza debitului gazului precum şi lipsa

impurităţilor solide care prin aderarea la dispozitivul elicoidal schimbă dinamicitatea acestuia şi pot determina obturări, mai ales la multicicloane. Separatoarele ciclon sunt confecţionate din părţi de oţel sudate şi sunt proiectate individual pentru a satisface cerinţele de lucru.

Fig.5. Separator centrifugal – schemă de principiu Separatorul are o cameră presurizată cu legături pentru intrarea şi ieşirea gazelor şi o parte de separare cu ciclon axial, precum şi un rezervor pentru colectarea impurităţilor solide şi lichide. Aceasta poate să fie prevăzută cu un capac de vizitare. Gradul de separare a lichidelor din gaze depinde de starea lichidului. Lichidele care devin vapori nu pot fi separate mecanic. Ele trebuie îndepărtate prin absorbţie sau cu ajutorul chimicalelor. Picăturile fine sub formă de ceaţă şi picăturile de lichid pot totuşi separate aproape în întregime de către separatorul ciclon, mărimile particulelor picăturilor fiind decisive pentru separarea lor. Capacitatea unui separator este 22 determinată de gradul total de separare şi gradul fracţional de separare. Gradul total de separare poate fi determinat experimental sau prin cunoaşterea repartizării exacte a picăturilor. Gradul de separare fracţional indică raţia particulelor separate sau mărimea picăturii de lichid ce se separă din gazul contaminat.

Fig.6. Separator centrifugal

De o importanţă vitală în procesul de separare sunt proporţiile geometrice ale separatorului, densitatea specifică a particulelor ce urmează a fi separate şi viteza debitului gazului. În separatorul ciclon de înaltă fiabilitate, un vârtej separă particulele din gaz, acesta fiind produs de către un distribuitor în care iau naştere viteze mari de rotaţie a gazului. Particulele din gaz se mişcă de asemenea cu viteză mare în jurul axului cilindrului şi sunt astfel supuse la o acceleraţie radială, adesea ajungând la câteva sute de ori valoarea acceleraţiei gravitaţionale a pământului. Datorită acestei acceleraţii, intensitatea ridicată a forţelor centrifuge care acţionează spre exterior, acţionează asupra particulelor. Particulele aruncate pe peretele separatorului alunecă în interiorul rezervorului unde rămân separate de gaz. Eficienţa de separare creşte odată cu creşterea densităţii specifice a particulelor şi cu creşterea vitezei de gaz. Oricum, o creştere a vitezei debitului de gaz conduce la o creştere a pierderii de presiune. Gazul decontaminat şi purificat părăseşte separatorul printr-un tub de imersie central. Acest tub este înconjurat de o ramă tăioasă cu o muchie specială, ascuţită, pentru a evita intrarea lichidelor în tubul imersat. Apărătoarea specială a rezervorului previne ridicarea şi intrarea lichidelor separate. Separatoarele ciclon au fost realizate în scopul cercetării ştiinţifice şi sunt prin urmare bazate pe precizia fundamentelor privind proiectarea şi dimensionarea lor. În limita vitezei gazului (măsurată în tubul de imersie) între 2 – 30 m/s, separatoarele funcţionează perfect şi în ciuda fluctuaţiilor extreme ale gazului, la o separare practic completă. La vitezele mari ale 23 gazului, picăturile mai fine (de aproximativ 3 – 4 µm) sunt dispersate pe când la viteze mai mici se adună în picături mai mari care pot fi uşor separate. Cu apa sub formă de vapori separarea este practic perfectă (100%). Gazul pătruns prin legătura de intrare este trecut către ciclonul axial în scopul ajungerii în secţiunea de separare, unde primeşte o mişcare de rotaţie. Prin urmare, particulele fine de praf şi lichid nu pot urmări exact liniile de curent ale gazului deoarece ele sunt aruncate spre perete de către forţe

centrifugale mari. În curentul de gaz în general forţele de presiune care acţionează către interior sunt în echilibru cu forţele centrifugale. Pierderea de presiune care predomină în liniile de curent ale gazului se datorează vitezelor mai mici care apar în apropierea peretelui. Aceste efecte dau o forţă de împingere care devine mai mare decât forţa centrifugală şi astfel curentul este împins spre exterior ca şi un debit secundar puternic. Acest debit secundar este important, din moment ce el conduce particulele centrifugate, în jos către rezervor. Dacă sunt prevăzute cu o valvă de scurgere corespunzătoare, separatoarele ciclon GTS nu trebuie întreţinute. Ca şi dispozitiv de securitate, un indicator de nivel al lichidului poate fi instalat în vederea urmăririi nivelului de lichid din rezervor. Opţional separatorul poate fi prevăzut cu un cazan de apă fierbinte, pentru a preveni formarea gheţii în rezervor. De asemenea, potrivită în acest scop este o serpentină care conduce apă fierbinte sau aburi fierbinţi. Condensatul este eliberat printr-un canal de scurgere acţionat manual sau printr-un dispozitiv acţionat automat, controlat de un regulator de nivel al lichidului (opţional). 2. Separatoare multiciclon verticale Separatoare multiciclon verticale folosesc forţa gravitaţională şi forţa centrifugală ca acţiune preponderentă pentru separarea particulelor lichide şi solide aflate în curentul de gaze. Întrucât această forţă este mult mai mare din cauza razei mici de rotaţie şi a vitezei tangenţiale mari, eficienţa separării, la separatorul inerţial este mult mai mare. Separatorul multiciclon are o manta exterioară în care se introduc elemente centrifugale (cicloanele). Gazele sunt introduse în separator lateral, prin canalul elicoidal, cu o viteză tangenţială de până la 11 m/s. Particulele solide şi lichide, din cauza forţei centrifugale, se lipesc de mantaua interioară.

Fig.7. Separator multiciclon

24 Datorită formei elicoidale a canalului şi a schimbării secţiunii, se imprimă gazelor, pe lângă viteza tangenţială, şi o viteză descendentă. După centrifugare, gazele intră în ţeava centrală a separatorului, unde viteza ascendentă este mult mai redusă decât viteza de coborâre în elementul de centrifugare. Din această cauză, particulele solide şi lichide care după separare, s-au lipit de manta, se vor scurge într-un rezervor de decantare de înaltă presiune.

Ca urmare a vitezei de rotaţie a gazelor în ciclon, presiunea statică are o valoare minimă în centru şi maximă la periferia ciclonului. Diferenţa de presiune dintre centru şi periferie determină viteza de rotaţie a gazelor. Pentru un debit de 10 – 20 mil. m3/zi necesarul de astfel de separatoare este de 17-35 buc. Din exemplul prezentat anterior rezultă faptul că eficienţa separatoarelor multiciclon este oarecum comparabilă cu cea a separatoarelor verticale gravitaţionale dar prezintă următoarele avantaje: 

diametrul particulelor separate este mai mare de 10 µm şi deci eficienţa separării este limitată;



consum sporit de material, manoperă şi energie pentru confecţionarea lor;



costuri mărite;



datorită spaţiului mic în interiorul cicloanelor prezintă pierderi mari de presiune (cca. 1-3 bar);



prin depunerile de particule solide în interiorul cicloanelor se produc obturări parţiale sau totale ale acestora;



vitezele mari din secţiunea cicloanelor favorizează erodarea acestora, mai ales dacă în curentul de gaze sunt particule solide;



particulele fine de lichid sunt reantrenate în curentul de gaze.

Combinaţii între separatoare şi filtre Separatoarele combinate lichid-solid sunt poziţionate vertical şi sunt proiectate să corespundă cerinţelor celor mai avansate tehnologii. Sunt în particular adaptabile pentru filtrarea şi separarea particulelor solide, sau a particulelor solide şi solide din curentul de gaz. Proiectarea şi dimensionarea sunt bazate pe coduri şi directive care determină proiectarea recipientelor sub presiune. Construirea în conformitate cu standardele internaţionale este oferită doar la cerere. Gazul intră în secţiunea de separare printr-un furtun după care curge prin ciclonul axial şi pătrunde în camera de uscare. După ce gazul a trecut prin distribuitor, îi este imprimată datorită unor giruete, o mişcare spiralată. Gazul curge din interiorul spiralei către interior mărindu-şi astfel viteza. Chiar şi particulele fine de solide şi lichide nu pot urma exact liniile de curent ale gazului şi sunt aruncate către peretele vasului, datorită efectului dat de către forţele centrifugale. În camera de separare, presiunea statică scade substanţial ca şi în fiecare linie de curent care descrie o curbă de la exterior spre interior. 25

Fig. 8. Separator filtru 1. elice; 2. corp; 3. fund; 4. capac; 5. tub; 6. cartuş 7. racord intrare; 8. racord ieşire; 9. deflector. Pierderea de presiune care predomină în curentul de principal de gaz este transmisă acestor straturi limită. Aceste efecte se datorează forţei de împingere a acestor strate limită care devine mai mare decât forţa centrifugală şi astfel curentul de gaz este împins spre interior ca un curent secundar puternic. Acest curent secundar din camera de separare este foarte important, deoarece impurităţile din curent sunt aruncate către perete, adunându-se în camera de separare. Capacul ataşat în camera de colectare a impurităţilor previne o posibilă recontaminare cu particulele lichide sau solide. Gazul curat părăseşte camera de colectare şi trece printr-o ţeavă în camera de filtrare unde curentul de gaz curge printr-un cartuş filtrant din exterior spre interior. Ultimele particule de gaz sunt astfel reţinute cu ajutorul acestei operaţii. Gazul curat îşi termină drumul prin separator ieşind printr-o duză (ştuţ) de ieşire. În mod normal, hârtia cartuşului filtrant este uzată. Hârtia de filtru este încerţită sub formă de stea, întărită cu fibre de polister şi împregnată cu răşină fenolică. Cu o capacitate variabilă între 0 şi 100% următoarea performanţă de separare este realizată de: 26 -

separarea lichidului (99,5% particule mai mari de 10-12 µm);

-

separarea solidelor (99,5% particule mai mari de 2 µm).

Căderea de presiune în ciclonul axial este între 100 şi 500 mbar, depinzănd de încărcătură. Pierderea de presiune maxim permisă în aval de cartuşul filtrului este de 800 mbar. Când în separatorul de solidelichide se obţine o pierdere de presiune între 1050 şi 1200 mbar, cartuşele filtrante trebuie înlocuite sau curăţate. Calculul de rezistenţă al separatorului este realizat pentru temperatura de +500C. Este posibil să se expună filtrul la temperaturi mai mari, caz în care va trebui revizuit calculul de rezistenţă. Mediul de filtrare este proiectat să reziste chiar la temperaturi de peste 1200C. Pentru o perioadă mică de timp (câteva ore), se poate lucra dacă temperaturile sunt mai mari de + 1500C. Cartuşul filtrant poate fi folosit la temperaturi de până la -500C. Este foarte important a se lua în considerare direcţia curgerii gazului când se instalează acest element. Separatorul va fi instalat pe linia conductei fără a-i fi aplicate acesteia îndoituri mecanice. Înlocuirea cartuşelor filtrante necesită cunoaşterea regulilor şi prescripţiilor de securitate Este foarte important ca separatorul să fie depresurizat. În lipsa supapelor, se utilizează în acest scop prizele de presiune diferenţială. Se îndepărtează capacul filtrului se eliberează cartuşul şi se îndepărtează acesta. Se înlocuieşte cartuşul filtrant. Pentru a asigura o funcţionare fără întreruperi prea dese, este recomandat a se păstra set separat de cartuşe în magazie. Când se înlocuiesc cartuşurile trebuie să asigure o curăţare a muchiilor şi a suprafeţei suportului capacului de închidere al cartuşului, astfel încât toate impurităţile să fie îndepărtate. Deteriorările mecanice fără importanţă aparent cum ar fi zgârieturile, găurile pot afecta etanşeitatea capacului. Separatorul este alcătuit din următoarele părţi: 1. închidere rapidă cu capac din material plastic; 2. dispozitiv de pivotare şi de ridicare a capacului; 3. canal de scurgere a condensatului (scurgerea condensatului poate fi efectuată manual sau automat traversând un flotor de epurare automată sau un dispozitiv cu acţionare pneumatică); 4. indicator de nivel (indicatorul de nivel trebuie întoteauna instalat pentru a indica nivelul prafului/lichidului din camera de colectare); 5. întrerupător de nivel (întrerupătoarele pot fi prevăzute opţional cu contacte electrice sau pneumatice pentru transmiterea nivelului la care se află lichidul); 6. indicatorul de presiune diferenţială (trebuie instalat pentru a permite determinarea mai uşoară a gradului de impurităţi din separator); 27

7. încălzirea camerei de colectare (la cerere se poate adăuga un sistem de încălzire electric antideflagrant pentru a proteja camera de colectare contra îngheţului; poate fi folosită o serpentină cu apă fierbinte sau cu vapori de apă.

Fig.9. Dimensiunile separatorului pentru separare mixtă lichid – solid

La alegerea unui separator mixt lichid-solid este nevoie să se cunoască: 1. flanşe (Dn, Pn, STAS); 2. Debit Q, (m3/h); 3. limitele presiunii în amonte Pe min şi Pe max; 4. presiunea la care a fost proiectat separatorul; 5. temperatura de operare, (0C); 6. dispozitivul de proiectare a capacului (în cazul închiderii rapide cu ajutorul unui dispozitiv de ridicare); 7. fluid (posibila analiză a gazului); 8. dispozitiv de închidere rapidă; 9. tipul legăturilor pentru canalul de scurgere a condensatorului; 10. opţiuni speciale (contra supraîncărcării); 11. accesorii speciale pentru filtre, aparat de măsură a presiunii diferenţiale (manometru diferenţial), indicator de nivel electronic; 12. orientarea (pentru a fi vizibil cu direcţia curgerii gazului de la stânga la derapta) sau cu două unităţi de separare pe un skid: o unitate normală şi o unitate în “imagine în oglindă”; 13. bonetă protectoare din material plastic pentru dispozitivul de închidere rapidă; 14. separator cu celuloză sau cartuşuri de pâslă. 28

Concluzionând cele susţinute până aici, putem spune:  Separatoarele de lichid gravitaţionale montate în firul de curent al conductei nu au nici o eficienţă deoarece: - diametrul lor nu poate fi mărit sensibil faţă de cel al conductei, aceasta fiind pozată la -1  -1,20 m sub sol (generatoarea superioară a conductei) şi de accea scăderea vitezei de antrenare a particulelor de lichide libere nu este suficientă; - lungimea lor (5-12m) nu asigură spaţiul necesar depunerii particulelor de apă, ele fiind reantrenate în fluxul de gaze, - rezervorul pentru stocarea apei separate (montat sub separator) are un volum mic (1-2m3), nu are evacuare automată şi nici nu este refulat regulat de operatori.  Separatoarele supraterane orizontale gravitaţionale cu demister sunt cele mai eficiente şi trebuie instalate unde permite spaţiul, cu condiţia respectării vitezei de 5-10 m/s.  Separatoarele supraterane verticale gravitaţionale cu demister au o eficienţă de 0,40,6 faţă de cele orizontale şi de regulă sunt preferate numai dacă spaţiul de depozitare le impune (SRM-uri, reţinerea uleiului la staţiile de comprimare).  Separatoarele ciclon şi multiciclon sunt scumpe cu o eficienţă în cel mai bun caz asemănătoare celorlalte tipuri, dar şi cu multe complicaţii în exploatare.  Separatoarele-filtru sunt soluţii moderne, eficiente dar pentru debite relativ reduse de 20012000 m3/oră şi presiuni de lucru de 625 bar, caracteristice în general staţiilor de reglare şi măsurare.

29

FILTRAREA IMPURITĂŢILOR SOLIDE 1.ANTRENAREA PARTICULELOR Gazele naturale antrenează în faza de extracţie elemente din noroiul de foraj şi particule neconsolidate din roca magazin. Deaceea o primă filtrare mecanică trebuie să se realizeze la instalaţia sondei sau în instalaţiile de suprafaţă din câmpurile de producţie. Particulele solide conţinute în gazele naturale pot avea următoarele provenienţe: -

nisip sau sfărmături de rocă antrenate în strat

-

nisip sau praf atmosferic depuse în diferite faze de execuţie şi reparaţie a conductei

-

produse de coroziune (oxizi şi sulfuri) sau eroziuni din timpul exploatării

Pentru reţinerea impurităţilor solide din gazele naturale se utilizează filtre separatoare. Filtrele le putem defini ca fiind dispozitive mecanice care au rolul de a reţine impurităţile solide din gazele naturale. Particulele transportate au dimensiuni cu atât mai mici cu cât se găsesc mai departe de locul din care au fost antrenate sau în care sau format. Acestea se sparg şi se erodează datorită ciocnirii cu pereţii conductelor concomitent producând şi erodarea ţevilor. Astfel o particulă care cade sub acţiunea acceleraţiei gravitaţionale într-un curent de gaz în mişcarea turbulentă, poate avea o viteză v care să conducă la un regim laminar în timp ce o particulă situată în firul laminar (pe peretele conductei) poate avea, datorită frecării cu gazul o viteză v care defineşte un regim turbulent. Pentru determinarea vitezei de depunere, se ţine seama ca atunci când forţele de sens contrar F c şi Ff sunt egale, se obţine viteza limită uniformă de cădere. Viteza medie a gazului pentru care particulele de praf încep să plutească este de circa două ori mai mare decât viteza de la care particulele de praf încep să fie antrenate. 2. TIPURI DE FILTRE DE GAZE NATURALE După materialul folosit ca element (cartuş) filtrant, se disting: -filtre cu diferite tipuri de ţesături; -filtre din plasă de sârmă -filtre cu fetru; -filtre ceramice; -filtre electrostatice; 30

Materialele din care sunt constituite elementele filtrante ale filtrelor utilizate în industria gazului trebuie să aibă următoarele caracteristici: -

procentajul de porozitate deschisă > 70 %;

-

diametrul mediu maxim al porilor: 10 m;

-

numărul de pori pe cm2: 5000;

-

suprafaţa specifică definită ca raportul suprafeţei laterale a porilor deschişi la volumul aparent. Pragul de filtrare trebuie să fie inferior la 5 m la începutul filtrării.

CARTUŞE FILTRANTE DIN ŢESĂTURĂ În cazul cartuşelor filtrante din ţesătură, compuse fie din saci montaţi în poziţie verticală fie din suprafeţe plane de ţesătură montate pe un cadru, vitezele sunt limitate, în general la 0,5 - 4 cm/sec, ceea ce corespunde la aproximativ 0,5- 4 cm3 de gaz/cm2 (de ţesătura) iar căderile de presiune la 5-15 mbar (cca 50  150 mmH2O). Vitezele prea mari determină colmatarea rapidă a cartuşului. De aceea, când gazele conţin particule foarte fine de praf, vitezele trebuie limitate la 1,5 m/sec. Vitezele fiind mici, curgerea gazelor prin cartuşele de ţesături şi prin stratul de praf depus pe suprafaţa cartuşului, care funcţionează ca un sistem filtrant suplimentar, se face de regulă, în regim laminar. Pentru praf uscat, dacă grosimea stratului depus depăşeşte 1,5 mm ceea ce înseamnă de ordinul a 0,4 grame praf pe cm2 de ţesătură, aproape în totalitate, căderea de presiune va fi datorată trecerii gazelor prin stratul de praf depus, respectiv căderea de presiune în ţesătură devine neglijabilă faţă de aceea produsă în stratul de praf. Cartuşele filtrante din fetru au, de regulă, forma cilindrică, gazele intrând, de cele mai multe ori, prin interiorul cartuşului. Fetrul pentru cartuş poate fi confecţionat din fibre de: bumbac, lână, nylon, sticlă, acrilan etc. ale căror caracteristici, specifice, le fac utilizabile, după caz, în medii neutre, în medii corozive, acide sau alcaline, în medii abrazive etc. Pe filtrele cu cartuşe din fetru vitezele pot atinge 2,5 - 15 m/s dar, din cauza căderilor de presiune care pot deveni importante şi a colmatărilor rapide, trebuie să nu depăşească 7-8 m/s. Filtrele cu fetru trebuie proiectate să funcţioneze cu o cădere de presiune sub 10 mbar (~100mmH 2O), în cel mai rău caz aceasta putând atinge maxim 15 mbar. Aceste filtre se proiectează pentru reţinerea particulelor fine de praf între 0,1 şi 1,6 g/cm 3 dar, pentru situaţii particulare se acceptă până la 80 g/cm 3. Cu toate acestea nu se recomandă folosirea acestui tip de filtru pentru gaz cu conţinut mare de praf, pentru că aceasta ar duce la colmatarea foarte frecventă a cartuşelor. Acest tip de filtre se recomandă a fi proiectat mai ales în treapta a doua, ca filtre fine, după ce particulele grosiere au fost îndepărtate prin alte procedee. 31

Filtrele ceramice beneficiază de randamente înalte de filtrare, putând elimina, practic, totalitatea particulelor de praf conţinute în gaze. Aceste filtre se confecţionează, în general, sub forma de coloană (tub) sau bujie, fixate pe o placă. Ele sunt parcurse, de către gaz, de obicei, de la exterior la interior, pentru uşurinţa curăţirii, exteriorul fiind mai accesibil. Căderea de presiune, într-un filtru ceramic, depinde atât de dimensiunile porilor, cât şi de structura granulometrică a materialelor din care este confecţionat şi se admite, în mod curent, pentru debite situate între 80-100 mN3/h, pe un element pentru o granulometrie de 30 , sub 10 mbar. Filtrele electrostatice funcţionează pe următorul principiu: -

trecerea gazului printr-un câmp electric, pentru ionizarea moleculelor sale;

-

moleculele de gaz, ionizate, trebuie menţinute în câmp, un interval suficient de mare pentru ca particulele de praf să capete suprafaţa de colectare (în câmp electric particulele de praf, conţinute în gaz, expuse contactului cu moleculele de gaz ionizate colectează ioni, devin încărcate cu sarcini electrice şi se deplasează sub acţiunea câmpului electric);

-

prevenirea reantrenării particulelor de praf colectate şi separate sub acţiunea câmpului electric;

-

îndepărtarea prafului colectat. În filtrele electrostatice cu un singur etaj ionizarea şi colectarea sunt combinate, iar în cele cu două

etaje ionizarea şi colectarea se realizează în părţi diferite ale aparatului. Căderea de presiune în filtrele electrostatice datorată, în special, îngustării sau, respectiv, lărgirii, de secţiune la intrare, respectiv la ieşire, trebuie să fie de ordinul a 1  2,5 mbar. Pentru a se putea alege metoda de eliminare a prafului, cu care se poate atinge adâncimea de filtrare dorită, este necesar să se cunoască mărimea particulelor de praf. În literatura de specialitate se dau următoarele cifre: -

2,8 % din particule au dimensiuni peste 60 , restul sub această dimensiune;

-

40 - 60 % din particule au dimensiuni sub 10 ;

-

52 % din greutatea totală a prafului se compune din particule cu dimensiuni sub 10 ; O viteza de 10 m/s (36 km/h) corespunde unui vânt care ridică şi antrenează praful, un vânt de 20

m/s (72 km/h) reprezentând o adevărată furtună. Aceste viteze sunt cu mult depăşite, în perioadele de vârf de consum, în conductele de gaze, ceea ce justifică antrenarea prafului şi producerea, efectelor menţionate, în mod expres erodarea conductelor şi instalaţiilor tehnologice. Efectele eroziunii sunt determinate de energie cinetică, adică de masa şi viteza particulelor de praf antrenate. Particulele transportate au dimensiuni cu atât mai mici cu cât se găsesc mai departe de locul din care au fost antrenate sau în care s-au format. Ca urmare, rezultă că particulele se sparg, datorită 32

ciocnirilor cu pereţii conductelor, concomitent, producând o eroziune a acestora. Particulele mai fine sunt păstrate mai uşor în suspensie, pentru că viteza lor de depunere, sub acţiunea acceleraţiei gravitaţionale, scade cu reducerea diametrului. Putem trage următoarele concluzii:  Alegerea filtrelor pentru gaze naturale se face în funcţie de presiunea nominală, viteza de curgere prin filtru şi debitul supus filtrării, parametrii fiind redaţi în tabele, nomograme, determinaţi prin calcule teoretice şi prezentaţi în prospectele furnizorilor.  O atenţie deosebită trebuie acordată căderii de presiune în filtre, care trebuie urmărite prin aparatura adecvată, iar la instalaţiile moderne când p creşte spre limita admisă, trebuie semnalizată şi se trece fluxul de gaze pe filtrele de rezervă.  Respectarea vitezei gazelor naturale în filtre funcţie de natura acestora şi de fineţea separării impuse este parametrul esenţial de proiectare şi exploatare 1,58 m/s.  Din relaţia Q  Svp , rezultă la reducerea presiunii la aceeaşi secţiune şi acelaşi debit viteza creşte, astfel că menţinerea în limitele de presiune proiectate este esenţială.  Filtrarea se poate realiza printr-o singură treaptă sau două trepte de filtrare ( trepta unu filtrare grosieră, treapta a doua filtrare fină). Prima treapta este compusă dintr-un filtru de tip ciclon care poate reţine 9095 % din particulele solide, iar în a doua treaptă se montează un filtru cu cartuş filtrant din ţesătură foarte fină.

Fig.10. Filtru de gaze naturale l-Corp filtru; 2-Fund inferior; 3-Capac; 4-Racord intrare gaze; 5-Cartuş filtrant; 6-Racord ieşire gaze 33

INSTALAŢIA DE MĂSURARE A DEBITULUI DE GAZE Instalaţia

care

permite stabilirea debitului de gaze are în componenţa sa un panou tehnologic de măsurare a gazelor, precum şi aparatura propriu-zisă care furnizează datele iniţiale de calcul efectiv al debitului de gaze.

Schema panoului tehnologic de măsurare a gazelor P.T.M.G. 4 × 64 1-supapă de siguranţă 2-braţul supapei de siguranţă 3-debitmetrul diferenţial 4-caseta ajutajului sau diafragmei 5-flanşe 6-ventil colţar  1 7-by pass  1 8-clapetă cu sens unic de curgere a gazelor 9-manometru 10-ventil de secţionare b. intrarea gazului în poligon (de la separatorul de impurităţi) cc. ieşirea gazului din poligon (spre conducta colectare a grupului) Aparatul prin intermediul căruia se poate măsura debitul de gaze de la sondă este debitmetrul diferenţial, care execută această operaţie cu ajutorul unui organ de strangulare, cu un diametru bine definit şi care are rolul de a crea o diferenţă de presiune amonte şi aval de el. Panoul sau pologonul de măsură a debitului de gaze care are cea mai mare răspândire în aria de exploatării gazeifere este cel cu diametrul de 4 inch şi presiunea nominală de 65 at.

Organul de strangulare care permite crearea unei diferenţe de presiune, amonte şi aval de el este o parte componentă a panoului de măsură gaze şi se numeşte carcasa organului de strangulare. 34 Detrminarea debitului de gaz aflat într-o conductă, în anumite condiţii de presiune şi temperatură se face şi cu ajutorul unor traductori electronici de debit, presiune, temperatură asistaţi de computere, ceea ce conferă o acurateţe indiscutabil sporită a măsurării debitului de gaze. Există mai multe metode pentru măsurarea debitului de gaze: -metoda orificiilor calibrate -metoda nomogramelor specifice -metoda valorilor rezultate din planimetria diagramelor -utilizarea P.C.-ului în claculul debitului de gaze Metoda orificiilor calibrate Configuraţia orificiilor calibrate convergente permite utilizarea metodei atât în regim critic cât şi necritic de curgere a gazelor prin orificii. Trebuie să se respecte următoarea succesiune de paşi: Pasul 1: Măsurarea prin intermediul unui manometru verificat în prealabil, a valorilor presiunii p 1 şi p2. Pasul 2: Stabilirea valorilor φ = p2a / p1a, din care se deduce caracterul critic sau necritic al curgerii prin orificiu. Pasul 3: Determinarea constantei c, care este specifică fiecărui orifiu calibrat, fie convergent, fie cilindric, se obţine din tabele, unde în dreptul diametrului calibrat este trecută valoarea lui c. Folosirea acestei metode se impune atunci când se doreşte calcularea debitului unei sonde de gaze a cărei instalaţie tehnologică nu este echipată cu debitmetru diferenţial, situaţie în care se află majoritatea sondelor. Asemenea determinări de debite se efectuează periodic, iar suma lor reprezintă debitul câmpului de gaze. Rezultatele obţinute, interpretarea lor şi corelarea lor reprezintă un indiciu semnifinicativ în ceea ce priveşte producţia zăcământului. Calculul debitul de gaze folosind valori rezultate din planimetria diagramelor Instalaţia tehnologică de măsurare a gazelor are în componenţă, debitmetrul diferenţial prin intermediului căruia se furnizează datele necesare calculării debitului de gaze. 1.Dacă în situaţia deplasării gazelor prin conducte există un obstacol, având aria suprafeţei de trecere a gazului de formă circulară, amonte şi aval de el apare o presiune diferenţial Δp. 2.Diferenţa de presiune Δp este măsurabilă de către debitmetrul diferenţial. 3.De asemenea, acest aparat aparat are posibilitatea de a măsura şi presiunea amonte de organul de strangulare (ajutaj, diafragmă, etc.).

4.Construcţia debitmetrului difernţial este de aşa natură, încât el poate înregistra în timp, datorită unui mecanism de ceasornic, o curbă închisă a presiunii amonte de organul de strangulare şi una a presiunii diferenţiale. 35 5.Convenţial s-a stabilit că înregistrarea de culoare albastră corespunde curbei presiunii măsurate amonte de organul de strangulare, denumită şi curba presiunii statice şi notată cu „Ip”, iar înregistrarea de culoare roşie corespunde curbei de presiune diferenţială, notată „Ih”. 6.Detrminarea valorilor Ip şi Ih este posibilă prin planimetrarea conturului acestor curbe cu un aparat construit în acest scop – Foxboro-Yoxall. Calcularea propriu-zisă a debitului de gaz se poate efectua folosind formula care conţine pe lângă alte variabile valorile Ip şi Ih. Formula finală de calcul reprezintă o succesiune de faze intermediare, dictate de necesitatea folosirii unor coeficienţi de corecţie introduşi în ideea obţinerii unei exactităţi sporite a valorii debitului. Rezultatele practice obţinute prin aplicarea acestor formule concluzionează faptul că, toţi termenii componenţi ai formulelor influenţează valoarea debitului de gaze. Dintre aceştia o influenţă semnificativă o are Ih. (valoarea obţinută în urma planimetrării curbei diferenţiale). Acest lucru este firesc dacă ţine cont de faptul că dacă printr-un procedeu tehnic se reuşeşte să se mărească viteza de curgere a gazului, diferenţa de presiune amonte şi aval de organul de strangulare creşte, fapt ce va fi marcat printr-o creştere semnificativă a curbei difeenţiale Ih şi implicit o valoare mărită a planimetrării. Creşterea vitezei de curgere a gazelor se realizează, prin scăderea presiunii din conducta colectoare, care este ireversibil corelată cu presiunea de zăcământ. EVACUAREA IMPURITĂŢILOR ACUMULATE LA SEPARATOARELE SONDELOR ŞI COLECTAREA CONDENSATULUI DE GAZE Exploatarea zăcămintelor de gaze naturale este asociată în majoritatea cazurilor şi cu „ exploatarea” independent de voinţa noastră a apei de zăcământ, condensat sau a altor impurităţi de natură mecanică. Din punct de vedere tehnologic este necesară separarea în trepte a gazului metan de celelalte impurităţi. Dintre impurităţi, apa de zăcământ, ridică cele mai delicate probleme. Nesepararea gazelor de impurităţi implică generarea unor dificultăţi deosebite în întregul lanţ sondă-conductă de aducţie şi colectoare, sistem de transport şi distribuţie, cum ar fi: -introducerea în sistemul de colectare, transport, distribuţie a unor cantităţi foarte mari de apă, care ar putea ajunge până la consumatori; -degradarea prematură a instalaţiilor de deshidratare a gazelor şi a celor de comprimare; -erori în stabilirea debitului de gaze. Prima treaptă de separare a gazelor naturale de impurităţi se realizează în incinta grupului de sonde, prin intermediului unor instalaţii denumite separatoare. Acestea sunt montate pe traseul fiecărei

conducte de aducţie a sondei respective iar menţinerea lor în funcţie este egală ca durată cu timpul cât sonda este în producţie. 36 Montarea separatoarelor, aferente conductei de aducţie, se face de obicei în incinta grupului de sonde pentru a putea fi controlate şi exploatate după nişte grafice riguros întocmite. În şantierele gazeifere se folosesc mai multe tipuri de separatoare a căror varietate diferă atât din punct de vedere funcţional cât şi dimensional. Principiul de funcţionare al separatoarelor de lichide se bazează pe utilizarea forţei centrifuge (separatoare centrifugale) sau celei gravitaţionale (separatoare gravitaţionale). Separatoarele gravitaţionale sunt cele mai numeroase şi au ca suport funcţional separarea apei prin depunerea ei la partea inferioară a separatorului.scăderea vitezei de curgere a gazelor implică micşorarea vitezei vaporilor de lichid componenţi ai amestecului gaz metan-lichid(apă sau condensat). Datorită acestui fapt are loc o separare gravitaţională a lichidelor şi deci o primă purificare a gazelor naturale.Separatoarele care funcţionează după acest principiu se numesc separatoare gravitaţionale, iar după poziţia lor de lucru se numesc verticale sau orizontale, iar după poziţionarea lor faţă de sol pot fi supraterane sau subterane. Cele mai numeroase sunt cele de tip orizontal şi subteran, deoarece ele sunt cele care intră în componenţa instalaţiilor tehnologice care permit exploatarea sondei. Se montează la partea terminală a conductei de aducţie, cu anexele sale. Funcţionarea separatorului subteran este identică separatorului vertical, iar captarea impurităţilor se face în partea inferioară a separatorului. Eliminarea lor se realizează prin deschiderea ventilului care realizează comunicarea între ţeava dispusă concetric în ţeava de evacuare, curba conductei de legătură şi haba de etalonare. Fizic, eliminarea impurităţilor lichide se realizează datorită existenţei presiunii de gaz în separator şi a presiunii exisente în ţeava cu lichid. Deschiderea ventilului provoacă o descărcare a presiunii din separator simultan cu aducerea în haba de etalonare a impurităţilor lichide. Operaţia de refulare a separatorului e consideră terminată atunci când după faza gazoasă urmează faza lichidă, fapt ce impune închiderea ventilului. Haba are 1 m3 volum unitar, fiind gradată şi permiţinând astfel măsurarea cu precizie a impurităţilor aduse de fiecare sondă. O habă de etalonare este utilizată la mai multe sonde. Impurităţile acumulate în haba de etalonare sunt după caz, captate, decantate, stocate sau vehiculate spre staţii de injecţie ape reziduale.

37

1-piesă de legătură între conducta de aducţiune şi intrarea în S.O.S. (reducţie) 2-S.O.S. – separator orizontal subteran 3-ancorele instalaţiei de refulare 4-ţeava de capturare a impurităţilor 5-refulator 6-ventil colţar -  1 7-curbă 8-jug de fixare a conductei refulatorului 9-conductă de refulare 10-habă de etalonare – 1m3 11-dispozitiv de etanşare între 4 şi 5 12-piese de legătură 13-flanşe Schema instalţiei de captare, refulare şi măsurare impurităţi

Eliminarea periodică apei din sondele de gaze Cantonarea apei în zona inferioară a sondei, iar ulterior tendinţa ei ascensională, provoacă dificultăţi multiple în exploatare. Referitor la aceste cantităţi de apă de zăcământ care sunt în creştere, se precizează faptul că ele pot proveni, pe de o parte, atât din deteriorarea în timp a pietrei de ciment care asigură etanşeitatea între coloana de burlane de tubaj şi sol, fapt ce permite crearea unor căi de comunicaţie între unul sau mai multe acvifere şi zona perforată a sondei sau pe de altă parte, din condensarea vaporilor de apă din gaze atât în zona de influx strat-sondă cât şi în sondă. Condensarea vaporilor de apă se face pe o anumită înălţime a sondei dacă există îndeplinite anumite condiţii de presiune şi temperatură în acest sens. Coexistenţa apei de zăcământ, sub formă de vapori şi a gazului nu creează probleme deosebite în etapa iniţială de producere a zăcământului când presiunea era considerabilă şi energia sa era suficientă pentru a deplasa fluidul format într-o anumită proporţie din vapori şi gaze. Separarea gazelor de vaporii de apă se realizează în această situaţie cu bune rezultate la suprafaţă prin intermediul instalaţiilor tehnologice specifice. Scăderea presiunii şi implicit a energiei de zăcământ implică şi o reducere a vitezei în zona de influx strat-sondă, fapt ce implică creşterea procentului de vapori de apă din jurul perforaturilor, realizându-se un transfer din faza de vapori în faza lichidă.

Amestecul lichid-gaz având componenţii săi în proporţie variabilă, necesită gradienţi suplimentari de presiune pentru deplasarea sa, deoarece vâscozitatea acestui sistem este superioară unuia 38 monofazic (gaz sau condensat). Eliminarea unei părţi din lichidul cantonat în sondă, prin folosirea unei duze cu un diametru adecvat acestei situaţii, se face pe fondul măririi vitezei ascensionale a gazelor, fapt care conduce şi la formarea unei pelicule ascensional-continue de lichid pe interiorul tubingului. Cantitatea de apă adusă la suprafaţă este măsurabilă şi reţinută şi în separatorul subteran al sondei. Reducerea diferenţei de presiune dintre tubing şi coloană se traduce prin expulzarea volumului de apă din sondă datorită existenţei încă pentru formaţiunea respectivă, sau pentru zona productivă aferentă sondei în cauză, a unei energii de zăcământ capabile să învingă valoarea presiunii hidrosttice create de coloana de apă din tubing, astfel cantitatea de apă acumulată în sondă este eliminată prin intermediul unor instalaţii de refulare nepoluante, fiind stocată temporar într-un recipient metalic iar de aici ea este deversată într-un bazin de mare capacitate de captare apelor reziduale.

Spumarea apei din sondă Acest procedeu este aplicabil, fiind aproape generalizat la toate sondele de gaze şi mai ales la acelea la care energia de zăcământ este insuficientă eliminării unor volume mari de apă care s-au acumulat în timp în aceste sonde. În ultima perioadă de timp se utilizează spumarea apei din sondele producătoare de gaze folosind substanţe spumogene solide, sub formă de batoane – sticks-uri. Avantajele utilizării acestui procedeu: -Introducerea sticks-urilor în sondă nu necesită nici un fel de aparatură sau dispozitive ca în cazul utilizării spumantului lichid – pompe dozatoare, lubricatoare, etc. -Durata necesară ajungerii şi pătrunderii spumantului solid în masa de lichid este mult mai mică comparativ cazului când se foloseşte spumantul lichid -Introducerea sticks-urilor, prin tubing, implică începerea spumării dopului de apă în profunzimea sa, spre deosebire de spumantul lichid, care declanşează iniţial spumarea apei la suprafaţa dopului şi apoi treptat în adâncime -Datorită formei batonului nu se pun probleme deosebite privind depozitarea şi păstrarea sa comparativ cu spumantul lichid (butoaie, spaţii adecvate de depozitare) Numărul sticks-urilor introduse în sondele de gaze este influenţat de următoarele considerente:  Cantitatea de apă existentă în sondă, ştiind că 1Kg de spumant are efect asupra a 100 l de apă  Salinitatea apei din sondă  Adâncimea sondei, coroborată cu temperatura de adâncime, parametru influent formării spumei

 Adâncimea aferentă intervalului perforat şi corelat cu talpa sondei. În cazul unei distanţe mari între cele două repere (perforaturi, talpă), sticks-urile care ies din tubing şi se plasează în zona inferioară a sondei, 39 nu vor spuma apa deoarece în această zonă, mişcările lente din interiorul masei de apă cauzate de influxul de gaze din strat din sondă, sunt inexistente  Presiunea statică a sondei  Posibilitatea obţinerii unui spor de debit de natura celui care să justifice acest tratament OPERAŢII DE STIMULARE A SONDELOR DE GAZE Cauzele productivităţii reduse a sondelor de gaze Încă de la pornire, sondele pot produce cu debite mai mici decât cele normale, această situaţie putînd fi cauzată de: -deschiderea imperfectă a sondelor atât din cauza construcţiei lor cât şi ca urmare a neeficienţei aparatelor de perforare; -blocarea stratului în jurul găurii de sondă sau scăderea permeabilităţii lui din cauza folosirii în timpul forajului a unor fluide necorespunzătoare care pot provoca: -înfundarea porilor sau a fisurilor stratului cu substanţe coloidale minerale sau organice din fluidul de foraj sau din laptele de ciment (în cazul stratelor cu permebilitate mare); -blocarea porilor cu apă filtrată din fluidul de foraj sau din laptele de ciment (în czul stratelor cu permeabilitate scăzută). De asemenea, pe parcursul exploatării, debitul sondelor poate scădea din următoarele cauze: -defectarea sau uzarea echipamentului de fund (în special la sondele în pompaj); -formarea în coloană a unor dopuri din particule de rocă care îngreunează pătrunderea fluidelor în gaura de sondă; -modificarea în timpul exploatării a proprietăţilor stratului şi ale fluidelor de zăcământ şi anume:    

Scăderea presiunii de zăcământ, Creşterea vâscozităţii Scăderea permeabilităţii Pătruderea în strat a impurităţilor conţinute de apa sau fluidelor introduse pentru efectuarea unor



tratamente Formarea de precipitate care astupă porii sau fisurile rocii ca urmare a unor tratamente neadecvate sau

  

nerespectării tehnologiilor de lucru Umflarea bentonitelor conţinute de strat în contact cu apa filtrată din fluidul de foraj sau cea introdusă Depunerea în porii sau fisurile rocii a unor substanţe conţinute în apa de zăcământ Formarea în jurul găurii de sondă a unei zone de saturaţie mare în apă de zăcământ ca urmare 40 a avansării anormale a acesteia



Astuparea căilor de drenaj cu parafină, asfaltene sau răşini în special la sondele de mică adâncime la care temperatura de fund este mică.

Acidizarea sodelor Prin acidizare se realizează: -curăţirea canalelor de curgere de depunerile de carbonaţi, săruri sau depuneri de argile; -lărgirea porilor rocii şi dezvoltarea în adâncime a unor canale care pun în legătură sonda cu zone din strat saturate cu hidrocarburi; -extinderea fisurilor naturale la o presiune mai mică decât presiunea de fisurare. Pentru acidizări, cel mai folosit este acidul clorhidric, întrucât prin reacţia acestuia cu carbonaţii rezultă produşi solubili în apă (CaCl2 sau MgCl2), care apoi sunt eliminaţă din pori şi canale. Reacţia chimică este: CO3Ca + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2 S-a constatat că uneori s-au obţinut efecte mai bune atunci când în afară de acid clorhidric, soluţia pentru tratament conţine şi acid fluorhidric în proporţii de 1-4%. Acesta are rolul de a dizolva elementele argiloase, precum şi nisip cuarţos. Acest amestec este folosit şi în cazul blocării sondelor prin colmatare în timpul forajului. Parametrii care influenţează în cel mai mare grad reuşita operaţiilor de acidizare: -concetraţia soluţiei -temperatura care măreşte viteza de reacţie dintre soluţie şi rocă -presiunea mare de injecţie a soluţiei în zăcământ face ca viteza de reacţie să cadă.

Tehnica acidizării sondelor Operaţia de acidizare este precedată de următoarele controale: -controlul perforaturilor -verificarea interiorului şi a etanşeităţii ţevilor de extracţie -verificarea receptivităţii sondei prin efectuarea unei probe de presiune după umplerea puţului Soluţia acidă se prepară într-o habă, turnându-se pe rând: apa, inhibitorul, acidul acetic, acidul clorhidric, clorura de bariu dizolvată în circa 100 l apă, dezemulsionantul şi acidul fluorhidric amestecându-se bine după turnarea fiecărei substanţe. La prepararea soluţiei acide trebuie luate măsuri speciale de tehnică a securităţii muncii. Operaţia de acidizare decurge astfel: 41 

Se umple gaura de sondă cu:



-apă, în cazul sondelor de injecţie şi al sondelor de gaze -ţiţei, în cazul sondelor de ţiţei Se pompează soluţia acidă prin ţevile de extracţie cu unul sau mai multe agregate de pompare.

Robinetul de la coloană se ţine deschis până ce se pompează un volum de soluţie egal cu volumul ţevilor de extracţie; apoi se închide robinetul de la coloană şi se pompează, în continuare, restul soluţiei acide. Dacă acidul îşi face efectul, presiunea de refulare a soluţiei scade în cursul pompării. 

Se introduce, în final, o cantitate de apă egală cu volumul ţevilor de extracţie, pentru a evacua din ţevile de extracţie soluţia acidă, respectiv ţiţeiul după care se spală gaura sondei prin circulaţie inversă de apă.

Dacă o acidizarea nu a avut efect, operaţia se repetă cu cantitate mai mare de soluţie acidă şi de concetraţie mai mare. După acidizare, sonda se lasă înrepaus pentru a se produce reacţia între acidşi carbonaţi, respectiv silicaţi din strat. Pauza este de 1-3 h în cazul stratelor cu conţinut mare de carbonaţi şi de 20h în cazul stratelor cu conţinut mic de carbonaţi. După pauză, stratul se drenează cu pistonul sau cu ajutorul gazelor comprimate pentru a extrage produsele de reacţie formate în urma acidizării. Dacă nu există pericolul viiturilor de nisip, drenarea şi ulterior, exploatarea se fac cu debit cât mai mare.

Fisurarea hidraulică -este una dintre metodele cele mai eficiente pentru mărirea debitului sondelor La sondele vechi, aplicarea fisurării hidraulice este indicată dacă presiunea diferenţială dintre strat şi sondă a scăzut anormal, respectiv dacă permeabilitatea stratului s-a micşorat în urma depunerii în pori a particulelor de rocă sau a sedimentelor din apa de zăcământ. Dacă se injectează într-o sondă un lichid, la presiune înaltă, aceasta va pătrunde forţat în roca colectoare, producând una sau mai multe fisuri sau lărgind fisurile existente. Fisurile create au permeabilitate foarte mare, mărind deci permeabilitatea medie a stratului şi ducând la creşterea debitului sondelor.

Tehnica operaţiilor de fisurare hidraulică Echipamentul folosit la fisurarea hidraulică 

Agregatele de pompare – utilajul principal folosit la fisurările hidraulice şi cuprind următoarele părţi montate pe un autocamion: 42

-una sau mai multe pompe principale echipate cu câte trei pistoane plonjor cu diametrele de90-150mm, având lungimea cursei de 200-250mm -motoare Diesel de 300-800 CP pentru acţionarea pompelor -o claviatură cu legături pentru aspiraţie şi refulare, un pupitru de comandă şi un tablou   

cu aparate de măsurat şi control. Dozatoare de nisip Utilaj pentru transport Aparate de măsurat şi control – manometre indicatoare şi înregistratoare pentru presiunile de refulare ale pompelor, pentru presiunea la gura sondei şi la talpa sondei -debitmetre şi densimetre pentru lichidul de fisurare Echipamentele principale de fund folosite la fisurările hidraulice sunt pacherele de diferite tipuri,

fie pentru limitarea intervalelor de fisurat, fie pentru protejarea coloanelor împotriva presiunilor prea mari. Pacherele sunt de tip recuperabil.

Fisurarea hidraulică simplă Lichidul de fisurare se pompează în sondă prin spaţiul inelar dintre ţevile de extracţie şi coloană Mai întâi se injectează în strat 10-20m3apă sărată pentru a putea aprecia valoarea presiunii necesare pentru pomparea ulterioară a lichidului de fisurare. Lichidul de fisurare este adus la sondă cu în autocisterne. La început se pompează lichid curat cu debitul maxim posibil, pentru a crea presiunea înaltă necesară fie deschiderii unor fisuri naturale existente, fie amorsării unor fisuri noi. După ce s-a deschis o fisură, presiunea de pompare scade şi se măreşte debitul, se pompează circa 60 % din lichidul de fisurare, iar restul în amestec cu materialul de susţinere a fisurii. Când se foloseşte ca lichid de fisurare o emulsie stabilă, atunci în urma ei ae pompează un lichid potrivit pentru a sparge emulsia pentru a putea fi extrasă mai uşor din fisură la repunerea sondei în producţie. FORMAREA ŞI COMBATEREA CRIOHIDRAŢILOR Gazele: metan-CH4; etan-C2H6; propan-C3H8; şi butan-C4H10 sau amestecurile acestor gaze formează cu apa cu care sunt în contact substanţe solide, sub formă de cristale, de o structură asemănătoare cu zăpada, care la un moment dat, pot înfunda complet ţevile de extracţie sau conductele, numite criohidraţi. Aceştia se formează cu atât mai uşor, cu cât presiunea este mai mare şi cu cât temperatura este mai mică. 43 Factorii secundari care favorizează formarea criohidraţilor sunt: -viteza mare de deplasare a gazului

-turbulenţa curentului -pulsaţiile şi schimbările bruşte de direcţie a traseului parcurs de gaze Pentru criohidraţi este caracteristic că ei se formează, dacă presiunea este destul de mare, la temperaturi care depăşesc 00C, fapt care măreşte mult probabilitatea producerii acestui fenomen şi în anotimpul călduros. Combaterea criohidraţilor se poate realiza prin: -descompunerea criohidraţilor, micşorându-se presiunea conductei, respectiv oprindu-se lucrul pentru un timp sau prin încălzire, pe cât posibil, cu abur sau cu alte fluide calde; -adaosuri care se introduc în gaze, cum ar fi metanolul şi altele, pentru a preveni formarea criohidraţilor; -eliminarea apei din gaze.

44