Μηχανική Κοιτασμάτων Υδρογονανθράκων

Abstract

Η Μηχανική Κοιτασμάτων Υδρογονανθράκων είναι ο κλάδος της Επιστήμης του Μηχανικού που εστιάζει στη μελέτη των ταμιευτήρων πετρελαίου και φυσικού αερίου, με απώτερο στόχο την οικονομικά βιώσιμη και περιβαλλοντικά συμβατή εξόρυξή τους από το υπέδαφος σε βάθος μερικών χιλιομέτρων από την επιφάνεια της Γης. Βασικός στόχος της εξόρυξης είναι η παραγωγή στην επιφάνεια του μεγαλύτερου δυνατού ποσοστού της μάζας των Υ/Α, που περιέχονται αρχικά στον ταμιευτήρα, με χρήση του συνόλου των διαθέσιμων ώριμων τεχνολογιών και τεχνικών παραγωγής. Κατά την παραγωγική εκμετάλλευση ενός ταμιευτήρα, τα ρευστά που υπάρχουν αρχικά εγκλωβισμένα στους πόρους του πετρώματος διανύουν αρκετές εκατοντάδες μέτρα από την αρχική τους θέση μέχρι τον πυθμένα του φρεατίου της γεώτρησης, και από εκεί αντλούνται προς την επιφάνεια. Λόγω της ροής εντός του ταμιευτήρα και του φρεατίου παραγωγής, το πεδίο πίεσης των ρευστών μεταβάλλεται συνεχώς με τον χρόνο, επηρεάζοντας δυναμικά και τις φυσικές ιδιότητες των φάσεων που περιέχονται σε αυτόν. Συνεπώς, ο Μηχανικός Πετρελαίου πρέπει να γνωρίζει σε βάθος τις βασικές αρχές και τους φυσικούς μηχανισμούς που διέπουν τη διεργασία της ροής σε αυτές τις συνθήκες, καθώς και την επίδραση που αυτοί έχουν στη δυναμική του πεδίου πιέσεων και την κατανομή των φάσεων εντός του ταμιευτήρα. Παράλληλα, ο Μηχανικός Πετρελαίου πρέπει να γνωρίζει σε βάθος τις αρχές που διέπουν την ισορροπία φάσεων στις διαρκώς μεταβαλλόμενες συνθήκες του ταμιευτήρα και την επίδραση που έχουν στη σύσταση και την αναλογία των όγκων των ρευστών κατά τη διάρκεια της εκμετάλλευσης του ταμιευτήρα. Το παρόν σύγγραμμα απευθύνεται κυρίως σε προπτυχιακούς φοιτητές Πολυτεχνικών Σχολών, όπου διδάσκονται μαθήματα Μηχανικής Πετρελαίου. Στόχος του είναι να εισαγάγει με συστηματικό και προοδευτικό τρόπο τους μελλοντικούς μηχανικούς στις βασικές αρχές που διέπουν τη μονοφασική και πολυφασική ροή διαμέσου της πορώδους δομής του πετρώματος, καθώς και στη θερμοδυναμική ισορροπία των φάσεων πετρελαίου και αερίου μέσα στον ταμιευτήρα. Με βάση αυτό το θεωρητικό υπόβαθρο αναπτύσσονται οι πιο σύνθετες έννοιες της Μηχανικής Ταμιευτήρων Υ/Α, που σχετίζονται με τους μηχανισμούς παραγωγής και την ανάπτυξη του ταμιευτήρα για τη βελτιστοποίηση του βαθμού αποληψιμότητας από αυτόν.

Reservoir Engineering is the field of the Engineering Science that focuses on the study and characterization of oil and gas reservoirs aiming at proposing efficient hydrocarbon production strategies that are both financially viable and environmentally-friendly. The main objective of oil and gas production engineering is to recover the highest possible mass fraction of the hydrocarbon species that are initially resident in the reservoir using all available mature production technologies and techniques. During the commercial exploitation of a reservoir, the hydrocarbon fluids that are initially trapped in the pore space flow over several hundreds of meters from their initial position until the bottomhole of the production wells, from where they are recovered to the surface. Due to this flow through the porous matrix of the reservoir, the pressure field is continuously evolving in time, thus affecting the physical properties of the fluid phases. Therefore, the Petroleum Engineer should be familiar with the relevant physical processes and possess an in-depth understanding of the basic parameters that affect the dynamic evolution of the pressure field and the spatial distribution of different phases during transient multiphase flow. This understanding should also be complemented with an in-depth understanding of the basic principles that govern liquid-vapor equilibrium of the extremely complex reservoir fluids and their changes in composition. These depend strongly on the dynamics of the flow field during the production period from the reservoir. This book is primarily intended for undergraduate students of Engineering Schools that include the course of Petroleum Engineering in their educational program. It aims at introducing the students to the main principles and terminology of the upstream sector in a systematic and progressive way starting from the fields of single and multiphase flows through the reservoir porous structure and progressing towards the thermodynamics of liquid-vapor equilibrium of reservoir fluids. Based on this theoretical background, more complex processes are presented, related to the basic oil production mechanisms and the technologies applied for optimizing oil recovery.