178614. lajstromszámú szabadalom • Berendezés molekuláris diffúzió mérésére kőolajtárolókban uralkodó nyomás és hőmérséklet viszonyok mellett
7 178614 8 mértékét, míg a 15 fotocellás szintérzékelő és szabályozó segítségével, vagy kézi szabályozással a gáz és folyadékfázis határfelületét állandó szinten tartjuk és a térfogatváltozást az 5b mérőléc és térfogatregisztráló segítségével határozzuk meg. Az idő függvényben a folyadékfázisba diffundált gáz mennyiségét 1. a gáztérfogat ismeretében a nyomáscsökkenésből, 2. az olaj térfogatának növekedésből (PVT mérés alapján, ismert összefüggés szerint) mérjük. A kapott értékek összehasonlíthatók a modell alapján számolt értékekkel. Amennyiben a gáz igen jól oldódik a folyadékban (pl. C02 -daj rendszer), az alapnyomás csökkenés nem lesz elhanyagolható a transzport-folyamatra. Ezért ebben az esetben a 8 , differenciál nyomásmérő és regisztráló egység, illetve a hozzá tartozó elektronika segítségével a nyomást tartjuk állandó értéken a 2a térfogatváltoztató dugattyú segítségével, amely értéket az idő függvényében az 5a mérőléc és térfogat regisztrálóval határozzuk meg. A méréseket áltálban célszerűen két jellemző állapotban végezhetjük el: 1. a rendszer nyomását állandó értéken tartva, nagy pontossággal mérjük a nyomásfenntartást biztosító fluidumutánpótlás időbeli alakulását, 2. a kiindulási állapotban létrehozott rendszer a berendezés határain az anyagáramlás szempontból zárt rendszer lévén, a vizsgálat sorb az idő függvényben nagy pontossággal határozzuk meg a nyomás változását. Természetesen ez a két szélső állapot csak a korlátlan beáramlású, illetve a zárt tárolót modellezi le valósághűen. Lehetőség van ezek adott kombinációk melletti vizsgálatainak elvégzésére is. Ilyenkor a kísérlet elvégzése és a matematikai eljárás is bonyolultabb. A kombinált vizsgálatokkal és számításokkal megadhatók a szénhidrogén tárolókban lejátszódó tömegtranszporttal kapcsolatos általbos összefüggések is. Az empirikus adathalmaz, mely a matematikai értékeléshez szükséges, a fluidumok fiziko-kémiai, termodinamikai, PVT jellemzői a kívánt modell és rétegviszonyok mellett, - melyek a diffúziós mérésektől függetlenül meghatározhatók -, a rendszer és környezet közötti anyagcsere, illetve a rendszer nyomásváltozásának időbeni alakulásból áQ. A kísérleti berendezés éppen ezért úgy van kialakítva, hogy azzal nagy pontossággal lehet mérni a fenti kapcsolatokat. A kívánt méréseket különböző folyadék-gáz és tárolókőzet rendszerekre, különböző nyomáson, hőmérsékleten, a fázisarbyok és fázistérfo gatok változtatása mellett végezhetjük el. Ismeretes, hogy a széndioxid, illetve a széndioxidos földgáz különösen a karbonát-típusú tárolók anyagával lép kölcsönhatásba. Ilyenkor a tárolókőzet egy része kémiai reakció miatt feloldódik, miközben a gáz egy része a gáz-folyadék rendszer szempontjból elnyelődik, eltűnik. A kőzetoldódás mértéke a rétegviszonyok és fluidum minősége mellett egyrészt a kőzet anyagi összetételétől, másrészt annak fajlagos felületétől függ: A találmby szerint tetszőleges viszonyok között empirikusan tudjuk mérni és matematikailag ele me zni a diffúziós tömegtranszportot a határréteg, az adszorpció és kémiai reakció mellett, de megadható ezen tényezők konkrét értéke és a diffúziót szabályozó hatásuk is. A találmby szerinti berendezéssel a méréseket oly módon valósítjuk meg, hogy t = 0 időpillanatban, az adott rétegviszonyok mellett a szabadgáz-folyadék-kőzet rendszerint egymással érintkezésbe hozzuk. Ekkor a gázfázisból tömegátadás indul meg a folyadékfázis határrétegbe, ami a folyadékfázisban diffúziós tömegtranszportot indukál. A kőzet jelenléte módosítja a diffúziós folyamatot egyrészt felépítése, másrészt a szbdioxidos gáz-kőzet reakciója miatt. A kőzeteltolódás mértéke függ a kőzet anyagi minőségétől, a rétegviszonyoktól, a koncentráció alakulásától és fajlagos felületétől. A fizikai képhez illesztett matematikai modell a FICK-törvbyen alapul, figyelembe véve a kezdeti és határfeltételeket, az anyagmegmaradást és a reakció mértékét, mely matematikailag különböző intenzitású nyelőnek felel meg. A megoldandó matematikai egyenlet egy parciális differenciál egyenlet, melynek kezdő- és határfeltételekhez illesztett megoldását LAPLACE-transzformációval határozzuk meg. A matematikai modellekben a geometriai méretek és PVT adatok mellett az albbi tbyezőket vesszük figyelembe: — a nyomásváltozás sokkal gyorsabb az anyagtranszporthoz képest, vagyis a gáz és fluidum-fázisok nyomása tetszőleges időpillanatban azonos, — a gázkoncentráció tetszőleges időpillanatban homogb a gázfázisban, — a fizikai modell keresztmetszetben a folyamat homogb, vagyis a térben egydimenziós a változás, — a határréteg vastagsága, melyben a fázisok közötti tömegcsere történik, adott fluidumok esetb időben állandó, — az adszorpció és a kémiai reakció matematikailag nyelőként kezelhető, melynek intenzitása az adott fluidum és kőzet minőségbek jellemzői, — a határréteg koncentrációja a gáz-folyadék határb megegyezik a gáz-folyadék egyensúlyi értékkel, amelyet a tömegátadás biztosít, — a diffúziós tartomby végb, a berendezés határán tömegtranszport lehetetlen,, vagyis a koncentráció gradiense nulla, — a teljes rendszerre vonatkozó anyagmegmaradások (diffúziós cella és külső forrásból betáplált) minden fázisra, minden időpillanatban érvbyesek, — a rendszerek kezdeti feltételei ismertek, vagyis a gáz koncentráció eloszlása az érintkezés pillanatban ismert. A diffúziós transzportot meghatározó differenciál-egyenlet kezdeti és határfeltételekhez illesztett megoldásaiból^ az adott viszonyok melletti koncentráció eloszlást^ a határréteg vastagságát, az adszorpció és a kémiai reakció mértékét egy időben, egy vizsgálattal tudjuk meghatározni. A gázfázisban a koncentráció változását az idő függvbyben, a folyadékfázisban a koncentráció hely és idő függvbyben való változását, a tetszőleges időpillanatig a beoldott gáz kumulatív mennyiségét, tetszőleges időpillanatban a tömegcsere mértékét, a rendszer nyomásváltozását, valamint a határréteg és a kémiai reakció mértékét, a fluidumok 5 10 15 20 2'5 30 35 40 45 50 55 60 65 4
