Symulacja procesu 

eksploatacji złóż gazowo-

kondensatowych 

Stanisław Nagy

Akademia Górniczo-Hutnicza 

Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, 

Cel prezentacji



problemy symulacji procesu eksploatacji 

złóż gazo-kondensatowych:

–

różnice w odniesieniu do klasycznej symulacji 

złóż gazowych i ropnych symulatorami „black 

oil”. 

–

dodatkowe efekty związane z dwufazowym 

przepływem gazu i kondensatu w strefie 

przyodwiertowej stanowią istotne problemy 

eksploatacyjne. 

–

zagadnienia termodynamiczne związane z 

procesem modelowania

Definicja złóż gazowo-

kondensatowych



Złoża gazowo – kondensatowe mogą być mniej 
więcej zdefiniowane jako te, które produkują:

–

 lekko zabarwiony lub całkowicie bezbarwny płyn złożowy 
o 

–

gęstość w warunkach standardowych wyższa niż 45ºAPI 
(0.8 g/cm3), 

–

przy wykładniku gaz-kondensat mniejszym niż 2700 
m3/m3 

–

zawartości składników ciężkich węglowodorów C

7+ 

od 4% 

(@ definicja uproszczona wg McCaina)

Eksploatacja złoża g-k



Eksploatacja złoża gazowo – 
kondensatowego sprowadza się 
najczęściej do produkcji gazu lub gazu z 
rozpuszczonym kondensatem, z którego 
znaczna ilość płynnych węglowodorów 
jest skraplana w powierzchniowych 
separatorach, stąd nazwa gazowo – 
kondensatowe. 

Gas cycling



Bardzo rzadko w złożach gazowo-
kondensatowych prowadzi się tzw. „gas 
cycling” w celu odzysku kondensatu. 



Spowodowane jest to najczęściej 
dużymi kosztami procesu zatłaczania i 
wysoką ceną gazu ziemnego. 

Zakres temperatur i ciśnień



złoża węglowodorów mają bardzo 
zróżnicowane wartości temperatur i 
ciśnień. 



zmienność parametrów ze wzrostem 
głębokości zalegania 

Matematyczny model 

przepływu



model symulatora, w którym fazy 
gazowa i ropna są dwoma płynami

–

o zmiennym składzie chemicznym 

–

wmiennych własnościach filtracyjnych.

Uwzględnia się w  modelu

–

rzeczywisty skład gazu 

–

niejednorodność złoża zgodnie z 
dotychczasowym rozpoznaniem 
geologicznym 

–

zróżnicowanie nasycenia resztkowego 
wodą. 

Własności lekkiej ropy i g-k



W złożach węglowodorowych lekkiej 
ropy naftowej i gazu kondensatowego, 
skład oraz ciśnienie nasycenia silnie 
wpływają na własności płynu. 

Obliczenia PVT



Obliczenia równowagowe - typu „flash 
calculation”- z wykorzystaniem stałej 
równowagi fazowej oraz równania stanu 
są wykonywane w celu określenia 
składu faz, jeżeli ciśnienie jest 

niższe 

niż ciśnienia nasycenia. 

Dla składnika węglowodorowego 

ważne są relacje bilansowe 

(udziały molowe lub masowe):

1

1

c

N

kg

k

C

=

=

�

1

1

c

N

ko

k

C

=

=

�

Równanie ciągłości

(

)

(

)

kg g g

ko o o

kg g g

ko o o

C

u

C

u

C

S

C

S

x

t

r

r

f

r

r

�

��

�

-

+

=

+

�

�

�

�

Równanie Darcy dla 2 faz

ro

o

o

o

kk

P

u

x

m

�

=-

�

rg

g

g

g

kk

P

u

x

m

�

=-

�

Ciśnienie kapilarne, nasycenie 

fazami

cog

g

o

P

P

P

= -

cow

o

w

P

P P

= -

1

o

g

w

S

S

S

+ +

=

Równanie przepływu

(

)

rg

g

ro

o

kg g

ko o

kg g g

ko o o

g

o

kk

P

kk

P

C

C

C

S

C

S

x

x

x

t

r

r

f

r

r

m

m

�

�

�

�

�

��

�

+

=

+

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

Własności PVT obu faz

1

2

( ,

,

,...)

o

o

o

o

P C C

r

1

2

( ,

,

,...)

g

g

g

g

P C C

r

1

2

( ,

,

,...)

g

g

g

g

P C C

m

1

2

( ,

,

,...)

o

o

o

o

P C C

m

Stała równowagi fazowej

( , ,

,

)

ig

igo

ig

io

io

C

K T P C C

C

=

Liczba równań



Liczba równań koniecznych do 
rozwiązania układu zależy od liczby 
składników węglowodorowych. 



Wpływ liczby pseudoskładników ma 
wpływ na jakość prognozy 
termodynamicznej – w szczególności na 
ciśnienie nasycenia (rys.1), skład obu 
faz, gęstość i lepkość obu faz. 

Praktyczne modele PVT



W modelowaniu wykorzystuje się 
najczęściej od 4 do 25 
pseudoskładników, których własności 
oblicza się na postawie oddzielnej 
procedury grupowania i uśredniania 
własności

Wpływ liczby składników

Istotne elementy 

termodynamiki



stosunek ściśliwości (Z-factor) ,



początkowy wskaźnik kondensatowo-gazowy 
dla składników cięższych 
od butanów (C5+)  dla p,T ,



ciśnienie punktu rosy,



początkowy skład gazu ,



sumaryczna produkcja na podstawie testu 
CVD  dla składników cięższych 
od butanów (C5+)  oraz butanów (C4) , 

Istotne elementy 

termodynamiki



w przypadku złóż o wysokim ciśnieniu i w 

wysokiej temperaturze – wszystkie drugorzędne 

efekty  stają się efektami pierwszorzędnymi,



testy typu “swelling” “multicontact” oraz 

analiza kompozycyjna dla symulacji procesów 

zatłaczania gazu,



analiza procesu wykraplania kondensatu w 

pobliżu otworu (LDO),  



zmienność lepkości w funkcji składu i ciśnienia,



zmienność napięcia powierzchniowego w 

funkcji składu i ciśnienia 

Znaczenie PVT



Dla klasycznych układów ropy naftowej 
oraz gazu ziemnego własności PVT 
grają podrzędną roję, to w przypadku 
gazu kondensatowego lub lekkiej ropy 
nafty własności PVT decydują o jakości 
rozwiązania. 

„tunning EOS”



W modelowniach kompozycyjnych 
wykorzystuje się zwykle równania stanu 
stopnia trzeciego. Są to najczęściej 
oryginalne i zmodyfikowane równania 
stanu Penga-Robinsona, Soave-Redlicha 
Kwonga, Joffe-Zudkovitza, Teji-Patela 

EOS



Równania te wykorzystywane są 
głównie dlatego, że znane są wszystkie 
pozytywne i negatywne aspekty ich 
wykorzystania, a dodatkowo dostępne 
są współczynniki binarnego-
oddziaływania składników i 
pseudoskładników

Algorytmy PVT



Szereg algorytmów opisujących rozdział 
składników gazu ziemnego 
kondensatowego na pseudoskładniki 
istnieje w literaturze ([2]), również szereg 
korelacji do określania własności tych 
pseudoskładników – w szczególności 
określenia ciśnienia krytycznego, 
temperatury krytycznej i czynnika 
acentrycznego. 

Regresja nieliniowa w 

procedurze dopasowania PVT



Procedury regresji nieliniowej określania 
ostatniej pseudofrakcji (np. analizy 
PNA) są najistotniejsze dla właściwego 
doboru modelu do obliczeń. 



Te ostatnie dopasowania realizowane są 
m.in. w pakietach komercyjnych (PVTi 
(Eclipse, Schlumberger), DESKTOP-PVT 
(VIP, Landmark), PVT(CMG)). 

Obszar okołokrytyczny



Oddzielnym zagadnieniem, jest 
modelowanie własności w obszarze 
krytycznym i ocena dokładności 
prognozy dla określonego równania 
stanu.

Symulator komputerowy

–

Eclipse 300 Geoquest, 

–

VIP Landmark, 

–

GEM CMG

–

Paradigm (Baker) Compositional

Cechy modeli



przestrzennej struktury złoża, budowy 

warstwowej, uskoków, przesunięć 

warstw,



zmienności przestrzennej porowatości 

oraz przepuszczalności we wszystkich 

trzech kierunkach: kx, ky, kz, 



zjawisk wielofazowych i kapilarnych, 



sił grawitacyjnych, 



zależności parametrów od ciśnienia, 

Cechy modeli



rzeczywistego składu gazu ziemnego i jego własności 

filtracyjnych i termodynamicznych, 



wody okalającej i podścielającej, 



rzeczywistej konstrukcji otworów eksploatacyjnych i 

chłonnych, 



sterowania pracą otworów przy pomocy kontroli ciśnienia lub 

wydajności, wykładnika gazowego i ciśnienia głowicowego,  



uruchamiania i zamykania otworów w trakcie eksploatacji 

oraz udostępniania lub zamykania wybranych warstw, co jest 

realizowane przy zastosowaniu opcji restartu programu ze 

zmodyfikowanym zbiorem danych



tworzenie zagęszczonej siatki wokół odwiertów wokół 

odwiertów 

Zastosowanie modeli 

kompozycyjnych



Główne zastosowania modeli 
kompozycyjnych w modelowaniu złóż 
obejmują najczęściej zagadnienia 
symulacyjne charakteryzujące się :



znaczną zmiennością kompozycyjna w 
głębokości oraz w kierunku x-y



zmienność temperaturowa z 
głębokością.

Ważne zagadnienia



zatłaczanie gazu do złoża 



modelowanie procesu odzysku 
kondensatu ze złoża gazowo-
kondensatowego



modelowanie procesów eksploatacji 
wtórnej (EOR)



sekwestracja dwutlenku węgla.

Dodatkowe Zagadnienia



określenie współczynników 
przepuszczalności względnej w funkcji 
prędkości przepływu gazu



modelowanie nieliniowych efektów 
przepływu w strefie przyodwiertowej 

Niwewłaściwie dobrane 

własności PVT

Podsumowanie



Do modelowania kompozycyjnego złóż 
gazu kondensatowego stosowane są:



Eclipse 300 Geoquest, VIP Landmark, 
GEM CMG  do symulacji eksploatacji złóż 
ropy naftowej i gazu ziemnego. 



Programy te umożliwiają symulację 
przepływu izotermicznego wielofazowego 
(np. 4 fazy ciekłe, 1 faza gazowa) .

Podumowanie



Stosowanie modelowania 

kompozycyjnego umożliwia symulację 

takich procesów jak eksploatacja 

układów gazowo-kondensatowych, 



Użycie symulatorów kompozycyjnych 

zwiększa dokładność prognozy 

wydobycia układów węglowodorów,  w 

szczególności do układów lekkiej ropy i 

układów gazowo-kondensatowych

Dziękuję za uwagę