Zastosowanie spektrometrii ramanowskiej do wyznaczania składu gazu
ziemnego w warunkach polowych „in-situ” w czasie rzeczywistym
Zapewnienie przyrostu wydobycia gazu ziemnego poprzez udostępnianie nowych złóż węglowodorów związane jest z rozwojem i wdrażaniem nowych technologii.
Głównym celem pracy jest ocena możliwości zastosowania techniki spektroskopii ramanowskiej do analizy składu gazu ziemnego w warunkach niskiego, średniego i wysokiego ciśnienia (niskiej i wysokiej gęstości gazu), określenie warunków pomiaru oraz budowa modelu obliczeniowego do pomiaru jakościowego i ilościowego składu gazu ziemnego zawierającego węglowodory lekkie (tj. CH4, C2H6, C3H8, n-C4H10, izo-n-C4H10, n-C5H12, izo-C5H12, n-C6H14) oraz składniki niewęglowodorowe: takie jak N2, CO2, H2S, H2 oraz H2O.
W pracy omówiono zależności wpływu ciśnienia, temperatury i gęstości mieszaniny gazu ziemnego na zmienność wartości liczby falowej maksimum piku, zmianę pola powierzchni pod pikiem, intensywności czy też zmiany szerokości połówkowej piku charakteryzującego dany składnik mieszaniny.
Na podstawie analizy widm ramanowskich jednofazowych roztworów gazu ziemnego zawierających węglowodory lekkie takie jak CH4, C2H6, C3H8, C4H10, izo-C4H10, n-C5H12, izo-C5H12 oraz składniki niewęglowodorowe takie jak N2, CO2 opracowano algorytm, którego zadaniem jest określenie składu jakościowego i ilościowego jednofazowej próbki. Wykonano badania terenowe monitorowania in-situ składu gazu ziemnego w separatorze na kopalni gazu ziemnego (odwiert Wysin-3H) oraz badania terenowe, monitorowania in-situ składu gazu ziemnego w odwiercie na kopalni gazu ziemnego (odwiert Opalino-3) wykorzystując spektrometrię ramanowską i opracowane algorytmy.
Application of Raman spectroscopy for downhole (in-situ) real-time
measurements of natural gas composition
To ensure increase in natural gas production, it is necessary to develop new hydrocarbon deposits, which is associated with development and implementation of new technologies.
The aim of the work is to assess the possibility of Raman spectroscopy application for natural gas composition analysis in low, medium and high pressure conditions (low and high gas density) and determination of measurement conditions. The work presents developed calculation model for qualitative and quantitative composition of natural gas (dry gas) which contain light hydrocarbons (i.e. CH4, C2H6, C3H8, n-C4H10, iso-C4H10, n-C5H12, iso-C5H12, n-C6H14) and non-hydrocarbon components: such as N2, CO2, H2S, H2 and H2O.
Dissertation discusses the relationship between the pressure, temperature and density of natural gas mixtures on the variability on peak maximum wavenumber, change in area under the peak, change in intensity or change in the half-width of the peak. For each component of natural gas at least one characteristic peak was selected.
Based on the Raman spectra analysis for single-phase natural gas solutions which contained light hydrocarbons such as CH4, C2H6, C3H8, n-C4H10, iso-C4H10, n-C5H12, iso-C5H12 and non-hydrocarbon components such as N2 and CO2 an algorithm was developed to determine qualitative and quantitative composition of a single-phase sample.
„In-situ” monitoring with application of Raman spectroscopy was performed for separator at the natural gas plant (Wysin-3H) and in natural gas well (Opalino-3). Natural gas composition and concentration was determined with developed algorithms.
