Analysis of the simultaneous re-injection of water and natural gas to reduce gas flaring in oil and gas fields

Flaring down represents one of the greatest challenges of the modern oil and gas industry. This work focus on a patented flaring down technology, the simultaneous water and gas injection. This technology aims to reduce the injection pressure in order to perform gas re-injection without expensive gas compressors. In the present work the peculiar fluid-mechanical problems of this process, related to the downward multiphase flow that occur in the injection well, are investigated. The current models are analyzed and a new model of the injection well is proposed. The model is then tuned with the few available field data and used to simulate the simultaneous injection process, together with the commercial software Olga®. The results of the two models are compared one to another and a particular behavior is observed. Finally, recognizing the scarcity of the existent downward flow data, a new dedicated experimental facility is designed.

Il Flaring Down rappresenta una delle più grandi sfide della moderna industria petrolifera. Il presente lavoro analizza una "Flaring Down Technology" brevettata, l'iniezione simultanea di acqua e gas. Questa tecnologia punta alla riduzione della pressione di iniezione permettendo l'iniezione di gas in giacimento senza l'utilizzo di costosi compressori di gas. In particolare in questo lavoro è stata analizzata la complessa e peculiare fluidodinamica del pozzo di iniezione relativa al flusso bifase discendente. I comuni modelli per flussi bifase sono stati analizzati sulla base dei dati sperimentali disponibili ed è stato sviluppato un nuovo modello del processo. Il modello sviluppato è stato poi confrontato con i dati sperimentali disponibili e con il software commerciale Olga®. Confrontando le simulazioni è stato poi osservato un comportamento peculiare, che stato analizzato in dettaglio. Riconoscendo infine la carenza di dati sperimentali adatti alla modellazione del processo, è stato progettato uno specifico impianto sperimentale.