فهرست
عنوان صفحه
فصل 1 11
مقدمه 11
مطالعات 13
فصل 2 15
میادین نفت و گاز 16
ذخاير نفت و گاز 16
فرایند مدیریت مخزن 16
نفت و چگونگی تشکیل مخازن هیدروکربوری 19
مهاجرت مواد نفتی از رسوبات سنگ مادر به درون سنگ مخزن 19
ویژگی های مخازن هیدروکربوری 20
تراوایی نسبی 21
ترشوندگی 23
فشار موئینگی 23
خواص سیال مخازن 24
سیالات موجود در مخزن 26
روش های برداشت نفت از مخازن 27
تزریق گاز به مخازن نفت 31
تزریق گاز دی اکسید کربن در بازیافت نفت 33
مشکلات تزریق گاز به مخازن نفت 35
راندمان تزریق گاز به میدان نفتی 36
مكانيزم هاي توليد در مخازن شكافدار 37
هتروژنتي و لايه بندي مخزن 40
تراوايي نسبي 40
خصوصيات گاز تزريقي 41
الگوي تزريق 41
اندازه اسلاگ تزريقي 42
فصل 3 43
روش های تزریق گاز به مخازن کربناته شکافدار 43
مزایای عملیاتی اجرای پروژه های تزریق گاز در میادین نفتی کشور 45
تفاوتهای مخازن ترکدار و متعارف 46
ناحیه بندی مخازن ترک دار 48
توزیع اشباع شدگی سیال در ماتریس- ترک 50
توزیع فشار در نواحی اصلی و فرعی 51
روش های تزریق گاز به مخازن 51
انواع امتزاج پذیری 56
تزریق گازهای جایگزین ازت (هوا) دی اکسید کربن 57
مزایا و معایب استفاده از گازهای جایگزین در طرح های ازدیاد برداشت 58
ارزیابی پتانسیل میادین نفتی جهت تزریق CO2 62
فصل 4 65
مکانیزم جریان گاز در مخازن کربناته ترک دار 66
مکانیزم تخلیه ریزش ثقلی به صورت غیر امتزاجی 70
نمونه های مورد مطالعه 73
توصیف میدان مورد مطالعه 88
مقایسه ضریب بهره دهی و تولید در روش های مختلف تزریق متناوب آب وگاز 102
فصل 5 109
نتیجه گیری 109
منابع و مآخذ 113

 

 

مخزن

اگر سنگی تخلخل کافی برای انباشته شدن نفت را داشته باشد و خلل و فرج آن به هم متصل باشند به طوری که پس از حفر چاه در آن سیالات درون سنگ بتوانند به راحتی به چاه راه پیدا کنند، این سنگ را می توان یک سنگ مخزن نامید. مانند مخزن آسماری، ایلام ، سروک، کنگان و دالان.

میدان

مجموعه چند مخزن را که در وضعیت مشترک زمین شناسی (از لحاظ ساختمانی و چینه شناسی) در یک منطقه قرار گیرند را میدان می گویند. مانند میدان اهواز،آغاجاری، گچساران ، بی بی حکیمه، پازنان، هفتگل و رگ سفید.

حوزه

حوزه عبارتست از یک محدوده جغرافیایی که در آن میدان های متعددی در یک مجموعه زمین ساختی مربوط به شرایط محیطی معین به وجود آمده اند. مانند حوزه زاگرس در جنوب غربی ایران

حوضه

مجموعه زمین شناسی و زمین ساختی مخازن متعددی در یک مجموعه که در شرایط محیط رسوب گذاری معین و مستقل به وجود آمده اند. مانند حوضه رسوبی زاگرس این حوضه در مقايسه با ساير حوضه هاي رسوبي داراي بيشترين ذخاير هيدروكربني جهان مي باشد. اين حوضه علاوه بر ايران و خليج فارس در كشورهاي عمان، عربستان سعودي، امارات عربي، كويت، عراق، سوريه و جنوب شرق تركيه نيز گسترش دارد (مطيعي 1387: 38)

میادین نفت و گاز

میادین نفت و گاز شامل حوزه هایی است که از مجموعه مخازن نفت وگاز تشکیل می شود. تمام مخازن یاد شده تراوا هستند. هر مخزن نفت ویژگی های خاص خود را دارد و از نظر نوع سنگ، درجه خلوص، فشار و کیفیت نفت و گاز و همچنین ضخامت و مکان و محل آن با هم تفاوت دارند. وقتی که گاز به اندازه کافی در نفت حل می شود فشار بیشتری بوجود می آید. این فشار با حفره چاه آزاد شده و سبب فوران نفت به سطح زمین می گردد. در واقع فشار طبیعی در هر میدان نفتی بهره برداری نفت را آسانتر می کند.

ذخاير نفت و گاز

منظور از ذخاير نفت و گاز منابع كشف شده اي هستند كه بهره برداري از آنها از نظر اقتصادي مقرون به صرفه مي باشد. با توجه به منابع كشف شده مي توان ذخاير را به سه گروه طبقه بندي كرد، گروه اول ذخاير برآوردي هستند و نمي توان اندازه آنها را به طور قطع محاسبه كرد، ولي علائم و نشانه هايي دلالت بر وجود آنها در طبيعت در نواحي و مناطق گوناگون مي كند. همچنين براي تعيين دقيق آنها اطلاعات دائمي نياز است و از طريق نمونه برداري، تاييد نمي شوند. گروه دوم ذخاير احتمالي هستند كه اندازه آنها به صورت احتمالي تعيين مي شود ولي قابل بهره برداري و استخراج جهت فروش نمي باشند. گروه سوم را ذخاير شناخته شده و يا اثبات شده مي نامند كه اندازه، ظرفيت، شكل و عمق آنها صد درصد معلوم مي شود و استخراج نفت از ذخاير اثبات شده شروع مي شود. در تمامی طول این تحقیق منظور از ذخایر، ذخایر اثبات شده می باشد (طوسی، 1388: 22).

فرایند مدیریت مخزن

مدیریت مخزن، عبارت است از اتخاذ و اجرای بهترین تصمیمات ممکن که شرکت های بهره برداری نفت و گاز را قادر به دستیابی به اهداف و تعهدات از پیش تعیین شده در مورد تولید می سازد. تصمیم گیری در مورد وضعیت برداشت از یک مخزن و تعریف میزان توان تولید آن (پیش بینی یا forecast)، مستلزم آگاهی کامل از وضعیت جزئی مخزن اعم از وضعیت تک تک چاه های موجود در مخزن، میزان تولید مجاز مخزن و … می باشد. این نکات در ابتدا به مدل کردن رفتارهای مورد انتظار مخزن وابسته است.

شمای تمام فرایند مدیریت مخزن در شکل زیر نشان داده شده است که شامل چهار مرحله می باشد:

1-توصیف مخزن

2- عملکرد مخزن

3- عملکرد چاه

4- توسعه میدان

توصیف مخزن

یکی از مهم ترین مراحل مدیریت مخزن، “توصیف مخزن” است. این مرحله عبارت است از شناسایی و ارائه مدلی برای توصیف مخزن که رفتار و پاسخ آن تا حد امکان شبیه رفتار واقعی مخزن باشد. اگر مدل شناسایی شده با تمام اطلاعات همخوانی داشته باشد، می تواند از آن به عنوان مدل یک مخزن استفاده نمود. اگر این مدل حتی با یک نوع از اطلاعات موجود همخوانی نداشته باشد نادرست بوده و نمی تواند نشانگر واقعی مخزن باشد. توصیف مخزن، فرایندی پویا و دینامیک است که به محض دریافت اطلاعات جدید تکرار می شود. شبیه سازی یا مدل سازی مخزن توسط نرم افزارهای قوی مهندسی نفت قابل انجام است. این فرایند شامل دو مرحله متوالی است:

– شناسایی مدل های تفسیر اطلاعات

– یکپارچه سازی مدل های فوق در مدل مخزن

مدل های تفسیر اطلاعات، از تفسیر انواع مختلف اطلاعات به دست می آید. اطلاعات نمونه شامل اطلاعات زیر است:

1-اطلاعات استاتیکی (زمین شناسی، ژئوفیزیکی، ژئوشیمی و پتروفیزیکی) توصیف کننده مخزن

2- اطلاعات دینامیکی (اطلاعات سیال های مخزن، ژئومکانیکی، چاه ها و آزمایشات چاه آزمایی و بهره برداری) مرتب با رفتار مخزن

این اطلاعات در واقع اطلاعات عمومی مخزن از قبیل خواص فیزیکی سنگ و سیال، آزمایش چاه ها و وضعیت تولید آنها و سایر موارد مرتبط با مخزن می باشد (خالقی، 1379: 33) .

مدل مخزن از یکپارچه سازی مدل های تفسیر انواع مختلف اطلاعات و با استفاده از نرم افزارهای مهندسی حاصل می شود. اگر اطلاعات یک­دست و صحیحی مورد محاسبه قرار نگیرد، دانش مربوط به آن نوع از اطلاعات در مدل تفسیری موجود نخواهد بود و نهایتاً مدل مخزن مدلی ناهماهنگ و ناقص می شود. جمع آوری مدل های تفسیر اطلاعات در مدل واحد مخزن ممکن است به طریق قطعی و یا احتمالی صورت گیرد. در روش اخیر (احتمالی)، سطوح مختلف اعتبار داده مورد توجه قرار گرفته و یک مدل سه بعدی با تعریف و نمایش عدم قطعیت ها ارائه می شود. تکنیک های احتمالی وقتی که اطلاعات پراکنده هستند روش های مناسبی بوده در حالیکه روش های قطعی برای اوقاتی است که اطلاعات زیادی از میدان دردست باشد.

اثبات مدل مخزن

هدف از توصیف مخزن تعیین یک مدل مخزن است که اطلاعات دینامیکی و استاتیکی مخزن را نشان ارا.ئه دهد. پس از ساخته شدن مدل مخزن، می­بایست هماهنگی و همخوانی آن با اطلاعات و مدل های تفسیری موجود اثبات شود. به این معنا که مدل مخزن باید قادر به تولید مجدد تمام اطلاعات مورد استفاده در فرایند توصیف باشد.

در مرحله اثبات، باید پاسخ مدل مخزن توسط شبیه سازهای مختلف (لرزه نگاری، چاه نگاری، جریان و مخزن) به منظور اثبات توانایی بازتولید اطلاعات و داده های فوق الذکر مورد محاسبه و بررسی قرار گیرد. برای یک مدل مخزن پاسخ مخزن پاسخی منحصر به فرد و یگانه است. اگر مدل شناسایی شده درست باشد، اطلاعات میدانی و پاسخ­های مدل بر هم منطبق خواهند شد. در غیر این صورت مدل باید مورد بازبینی قرار گیرد تا اشکالات موجود در مراحل و سطوح جمع آوری اطلاعات و یا تفسیر آنها شناسایی شود.

عملکرد مخزن، عملکرد چاه و توسعه میدان

پس از اینکه مدل مورد تائید قرار گرفت، این مدل می تواند برای پیش بینی رفتار آتی مخزن در سناریوهای مختلف توسعه مورد استفاده قرار گیرد. رفتار تولیدی مخزن اعم از فشار، دبی، درصدهای اشباع سیالات به وسیله شبیه سازهای تنظیم شده جریان محاسبه می شوند. برای پیش بینی رفتار میدان، در نظر گرفتن کل سیستم (مخزن، چاه­ها و تجهیزات سرچاهی) ضروری است که با توجه به تاثیرات متقابل، این موارد باید با یکدیگر مورد بررسی و توجه قرار گیرند. به عنوان مثال در هر نقطه از سیستم، دبی جریان با موازنه جریان ورودی و جریان خروجی تعیین می شود و بوسیله تاثیراتی که بر جریان های ورودی و خروجی اعمال می شود دبی جریان به حالتی بهینه و اقتصادی می رسد. از شبیه سازی رفتار کل سیستم مخزن برای سناریوهای مختلف، به همراه ملاحظات اقتصادی، زیست محیطی و امنیتی، برنامه توسعه مخزن به دست می آید (خالقی، 1379: 34).

اجرای این برنامه اطلاعات جدیدی را تولید خواهد کرد. هماهنگی و همخوانی مدل مخزن با این اطلاعات جدید نیز باید مورد مطالعه قرارگیرد. در صورت مشاهده ناهماهنگی­ها می_بایست مدل مخزن ارتقا یابد و با تغییر تعدادی از اطلاعات ورودی و خواسته­ها کل فرایند تکرار شود تا برنامه توسعه تصحیح و تعدیل گردد. نتایج خروجی شبیه ساز مخزن و پیش بینی آن منجر به تعریف میزان برداشت از مخزن یا اتخاذ روش­هایی پیرامون ازدیاد برداشت می­گردد. سناریوهای تعریف شده توسط این شبیه سازها به عنوان نتایج مدلسازی مخزن، روش هایی مانند نیاز به حفر چاه های جدید، نیاز به اصلاح و تکمیل روش های بهره برداری، میزان تولید بهینه از مخزن و.. را با رعایت اولویت ارائه می دهد که شرکت های بهره بردار را قادر می سازد با انجام این تغییرات به اهداف مورد نظر دست یابند.

نفت و چگونگی تشکیل مخازن هیدروکربوری

این دانش در مورد چگونگی تشکیل مخازن هیدروکربوری، ویژگی های فیزیکی و شیمیایی هیدروکربورهای از جامد تا گاز، چگونگی حرکت و انباشته شدن این مواد در سنگ ها، لایه ها و طبقات گوناگون زمین بحث و گفتگو می کند. هیدروکربورها در مخازن زیر زمین به صورت دریاچه وجود ندارند بلکه در خلل و فرج لایه های متخلخل رسوبی زمین می توانند جمع شوند.

مهاجرت مواد نفتی از رسوبات سنگ مادر به درون سنگ مخزن

ذرات پراکنده­ی هیدروکربورها و آب نمک همراه آن که در رسوبات سنگ مادر قرار دارند، از درون شکاف ها و ترک های موجود در لایه های رسوبی به نقاط با فشار کمتر مهاجرت می کنند. طول مسیر این حرکت گاهی به صدها کیلومتر می رسد. نیروهایی که باعث این حرکت می شوند عبارتند از:

فشردگی لایه های رسوبی

دیاستروفیسم^[1]

نیروی گرانش^[2]

نیروی گرانش سبب می شود تا سیال دارای چگالی کمتر به سمت بالا حرکت کند و در نتیجه سیالات در سنگ مخزن بر حسب چگالی از یکدیگر جدا شوند. گاز در قسمت بالای مخزن، نفت در وسط و آب نمک در زیر قرار دارد. این مرحله را مهاجرت ثانویه می نامند.

نیروی موئینگی^[3]

نیروی موئینگی سبب می شود تا سیال ترکننده در خلل و فرج سنگ به سمت بالا حرکت کند. خاصیت ترکنندگی بستگی به جنس جامد (سنگ مخزن) و جنس و مشخصات سیال (آب ، نفت و گاز) دارد. آب نسبت به نفت ترکننده تر و نفت در مقابل گاز ترکننده تر می باشد. بنابراین با وجود سنگین تر بودن آب نسبت به نفت نیروی موئینگی آن را به سمت بالا می کشد تا در نهایت با نیروی گرانش به تعادل برسد (نعمت اللهی،1384: 64).

ویژگی های مخازن هیدروکربوری

یک مخزن نفت شامل نفتگیری است که در خلل و فرج آن گاز، نفت و آب شور به نسبت های گوناگون وجود دارد. این فضاها با هم ارتباط دارند به گونه ای که با حفر چاه سیال درون لایه ها می تواند به درون چاه که دارای فشار کمتری است وارد شود.

یک مخزن هیدروکربنی در صورتی قابل برداشت است که دارای ویژگی های زیر باشد:

سنگ مخزن دارای تخلخل و تراوایی کافی باشد تا سیالات هیدروکربنی بتوانند با سرعت کافی درون آن حرکت کنند.

حجم گاز و نفت موجود در سنگ در مخزن در حد تجاری باشد.

انرژی لازم برای رانش به سطح زمین را داشته باشد.

پارامترهای پراهمیت مخزن که در شبیه سازی مخزن با آن­ها مواجه خواهیم شد، به شرح زیر است.

اشباع

میزان اشباع شدگی^[4] یک فاز که با S_p نشان داده می­شود، معادل با آن کسر حجمی از کل فضای خالی قابل پر شدن است که فاز p اشغال نموده است، لذا برای یک مخزن نفتی که عمدتاً شامل سه فاز گاز (g)، آب (w) و نفت (o) می­باشد، رابطه میزان اشباع شدگی در مخازن سه فازی (2-1) برقرار است.

تراوایی نسبی[5]

وقتی بیش از یک سیال در محیط متخلخل حرکت کنند، با پدیده تراوایی نسبی مواجه خواهیم شد. تراوایی نسبی، به صورت تراوایی مؤثر یک سیال در درجه ای از اشباع به تراوایی سیال در اشباع صد در صد تعریف می شود:

رابطه تراوایی نسبی موثر یک سیال در زیر ارائه شده است.

(2-2) فرمول نفوذ پذیری نسبی موثر یک سیال

که  تراوایی نسبی فاز l و  تراوایی مطلق بوده و محدوده تغییرات حداکثر یک و حداقل صفر می باشد. معمولاً برای تراوایی نسبی، مشابه فشار موئینگی، نتایج آزمایشگاهی بر حسب درجه اشباع فاز ارائه می شود. به طور مثال برای سیستم آب-نفت، مقادیر تراوایی نسبی نفت  و نفوذپذیری نسبی آب ، به صورت تابعی از درجه اشباع آب  بیان می شود (شکل 2-1).