بخشی از مقاله
ارزیابی چاه های هوشمند و امکان پذیری تکمیل چاه های در هم آمیخته در یک میدان نفتی دریایی
چکیده
آنچه امروزه ذهن بسیاری از تولیدکنندگان نفت جهان را به خود مشغول کرده، چگونگی افزایش عرضه است. تولیدکنندگان عمده ناچارند برای برطرف ساختن نیازهای بازار که برآورد شده از حجم کنونی 85 میلیون بشکه در روز به 120 میلیون بشکه تا سال 2030 می رسد از تجهیزات و امکانات به مراتب پیچیده تری استفاده کنند . توجیه نصب سیستم هوشمند در چاه ها نیازمند شبیه سازی قبل از نصب سیستم ها می باشد که در چاه های کامینگل این شبیه سازی برای باز کردن یا بستن یا به صورت جزئی بستن زون ها بر اساس عملکرد آن ها نسبت به چاه ها یا لایه های تکمیل شده دیگر در شبکه تولید سطحی انجام می شود .این مطالعه به شبیه سازی شیرهای کنترل ورودی ICVs در چاه های کامینگل می پردازد . کنترل مناسب این شیرها بر اساس شرایط چاه و مخزن منجر به افزایش تولید نفت و ضریب بازیافت می شود. در این مطالعه نرم افزار ECLIPSE 100 برای شبیه سازی مخزن و نشان دادن عملکرد آن استفاده می شود .نرم افزارProspe r v9. 4 برای شبیه سازی هر چاه و نرم افزار GAP v 6.4برای شبیه سازی شبکه تولید سطحی به کار برده می شود . نرم افزارResolve به عنوان لینک بین نرم افزار های ECLIPSE وGAP می باشد .در نهایت مقایسه ای بین تکمیل چاه به روش هوشمند و غیر هوشمند در این میدان انجام شده است.لازم به ذکر است به استثنای نرم افزارEclipse بقیه نرم افزار ها از بسته نرم افزاری IPM v5. 4 گرفته شد هاند که ساخته شرکتPetroleum Expert می باشد .
بهینه سازی تولید از میادین هیدروکربوری یکی از دغدغه های اصلی مدیریت مخازن نفت و گاز است . در این راستا از تکنولوژی چاه هوشمند که در دهه اخیر توسعه یافته، استفاده می شود .از جمله چالش های مهم این تکنولوژی، تنظیم بهینه شیرهای کنترلی هوشمند است .در این مقاله با هدف بهینه سازی تنظیمات شیرهای کنترلی هوشمند، نتایج حاصل با حالت معمولی مقایسه شده است .در این راستا از روش های طرح آزمایش تاگوچی و سطح پاسخ برای مدل سازی و تعیین ارتباط تنظیمات شیرهای کنترلی با مقدار تولید نفت و بهینه سازهای غیرخطی برای تعیین تنظیمات بهینه شیرهای کنترلی به منظور بیشینه کردن تولید نفت، کمینه کردن تولید آب و کاهش زمان محاسبات استفاده شده است.
کلمات کلیدی : چاه هوشمند ، شیرهای کنترل هوشمند ، بهینه سازی، طرح آزمایش تاگوچی ، مدل مخزن، مدل چاه، مدل شبکه تولید سطحی ، شبیه سازی
مقدمه فناوری هوشمند
بسیاری از میدان های عمده نفت و گاز جهان، چندین دهه است که به طور مداوم مورد بهره برداری قرار گرفته اند. از این رو استخراج نفت و گاز بیشتر از این میدان ها، مقوله ای بس پیچیده و دشوار می نماید. علاوه براین، انتظار می رود آن دسته از میدانهایی که در دست اکتشاف قرار دارند یا بناست توسعه یابند، استحصال و خروجی کمتری داشته باشند. اینجاست که مبحث جدیدی به نام » چاه های هوشمند « و » استخراج هوشمندانه نفت و گاز « مطرح می شود .
چاه های هوشمند
چاه های مجهز به وسایل سنجش اندازه گیری و کنترل درون چاهی را که قابلیت دریافت و انتقال اطلاعات و در نتیجه کنترل پذیری بیشتر نسبت به چاه های معمولی دارند, چاه های هوشمند می نامیم.
مزیتهای چاه هوشمند :
•از آنجایی که در تکمیل چاه به روش هوشمند نیازی به چاه آزمایی و بسته شدن چاه در هنگام بروز مشکل نیست ، تولید افزایش خواهد یافت و همچنین برخی از هزینههای مربوط به اجاره دکل و دیگر موارد حذف می شود .
•در حال حاضر به گفته برخی از مسوولین بازدهی مخازن نفت ایران 25 درصد است. با توجه به اینکه در چاه هوشمند کنترل کاملی بر روی رفتار مخزن صورت می پذیرد می توان با استفاده از این تکنولوژی بازدهی مخازن را تا بیش از 35 درصد افزایش داد .
•چاه هوشمند در بلند مدت، هزینههای بهرهبرداری و تولید را کاهش میدهد .
•از آنجایی که برای برای باز و بسته کردن نواحی تولیدی در چاه نیازی به مداخله نیست، هزینه اجاره کردن دکل و پرسنلی که برای انجام این عمیات استخدام میشوند و تاخیر تولید حذف میشود .
•در این روش، بهرهبرداری از میدان به دلیل وجود دادههای به هنگام ( ( Real time گسترش می یابد .
•در تولید به روش سنتی، در جریان به هم آمیخته زمانی که دو سازند از لحاظ نوع سیال با هم سازگاری داشته باشند ، برای کنترل دو سازند، دو راه وجود دارد: می توان از و دو دریچه کشویی استفاده کرد. در این روش اگر آب به سازند پایینی برسد، جهت بستن دریچه کشویی ناحیه ای که تولید آب دارد باید چاه به طور کامل بسته شود. به این ترتیب تولید از سازند بالایی که تولید آب بالایی ندارد نیز متوقف میشود. این در حالی است که در تکمیل چاه به روش هوشمند این مسئله رخ نخواهد داد. از دیگر مزایای تکمیل چاه به روش هوشمند افزایش عمر چاه و نیز مخزن می باشد .
•در مخازن شکاف دار، اطلاعات حقیقی از سازند مخزنی وجود ندارد و ممکن است به دلیل جهت حفاری نادرست در حین تولید، تولید آب در درون چاه به سرعت اتفاق بیفتد. در برخی مخازن، آب به دلیل نسبت سیالیت بالا نسبت به نفت، در رقابت با نفت آن را کنار می زند و به تعبیری آن را به دام میاندازد. به این ترتیب، عمر مخزن کم می شود و در مراحل بعدی می بایست برای برداشت ثانویه هزینه کرد. این در حالی است که در چاه هوشمند، بعد از کار گذاشتن لوله، شیر کنترل (ICV) نصب شده در چاه در مواقع بروز مشکلات بسته میشود. عملکرد آن به طور خلاصه اینگونه است که در این نوع چاه ها، حسگر دما از طریق اختلاف دما، ورود آب را تشخیص میدهد. در چنین وضعیتی شیر کنترل (ICV) مربوط به زون تولید کننده آب بسته میشود و تولید به راحتی از سایر نقاط ادامه می یابد. البته در این مرحله، سایر شیر کنترلها (ICV) نیز باید کنترل شود، چرا که آب سعی میکند از جایی که میتواند، نفوذ کند .
در چاه های چند شاخه نیز میتوان هر یک از شاخهها را با استفاده از این شیرهای کنترلی به دقت تحت نظر داشت. به این صورت که روی هر شاخه ، یک شیر کنترل((ICVنصب میشود و کنترل از طریق آن صورت می گیرد.
•به تخصیص بهتر جریان کمک میکند. به عنوان مثال ، زمانی که بخواهیم از یک سازند 6 هزار بشکه و از سازند دیگر 4 هزار بشکه در روز تولید داشته باشیم، با توجه به شرایط مختلف مانند تولید آب و ... می توانیم میزان تولید هر سازند را از این طریق تغییر دهیم .
•در چاه های افقی برای برقراری جریان از در قسمت افقی، باید اختلاف فشار در تمام نقاط آن وجود داشته باشد به این معنی که انتهای بخش افقی دارای فشار بیشتر و ابتدای آن دارای فشار کمتر باشد. در این چاه ها فشار موجود در (toe) باید بیشتر از فشار (heel) باشد. بنابراین اختلاف فشار بین (toe) و فشار مخزن کمتر از اختلاف فشار بین (heel) و فشار مخزن است. در نتیجه، تولید از (heel) بیشتر خواهد بود . در نقاطی که تولید آب از پایین و تولید گاز از بالا، نفت را به دام میاندازند، غیر از بخش (heel) ، سایر بخشها از لحاظ تولید نفت متوقف می شوند. با نصب چند شیر کنترل (ICV) از مکان (heel) تا کمی قبل از (toe) می توان رژیم جریان یکنواختی را در قسمت افقی برقرار کرد که این مطلب در قالب بستن جزئی شیر های کنترل امکان پذیر است چرا که با بستن جزئی شیر کنترل (ICV) در حقیقت افت فشار بیشتری در ناحیه heel به سیال اعمال می شود. در نتیجه اختلاف فشار در قسمت افقی چاه یکسان میشود و از تمام قسمتهای آن تولید خواهیم داشت. این امر، عمر مخزن و تولید را افزایش خواهد داد .
•بهینه سازی در چاه های هوشمند به هنگام (Real time) است و به دلیل دریافت داده های به روز، بسیاری از مشکلات از قبیل بسته شدن چاه رخ نخواهد داد .
با استفاده از چاه هوشمند، مشکل بسته شدن چاه به دو صورت مرتفع میشود :
اول اینکه، در صورت بروز مشکل در مخزن نیازی به بستن چاه برای رفع آن نیست .
دوم اینکه، به دلیل وجود دادههای لحظه ای از بروز مشکل پیشگیری می شود .بنابراین در چاه عمودی سازندهای مختلف و در چاه افقی بخش های مختلف یک سازند مورد بررسی قرار می گیرد و به این ترتیب عمل بهینه سازی صورت میپذیرد .
تجهیزات چاه های نفت هوشمند
چاه های مجهز به وسایل سنجش اندازه گیری و کنترل درون چاهی را که قابلیت دریافت و انتقال اطلاعات و در نتیجه کنترل پذیری بیشتر نسبت به چاه های معمولی دارند ,چاه های هوشمند می نامیم.
شماتیک یک چاه هوشمند
در چاه های معمولی اصطلاحا حالت Passive/Reactive برقرار است . در این حالت ابتدا تغییر و کنش لازم توسط محیط بر چاه اعمال شده پس از بررسی و شناسای آن در صورت امکان عملیات سازگار سازی چاه با شرایط جدید و یا
کاهش اثر تغییر ایجاد شده انجام می شود. در مقابل در چاه های هوشمند حالت active/proactive برقرار است یعنی امکان پیش بینی و پیشگیری تغییرات و یا حوادث به کمک حجم عظیم اطلاعاتی که در هر لحظه از چاه در اختیار داریم وجود دارد که این امر خود باعث صرفه جویی در وقت و هزینه می شود .
اما از دیگر قابلیتهای یک چاه هوشمند کنترل از راه دور بودن آن میباشد. اطلاعات مخابره شده از چاه را می توان به کمک ماهواره و اینترنت در آن واحد (به صورت ( Real Time به نقطه ای دور دست مخابره نمود و چند لحظه بعد تنها با فشار چند دکمه تغییرات لازم اعم از کنترل شیرها، سرعت و جهت حرکت مته حفاری و ... را به چاه اعمال کرد. مثلا چاهی در Posey Country در ایالت ایندیانای آمریکا وجود دارد که دارای شیرهای کنترل درون چاهی می باشد. بخش زیادی از مراحل حفاری و بهره برداری از این چاه از هوستون که تقریبا 1000 مایل با چاه فاصله دارد کنترل میشود. این امر باعث کاهش خطرهای جانی درمنطقه حفاری میشود چرا که نیاز به حضور نیروی فنی در منطقه بسیار کمتر است.
اما یکی از مهمترین کاربردهای این فناوری در چاه های چند شاخه ایست. با نصب شیرهای کنترل و sensor های مخصوص در هر شاخه می توان با هر شاخه همانند یک چاه جدا برخورد کرد و جریان را در هرکدام از آنها به دلخواه تنظیم نمود. چنانچه چاه مورد نظر تک شاخه ای باشد به کمک شیرهای کنترل و packer ها می توان چاه را به چند بخش تقسیم نمود و هر بخش را به صورت جدا کنترل کرد. استفاده از این روش ، استراتژی اصلی در تولید هم جریان است که در بخش های بعدی به توضیح آن می پردازیم.
کاملترین چاه هوشمند هنگامی تحقق می یابد که تمام مراحل مرتبط با مخزن هوشمند باشند .از اکتشاف گرفته تا حفاری و تکمیل و بهره برداری و شبیه سازی .در اکتشاف های هوشمند از حسگرهای لرزه نگار بسیار دقیق استفاده می شود و در حفاری هوشمند مکان دقیق مته حفاری بصورت لحظه به لحظه به مهندس حفار گزارش می شود تا بر اساس اطلاعات در اختیارش تصمیم بهتری برای ادامه مسیر بگیرد.
در بخش تکمیل هوشمند چاه با وسایل و تجهیزات هوشمند طرف هستیم .شیرهای ایمنی و تولیدی هوشمند کنترل جریان را بر عهده دارند و حسگرها، پارامترهای مورد نیاز برای تصمیمی هوشمند را محاسبه و ثبت می کنند و وسایل ارتباطی میان حسگرها با سطح زمین و سطح زمین با شیرهای کنترلی هم اطلاعات را انتقال می دهند .قابلیت اطمینان سیستم وابسته به قابلیت اطمینان وسایل و به خصوص حسگرهاست.
بازده اقتصادی اینگونه چاه ها سبب شده که تکنولوژی آنها به سرعت رشد کرده و شرکت های نفتی مختلف روی آنها سرمایه گذاری کنند . شرکت نفتی شل یکی از بزرگترین شرکتهای نفتی است که در این زمینه سرمایه گذاری کرده است ؛ به عنوان مثال تمام چاه های نفت کشور برونئی که توسط شرکت شل مدیریت می شوند از فناوری هوشمند بهره می برند.
اگر بخواهیم فناوری هوشمند را در یک میدان نفتی مشاهده کنیم شکل زیر دید مناسبی در این مورد به ما خواهد داد .
شکل:1 نمایی از فناوری میدان نفتی هوشمند
و اگر بخواهیم دید کلی از فناوری هوشمند در درون یک چاه داشته باشیم شکل زیر در این زمینه مفید خواهد بود:
شکل: 2 نمایی از یک چاه هوشمند
روش های کلی کاربرد فناوری چاه های هوشمند
در کاربرد فناوری چاه های هوشمند دو روش کلی پیش روی ماست: -1 روشReactive
-2 روشDefensive
شکل : 3 روش های کلی کاربرد فناوری چاه های هوشمند
اول روش : Reactive
در این روش دستگاهها طوری تنظیم میشوند که در صورت بروز تغییرات در شرایط چاه واکنشهای لازم را نشان می دهند فرق این روش با چاهای معمولی در این است که چاه پتانسیل رویارویی با تغییرات را دارد در حالی که در چاه های عادی احتمال توقف بهره برداری و یا حفاری هم ممکن است.
شکل:4 شماتیک روش Reactive
دوم روش : Defensive
در این روش از یک شبیه ساز مخزن استفاده میشود که بروز تغییرات را پیش بینی کرده قبل از بروز تغییر امکان اتفاق افتادن آن را تاحدی از بین می برد .
یکی از نکات مهمی که باید به آن توجه کنیم این است که کاربرد این تکنولوژی به معنای موفقیت کامل یک چاه در حفاری یا بهره برداری نیست. بعضا ممکن است توقف کامل بهره برداری از یک چاه هوشمندانه ترین روش باشد.
سخت افزارها
سخت افزارهای مورد استفاده در چاه های هوشمند شامل انواع ICV و سیستمهای کنترل آنها ، حسگرها و جداسازها می باشند. به کمک شیرهای کنترل می توان چاه را به چند بخش تقسیم نمود و هر جز را به صورت جدا کنترل کرد.
این شیرها می توانند دو موقعیتی( باز/ بسته) و یا چند موقعیتی باشند. معمولا برای باز و بسته کردن ICV ها از یک سیستم کنترل که در واقع مجموعه یک سیلندر و پیستون و محرک پیستون میباشد استفاده می کنیم. حسگرهای موجود نیز برای سنجش دما، فشار ، میزان اشباع آب ، مقاومت الکتریکی لایه ها و ... می باشند. در ادامه به معرفی چند مورد از این سخت افزارها می پردازیم.
سیستم های کنترل ( 1 هیدرولیکی مستقیم:
برای کنترل ICV ها در بخشهای مخصوصی از مخزن بکار می رود. هر ICV احتیاج به دو خط هیدرولیکی دارد. یکی برای باز کردن و دیگری برای بستن البته می توان خط هیدرولیک مربوط به بستن را برای همه شیرها مشترک در نظر گرفت. شکل شماره 2 شماتیک کلی سیستم را نشان می دهد. این سیستم از لحاظ اقتصادی به صرفه است.
( 2 هیدرولیکی دیجیتال:
در این سیستم با 3 خط هیدرولیک می توان 6 شیر را کنترل کرد. چرا که ترتیب اتصال خطوط هیدرولیک به Decoder در این مجموعه مهم است همانطور که در شکل می بینیم در بخش 1 می توان 3 خط هیدرولیک در بخش دوم، 2 خط و در بخش اول یک خط هیدرولیک قرار دارد. این یک مسئله ساده ترتیب ریاضی است :
6=2*3
این سیستم به همراه Accu- pulse به کار می رود و قابلیت کنترل پله ای شیرها را دارد . یعنی شیرها تنها در چند حالت خاص می توانند کنترل شوند. مثلا 10 درصد و 20 درصد و ... 100 درصد
Mini ( 3 هیدرولیک :
این سیستم با یک خط هیدرولیک به کار می رود. دستگاه Decoder در این سیستم جهت وارد کردن فشار بر پیستون را همانطور که در شکل نشان داده شده عوض می کند به این صورت که در اثر فشار زیاد در سیلندر Decoder ، فنر موجود در آن منقبض شده و جهت وارد شدن فشار را بر پیستون اصلی عوض می کند. به این ترتیب با یک خط هیدرولیک می توان شیرها را باز و بسته کرد.
: SCRAMS (4
یک سیستم الکتریکی هیدرولیکی است که به کمک آن میتوان بعضی از انواع شیرهای کنترل را به صورت دلخواه از حالت کاملا باز به کاملا بسته تغییرداد. این سیستم به همراه حسگرهای دما و فشار به صورت یکپارچه به درون چاه فرستاده شده و امکان دریافت اطلاعات و کنترل لحظه به لحظه عملکرد چاه را می دهد. به کمک خط الکتریکی و سیستم SAM می توان تعیین کرد خط هیدرولیکی در کدام شیر عمل کرده و آن را باز یا بسته کند . پس با این سیستم میتوان شیرهای زیادی را با یک خط هیدرولیک و یک خط الکتریکی کنترل کرد .
: Accu pulse Module (5
این سیستم به همراه سیستم Digital Hydraulic و یا Direct Hydraulic برای کنترل شیرهای چند موقعیتی به کار می رود. این دستگاه می تواند حجم مشخصی از سیال را وارد سیلندر کرده ویا از آن خارج کند و به این ترتیب با اتصال آن به یک ICV می توان آن را تا 11 حالت باز و بسته کرد.
ICVs
( 1 سری : CC
به صورت از راه دور و با دو خط هیدرولیک کنترل می شود.دارای دو موقعیت کاملا باز و کاملا بسته می باشد. به کمک سیستم های هیدرولیک دیجیتال و یا هیدرولیک مستقیم کنترل میشود و می تواند به کمک PDG ها برای کنترل دماو فشار به کار برود .
( 2 سری : HC
به صورت از راه دور و به کمک یک خط هیدرولیک کنترل می شوند به همین خاطر در جاهایی که امکان نفوذ زیاد در چاه و Packer ها نباشد از آنها استفاده می شود. این شیرها به کمک سیستم Mini هیدرولیک کنترل میشوند چون تنها یک خط هیدرولیک لازم دارند . برای باز و بسته کردن این شیرها نیروی بسیار زیادی لازم است به همین خاطر پیستون و سیلندر آنها بسیار قوی است و باعث ایجاد قدرت sealing بالا هنگام بستن ICV میشود. از لحاظ اقتصادی این شیرها قیمت مناسبتری نسبت به بقیه دارند.
( 3 سری : IV
شیرهای با انعطاف پذیری بسیار بالا( ( Infinity Variable که به صورت الکتریکی هیدرولیکی کنترل میشوند و امکان تنظیم دقیق تولید و یا تزریق را مید هند. برای کنترل این شیرها از سیستم SCRAM استفاده میشود. این شیرها همچنین خاصیت chocking فلز به فلز بالایی دارند.
( 4 سری: CV
این شیرها هم انعطاف پذیری بالایی دارند. التبه انعطاف پذیری سری CV از سری IV کمتر است چرا که این شیرها کاملا به صورت هیدرولیک کنترل می شوند. برای کنترل این شیرها از سیستم Digital Hydraulic یا Direct Hydraulic و Accu pluse Module استفاده می شود که می توانند شیرها را به صورت گسسته یعنی در چند حالت خاص %5) ، %15 ، ... (%100 کنترل کرد. این شیرها هم قابلیت chocking بسیار بالایی دارند.
(5 سری : MV
شیرهایی هستند که برای پاسخگویی به نیاز روز افزون صنعت و برای چاه های با شرایط معمولی طراحی شده اند BHP < 7500 Psi )، BHT< 275 F ، و CO2 و H2S درصد کم ) کاربرد تکنولوژی چاه های هوشمند برای بعضی شرکتها بسیار پیچیده و گران است و به همین خاطر نیاز به استفاده از شیرهایی که تا حدودی قابلیت کنترل جریان را به کاربر بدهند و عملکرد و نصب ساده تری داشته باشند افزایش یافته است . این شیرها به طور کلی به دو دسته تقسیم میشوند:
: MCO - ICV
یک ICV دو موقعیتی باز/ بسته است که قابلیت ایزوله کردن یک بازه خاص از چاه را می دهند. این شیر دارای عمر طولانی ومقاوم در برابر خوردگی است.
: MMCV- ICV
یک شیر چند موقعیتی که دارای قطعاتی از جنس تنگستن و کربید است که برای مقاومت در برابر خوردگی در شرایط خشن ته چاهی است.
در میان شیرهای ذکر شده تاکنون تنها شیرها MC هستند که تحت آزمایشات مقاومت در برابر فشار ، گرما و خوردگی و سایر شرایط ناهنجار قرار گرفته اند.
( 6 شیرهای WRFC- E
همانطور که از نام این شیرها پیداست به صورت الکتریکی کنترل میشوند و قابلیت تنظیم از حالت کاملا باز به کاملا بسته به صورت پیوسته را دارند.
جداسازهای درون چاهی :
این جداسازها از دو بخش تشکیل شده اند (1 بخش جداساز (2 بخش پمپ
سیستمهای جداسازی آب و گاز از نفت ( DGOS1 ,DWOS2) را می توان به سه نوع کلی تقسیم کرد این تقسیم بندی بر اساس نوع کار بخش جداساز می باشد. پمپ های مورد استفاده در جداسازها را نیز می توان به سه نوع تقسیم کرد :
)Electric submersible Pump(ESP
Progressive Cavity Pump
Sucker Rod Pump
اما در ادامه به بررسی انواع سیستمهای جداساز می پردازیم:
: Gravity Separators )1
این سیستم بر اساس اختلاف Specific Gravity آب و نفت کار می کند با ایجاد فضای کافی در casing و tubing می توان به آب و نفت فرصت کافی برای جداشدن داد و به کمک Sucker Rod Pump ها آب اضافی را به سازندهای پایین تر پمپاژ کرد. این سیستم توانایی جداسازی 1200 بشکه سیال در روز را دارد و در چاه های با casig 4.5 و بالاتر نصب می شود.
: Hydro-cyclone Separators ) 2
در این سیستم از نیروی گریز از مرکز برای جداسازی نفت و آب و گاز استفاده میشود . سیال پس از ورود به دهانه چاه وارد Hydro-cyclone می شود و در اثر اختلاف Specific Gravity و چرخش سیال آب به سمت دیواره Hydro-cyclone هدایت شده و از پایین آن خارج میشود نفت و گاز هم در وسط جمع شده توسط پمپ به سطح زمین هدایت می شوند. چند Hydro-cyclone می توانند به صورت سری برای افزایش کیفیت جداسازی و یا به صورت موازی برای افزایش سرعت جداسازی در چاه نصب شوند.
: Membrance Seperators ) 3
در این روش از غشاهای پلیمری خاص برای جداسازی استفاده می کنیم. این غشاها نسبت به یک ماده نفوذ پذیر و نسبت به ماده دیگر نفوذ ناپذیرند. این غشاها برای عملکرد صحیح احتیاج به فشار ته چاهی خاصی دارند . از مشکلات استفاده از این غشاها از بین رفتن خاصیت آنها پس از گذشت زمانی خاص است.
امروزه کاربرد فناوری نانو تکنولوژی جداسازی گازهای نامطلوب مثل H2S وCO2 را درچاه های تولید گاز بسیار اسان کرده است.به کمک nanoparticle های خاص میتوان گازهای H2S و CO2 را در ته چاه جدانمود و تولید آنها را در سطح زمین کمتر کرد. به این صورت که پس از ایجاد شکافهای مصنوعی در مخزن مایعی که حاوی این ذرات میباشد درون شکافها قرار می گیرد. H2S و CO2 موجود در گاز پس از گذشتن از این مخلوط طی واکنشی خاص جدا خواهند شدو در محلول باقی خواهند ماند. اندازه این ذرات معمولا کمتر یا مساوی nm200 می باشد و معمولا حداکثر از 100 اتم تشکیل می شوند تا سطح مقطع مناسب برای برخورد با مولکولها را داشته باشند برای جداسازی H2S از CaO و برای جداسازی CO2 از CaO به همراه Fe2O3 استفاده می شود .
حسگرها
DTS / DPS )1
ساختار این سیستم ها به این صورت است درون یک فیبر نوری میکرو سنسورهای زیادی قرار می گیرند فیبر شامل این سنسورها با تغییر دما و فشار منبسط و منقبض می شود. انبساط و انقباض فیبر میزان نیروی وارد بر سنسورهارا تغییر می دهد . در اثر تغییر نیروها , فرکانس تشدید این میکرو سنسورها هم دچار تغییر می شود. این میکروسنسورها بقدری کوچکند که حتی با تاباندن نور با طول موج مناسب نیز شروع به نوسان می کنند و از روی میزان نوسان آنها که توسط فیبر نوری دوم که همراه فیبر اول به داخل چاه هدایت می شود دریافت می گردد ، میتوان دماو فشار را در طول چاه به صورت پیوسته به دست آورد .
PQG )2 ، PDG
این سنسورها که به آنها ( PQG)Permanent Quartz Gauge هم می گویند برای اندازه گیری تک نقطه ای فشار و دما در چاه بکار می روند . این gauge ها می توانند بر روی سیستم هیدرولیکی مستقیم، دیجیتال و mini نصب میشوند. در این gauge ها از سنگهای Quartz خاصی استفاده میشود که توسط جریان الکتریسیته به ارتعاش در می آیند . فرکانس تشدید این سنگها با دما و فشار تغییر می کند با یک خط الکتریکی می توان 15 عدد از این gauge ها را کنترل کرد.
( 3 سیستم های سنجش میزان اشباع آب:
مجموعه ای از الکترودهای خاص برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی مخزن در سیمانکاری دور چاه نصب میشوند و می توانند میزان اشباع آب را تا 10 متر در اطراف چاه نشان دهند. نمونه های جدید این الکترودها توانایی اندازه گیری اشباع آب را تا 30 متر در اطراف چاه دارند. البته میزان water saturation را می توان به کمک آنالیز اطلاعات مربوط به دما و فشار در اطراف چاه نیز بدست آورد.
کاربرد چاه های هوشمند
• در مخازن شکاف دار که مشکلاتی از قبیل عدم وجود اطلاعات کافی زمین شناسی وجود دارد به ویژه هنگامی که از تزریق آب جهت افزایش بازدهی استفاده شود .استفاده از چاه هوشمند در این مخازن میزان برداشت را بسیار بالاتر خواهد برد .
• امروزه گفته می شود که در حین برداشت اولیه عملیات برداشت ثانویه نیز، جهت افزایش عمر مخزن و چاه انجام میشود که این مهم از طریق چاه های هوشمند با عملکرد بهتری همراه خواهد بود .
• در سازندهایی که در زیر سازند آسماری قرار دارند مخازن گازی وجود دارد که از این مخازن می توان به طور چند منظور استفاده کرد. یا به عنوان گاز در gas lift و یا جهت تزریق گاز به کلاهک گازی مخازن نفتی بالایی استفاده کرد. همچنین تجهیزات سر چاهی مورد نیاز، به ویژه در چاه های دور از خشکی فضای زیادی را اشغال می کنند و مشکلات بسیاری را به وجود می آورند، اما با استفاده از چاه های هوشمند می توان دو سازند گازی و نفتی حفر کرد و از قسمت گازی به سازند نفتی، گاز تزریق نمود. به این ترتیب، برداشت و تزریق هم زمان خواهد بود. در این روش که به آن تزریق درونی گاز می گویند هزینه های حفر چاه های تزریقی و انتقال گاز به چاه تولیدی حذف میشود .
• یکی از انواع مخازن نفتی که در حال حاضر با وجود گران شدن نفت مورد توجه شرکتهای نفتی دنیا قرار گرفته است، مخازن حاشیهای است. از آنجا که میزان نفت درون مخازن حاشیهای بسیار کم است، در گذشته بهرهبرداری از این مخازن توجیه اقتصادی نداشت، اما در حال حاضر با استفاده از تکنولوژی " " smart well با حفر یک چاه و چند شاخه کردن آن به مخازن حاشیهای متصل میشویم و از این نوع از مخازن نیز تولیدی کنترل شده خواهیم داشت .
• در آبهای عمیق اجاره دکل، استخدام پرسنل و بستن چاه هزینه بالایی در بردارد که این هزینهها در " "smart well حذف میشود .
• در تولید دنبالهای به دلیل عدم وجود سازگاری سیالهای سازندهای مختلف، برداشت از هر سازند به طور جداگانه صورت می گیرد. تولید از هر سازند پس از آنکه تولید آب به حد تعیین شده خود رسید متوقف می شود، و در این لحظه برداشت از سازند دیگر آغاز می شود. انجام این نوع تولید با وجود استفاده از تکمیل چاه به روش هوشمند از عملکرد بهتری برخوردار خواهد بود .
• اگر چند سازند که سیالات آنها سازگاری دارند روی هم قرار گرفته باشند به آن Stacked Pay گویند. با فناوری "Smart well"میتوان به شیوهی تولید به هم آمیخته از آنها برداشتی بهینه داشت .
• در چاه هوشمند زمانی که تولید از چاه به صرفه نیست، باید آن را ترک کرد؛ اما به دلیل باقی ماندن سیستم در داخل چاه، همیشه میتوان اطلاعات با ارزش توسعه میدان مانند گسل ها، پیوستگی آبده و غیره را از آن چاه، دریافت کرد .
• ارزش این تکنولوژی در چاه های افقی ، چاه های انحرافی ، نفت سنگین ، پارافین و ESP بسیار نمایانگر است .
مورد مطالعه شده در میدان دور از خشکی استرالیا :
هدف ما مقایسه روش سنتی تکمیل چاه با روش هوشمند بود. بر این اساس، هوشمند سازی بر روی یک مخزن شامل چند چاه صورت گرفت و تولید هر چاه نسبت به سایر چاه ها بهینه سازی شد. محل چاه ها با انجام بررسیهایی لازم و با توجه به تراکم نفت، انتخاب شد . سه چاه به هم آمیخته و چهار چاه منفرد در نظر گرفته شد. با تنظیم نرم افزار، داده ها گرفته شد و تمام فعالیتهای لازم به صورت هوشمند صورت گرفت. در نهایت سودی 170 میلیون دلاری درعرض 6 سال تخمین زده شد. این تنها سودی است که به واسطه افزایش بازدهی مخزن به دست می آید. با در نظر گرفتن حذف هزینه های مداخله، اجاره دکل و غیره این سود به مراتب بیش از این میزان خواهد بود .در این شبیه سازی از چهار نرم افزار "
Eclipse"، "Prosper"، " Resolve "و " GAP " استفاده شد " " Eclipse .شبیه ساز مخزن، Prosper" "شبیه ساز چاه
، " GAP " شبیه ساز تجهیزات سطح و تاسیسات تولید است و همچنین کنترل چاه ها را نیز بر عهده دارد " . " Resolve داده را از " "Eclipse میگیرد و به " GAP " میفرستد و پس از دریافت دادههای جدید تولید، آنها را به "Eclipse" برمیگرداند. در واقع داده های جدید همزمان با تولید به شبیه ساز منتقل می شوند. برای یک مقایسه ی دقیق و معقولانه بین تکمیل چاه به روش معمولی و هوشمند پارامترهای مختلف مخزن مانند نسبت گاز به نفت((GOR، ثقل گاز ، فشار نقطه حباب ، دمای مخزن ، نسبت سیالیت و API باید یکسان باشد و بتوان مقایسهی درستی بین نتایج این دو چاه داشته باشیم .
در نهایت، باید گفت که در حقیقت چاه هوشمند یک تکنولوژی جدید نیست، بلکه از به هم پیوستن تکنولوژیهایی که در گذشته وجود داشتهاند، شکل گرفته است و میتوان آن را نوآوری در جهت بهرهبرداری و مدیریت مخزن نامید .
تیمی که برای انجام یک بررسی جامع بر روی چاه هوشمند و توجیه این عملیات اقدام می کنند شامل مهندسان نفت، مهندسان چاه، مهندسان فن آوری اطلاعات ( (IT ، متخصصان اتوماسیون، متخصصان کاربرد و مدیریت داده ها ، مهندسان تاسیسات و مهندس بهره بردار است .
نکتهای که باید مورد توجه قرار گیرد این است که انتقال تکنولوژی نباید به وارد کردن تکنولوژی محدود شود باید به نحوی باشد که بتوان در قالب این انتقال، توانایی پیادهسازی آن و در مراحل پیشرفتهتر توانایی توسعه و تولید آن را داشته باشیم .
توجیه نصب سیستم هوشمند در چاه ها نیازمند شبیه سازی قبل از نصب سیستم ها می باشد که در چاه های کامینگل این شبیه سازی برای باز کردن یا بستن یا به صورت جزئی بستن زون ها بر اساس عملکرد آن ها نسبت به چاه ها یا لایه های تکمیل شده دیگر در شبکه تولید سطحی انجام می شود .این مطالعه به شبیه سازی شیرهای کنترل ورودی ICVs در چاه های کامینگل می پردازد . کنترل مناسب این شیرها بر اساس شرایط چاه و مخزن منجر به افزایش تولید نفت و ضریب بازیافت می شود. در این مطالعه نرم افزار ECLIPSE 100 برای شبیه سازی مخزن و نشان دادن عملکرد آن استفاده می شود .
نرم افزارProspe r v9. 4 برای شبیه سازی هر چاه و نرم افزارGAP v 6.4 برای شبیه سازی شبکه تولید سطحی به کار برده می شود . نرم افزارResolve به عنوان لینک بین نرم افزار های ECLIPSE وGAP می باشد .در نهایت مقایسه ای بین تکمیل چاه به روش هوشمند و غیر هوشمند در این میدان انجام شده است.
لازم به ذکر است به استثنای نرم افزارEclipse بقیه نرم افزار ها از بسته نرم افزاری IPM v5. 4 گرفته شد هاند که ساخته
شرکتPetroleum Expert می باشد .
مهندسی بهره برداری نقش مهمی را در توسعه میدان نفتی ایفا می کند . تصمیمات در این بخش از مهندسی نفت سرنوشت مخزن را تعیین می کند . سیستم چاه های هوشمند در سال ها یا خیر مورد مورد توجه قرار گرفته است از سال 2000حدود دویست تکمیل چاه به روش سیستم هوشمند در جهان در میادین دریایی و خشکی صورت گرفته است .درا بتدای توسعه این تکنولوژی سیستم های کنترل الکتریکی و سنسورهای الکتریکی به کار برده می شد اما به دلیل غیرقابل اعتماد بودن نتایج از رده خارج شدند . هزینه ابزار آلات و سیستم های استفاده شده در تکمیل چاه به روش سیستم هوشمند حدود 3 تا4 برابر روش معمولی می باشد و به همین منظور و با در نظر گرفتن سود و نتایج قابل اعتماد ، شرکت ها با احتیاط به این سیستم رو می کنند برای تصمیم گیری در مورد تکمیل چاه به روش هوشمند جنبه های مختلفی می بایست در نظر گرفته شود که یکی از مهمترین آن ها توجیه این سیستم از طریق شبیه سازی می باشد . این مطالعه به همین منظور انجام گرفته است.
این میدان نفتی جدید ( به دلایل محرمانه بودن اطلاعات نام میدان ذکر نشده است) در عمق 90 متری آب های استرالیا در حوضه کارنارون قرار دارد.
عمق راس مخزن از سطح مرجع دریا حدود 7480 فوت می باشد . دراین میدان فقط چاه های ارزیابی حفر شده اند . درا ین شبیه سازی با توجه به تراک م نفت در مدل مخزن 7 چاه تولیدی در نظر گرفته شده است . نفت تولیدی در 67 کیلومتری چند راهه زیر دریا به ساحل تحویل داده می شود .
این مخزن کلاهک گازی ندارد اما دارای یک آبده قوی می باشد . مخزن دارای دو لایه است و فشار لایه بالا3300 psi و لایه پایین 3320 psi می باشد و سطح تماس آب و نفت در 7670 فوتی از سطح مرجع دریا قرار دارد . نفت در جا درا ین مخزن حدود 532 میلیون بشکه است . شکل 5 مکان لایه ها را با استفاده از داده های نمودارگیری نشان می دهد.
