بخشی از مقاله
بررسی آزمایشگاهی آسیب دیدگی سازند بواسطه تبخیر آب در فرایند تزریق گاز
چکیده
یکی از مسائل بسیار مهمی که در جریان تزریق گاز به درون محیط متخلخل با آن مواجه میشویم پدیده تبخیر آب و اثر آن بر میزان تزریقپذیري و تولید پذیري سازند است. این موضوع بسیار با اهمیت است از آنجائیکه تزریق گاز یکی از مسائل روز دنیاي نفت به حساب میآید. بدیهی است که مسائل بسیار زیاد دیگري در فرایند تزریق گاز علیالخصوص به منظور ذخیرهسازي در مخازن وجود دارد ولی از میان تمامی این مسائل، مسئله حاد و حائز اهمیت علیالخصوص در مورد مخزن-A همان پدیده تبخیر آب و تغییرات تزریقپذیري و تولیدپذیري ناشی از آن میباشد. در این تحقیق مخزن-A به عنوان یکی از مخازن کاندیدا براي ذخیرهسازي گاز از جهت پدیده تبخیر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که این پدیده باعث افزایش تزریقپذیري در سنگهاي با تراوایی بالاي این مخزن و کاهش تزریقپذیري در سنگهاي با تراوایی پایین مخزن میگردد هر چند در هر دو مورد مخزن دچار آسیبدیدگی ناشی از رسوب نمک گردیده است. در نهایت میتوان گفت که تغییرات تزریقپذیري و تولیدپذیري ناشی از تبخیر آب درون یک محیط متخلخل بسته به خصوصیات آن محیط و سیالات آن تفاوت میکند. در نتیجه بخاطر جدید بودن این موضوع و عدم وجود معادلهاي خاص براي این تغییرات انجام آزمایشات مستقل براي هر سیستم مورد نظر اجتنابناپذیر مینماید.
واژههاي کلیدي تبخیر آب، تزریق گاز، ذخیرهسازي، آسیبدیدگی سازند
مقدمه
تزریق گاز یکی از مسائل پرکاربرد در دنیاي نفت بهشمار میآید. تزریق گاز میتواند به منظور ذخیرهسازي، نگهداري فشار، فرآیندهاي افزایش بهرهدهی و ذخیرهسازي دياکسید کربن صورت پذیرد. حال هر جا تزریق گاز در حضور آب همزاد صورت پذیرد، با پدیده تبخیر آب و آسیبدیدگیهاي ناشی از رسوب نمک در اطراف چاهها روبروییم که میزان تزریقپذیري و تولیدپذیري سازند را دستخوش تغییر قرار میدهد.
پدیده تبخیر آب هم میتواند در اطراف چاههاي تزریقی و هم در اطراف چاههاي تولیدي گاز اتفاق بیافتد. گاز خشک تزریق شده به مخزن، شروع به تبخیر آب از اطرف دهانه چاه کرده و سپس به اطراف گسترش پیدا میکند. در مورد چاههاي تولیدي، گازي که به سمت آنها حرکت میکند به طور اولیه از بخار آب اشباع میباشد ولی در حین حرکت به سمت چاههاي
تولیدي به علت افت فشار در مسیر، توانایی گاز در میزان نگهداري آب افزایش پیدا کرده در نتیجه میزانی آب دوباره تبخیر گشته و وارد فاز گاز میشود. بنابراین مکانیزمهاي متفاوتی براي تبخیر آب در تزریق و تولید وجود دارد[1,2]
در مورد مخزن گاز-A با توجه به نمودار توانایی نگهداري آب توسط گاز و همچنین شرایط مخزن در حین عملیات تزریق گاز خشک بیشترین و قابل ملاحظهترین میزان تبخیر صورت گرفته در نتیجه این مکانیزم در آزمایشگاه مورد بررسی قرار گرفته است. دادسون و استندینگ [3] (1944) از اولین کسانی بودند که حلالیت آب در گاز طبیعی و بالعکس را توسط آزمایشات PVT cell مورد بررسی قرار دادند. تبخیر آب اطراف دهانه چاه میتواند منجر به افزایش طولانیمدت تزریق پذیري نیز گردد. [4]
بت و هینمن [5] (1989) نیز پدیده تبخیر آب در میدان آرون را گزارش کردهاند. علاوه بر آن کلینز و همکاران (2001)
[6] نیز رسوب نمک درون رشته تولیدي که تا درون مخزن ادامه دارد را در مخازن گازي شمال آلمان گزارش کردهاند. نمونههاي متعددي از این موارد را میتوان نام برد [7,8].
تلاشهاي زیادي براي اندازهگیري کاهش تراوایی منتج از رسوب نمک ناشی از تبخیر آب صورت گرفته است. بازههاي مختلفی از کاهش تراوایی بنا به محیط متخلخل و شوري آب مورد استفاده ارایه شده است. حتی آسیبدیدگیهایی در حد 50 درصد
نیز گزارش شدهاند. در این آزمایشات تزریق گاز خشک منجر به خشک شدن کامل نمونهها و یا اشباع بسیار پایین آب در آنها گشته است. [2,9,10,11]
تاکنون فرمول دقیقی براي پیش بینی کاهش تراوایی ناشی از رسوب نمک ارایه نگشته است. اشباع آب در مخازن گازي tight که به میزان غیر منتظرهاي پایین است خود حاصل مهاجرت طولانی مدت گاز در این گونه مخازن است. این پدیده منجر به وجود کریستالهاي نمکی درون مخزن گشته و شوري این مخازن را بسیار بالا میبرد. [12,13]
روش انجام آزمایش
مراحل انجام آزمایشات تبخیر بر روي هر دو نمونه به شرح زیر میباشند :
مرحله اول : نمونهها قبل از انجام هر آزمایش به منظور تعیین تراوایی هوا در درون مغزه نگهدار گذاشته شده و در فشار مورد نظر (نمونه 126 با فشار ورودي 3 پام و نمونه 115 با فشار ورودي 6 پام) تراوایی هوا تعیین گشت.
مرحله دوم : نمونههاي خشک مورد توزین قرار گرفت.
مرحله سوم : نمونهها درون اشباع کننده قرار داده شده و بعد از خلأ کردن محیط آن، آب به درون اشباع کننده مکیده شد.
سپس سیلندر مورد نظر تحت فشار 2000 پام به مدت 48 ساعت قرار گرفت.
مرحله چهارم : نمونههاي اشباع شده از درون سیلندر اشباع کننده خارج گردیده و دوباره توزین گشتند تا بتوان از آنها به منظور تعیین حجم حفرهاي و تخلخل استفاده کرد.
مرحله پنجم : از نمونهها به منظور مشاهده عینی اثر آزمایشات بر روي نمونهها عکسبرداري گشت.
مرحله ششم : نمونهها در درون مغزه نگهدار قرار داده شده مدار تزریق بر طبق شکل 1 و شکل 2 مرتب گردیده و جهت مراحل مختلف آماده گشت.
مرحله هفتم : تزریق آب با دبیهاي متفاوت به نمونهها جهت اندازهگیري تراوایی مطلق توسط آب سازند انجام گشت.
مرحله هشتم : براي رساندن نمونهها به شرایط کنونی مخزن و همچنین اندازهگیري تراوایی موثر گاز در هر اشباع آبی تزریق گاز مرطوب به نمونه انجام گردید.
مرحله نهم : بعد از مرحله نهایی تزریق گاز مرطوب که نمونه به شرایط کنونی مخزن نزدیک شد، به منظور شبیهسازي عمل تزریق و دیدن اثر تبخیر بر روي تراوایی مؤثر گاز در هر نمونه، تزریق گاز پالایشگاه خانگیران به عنوان گازي خشک در نمونهها انجام پذیرفت. در این مرحله اختلاف فشار دو سر نمونه ثابت نگهداشته شد و حجم خروجی و تغییر وزن ستون سیلیکاژل به طور پیوسته ثبت گردید. تابتوان از این اطلاعات جهت تعیین اشباع حاضر نمونه و تراوایی موثر موجود نمونه استفاده کرد.
مرحله دهم : پس از خاتمه عمل تزریق گاز خشک، گاز تر به درون نمونه تزریق گردید تا بتوان تراوایی موثر گاز در نقطه انتهایی نمودار را دوباره بدست آورده و به عنوان یک تأیید کننده استفاده کرد.
مرحله یازدهم : نمونه از درون مغزهنگهدار خارج گشته و پس از توزین از آن عکسبرداري گشت.
لازم به ذکر است که آب سازند مورد استفاده داراي شوري 000 ppm،105 بوده و سیال تزریقی، گاز خروجی پالایشگاه شهید هاشمی نژاد با 98 درصد متان میباشد.
شکل : 1 نمودار تزریق گاز تر
شکل : 2 نمودار تزریق گاز خشک
آنالیز و بررسی فنی دادههاي بدست آمده
همچنانکه نشان داده شده در جدول 1 مشخصات مغزههاي مورد نظر ارائه شده است.
نمودار تغییرات وزن تجمعی ستون سیلیکاژل نسبت به حجم تجمعی گاز تزریقی ]خروجی[ براي هر دو نمونه در شکل 3 و 4 نشان داده شده است. با نگاهی به شیب این نمودارها که با یکدیگر برابر بوده و معادل 2×10- 5 gr/cc میباشد، میتوان
فهمید که در هر دوي آنها که با شرایط متفاوتی از نوع سنگ، اشباع آب، دبی تزریقی گاز آزمایشات صورت گرفته، توانایی گاز در حمل بخارات آب یکسان است. که این خود بیانگر این مطلب که گاز به حداکثر اشباع بخار آب دست یافته است و نیازي به سرعتهاي بالاتر، دماهاي بالاتر و یا فشارهاي بالاتر وجود ندارد.
با مراجعه به نمودار برگرفته از کتاب جامع مهندسی [14] دیده میشود که در شرایط انجام آزمایشات دما در بازه 25 تا
30 درجه سانتیگراد، فشار متوسط 17psi ماکزیمم توانایی گاز طبیعی در نگهداري آب در شرایط آزمایش معادل -5 gr/cc
2/1×10 میباشد. البته این تفاوت اندك میان این عدد و شیب نمودارهاي آزمایش ناشی از میان یابی غیر دقیق از روي نمودار
