بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی اثرات ژئومکانیکی ناشی از افزایش فشار منفذي بر اثر تزریق سیال (مطالعه موردي چند مخزن نفتی دنیا)
چکیده:
تزریق سیالات مختلف به مخازن هیدروکربنی به منظور ازدیاد برداشت یا به منظور دفن زیرزمینی گازهاي گلخانه اي همچون دياکسیدکربن موجب افزایش فشار منفذي شده و به تبع آن تنشهاي موثر در مخزن محل تزریق سیال و نیز در پوشسنگ بالاي آن کاهش یافته و لذا احتمال وقوع شکستگی در سنگ و در نتیجه عدم موفقیت پروژه کاهش مییابد. به منظور پیشبینی حداکثر فشار مجاز (حداکثر فشار قابل تحمل براي حفظ ایمنی پروژه تزریق و جلوگیري از وقوع گسیختگی در سنگها) بایستی از مدلسازي ژئومکانکی مخزن و پوشسنگ بالاي ان استفاده نمود. در این مقاله به بررسی و مقایسه فشار اولیه و مقدار افزایش فشار مخزن بر اثر تزریق سیال و تعیین حداکثر فشار قابل تحمل و نیز وقوع یا عدم وقوع گسیختگی در سازندها در قالب مطالعه موردي چند مخزن نفتی دنیا پرداخته شده است. مطالعات انجام شده با استفاده از مدلسازي ژئومکانیکی صورت گرفتهاند. از نتایج این تحقیق میتوان جهت انجام مدلسازيهاي ژئومکانیکی-مخزنی مشابه به منظور پیشبینی فشار آستانه تحمل در عملیات ذخیرهسازي زیرزمینی دياکسید در مخازن تخلیه شده داخل کشور و نیز در پروژههاي ازدیاد برداشت استفاده نمود.
-1 مقدمه
راتکویست و همکاران [1] در سال 2008 میلادي با استفاده از شبیهسازي مخزن-ژئومکانیکی به بررسی احتمال وقوع گسیختگی کششی و برشی بر اثر تزریق CO2 به سازند اوتسیرا در میدان گازي اسلیپنر در دریاي شمال به مدت 30 سال پرداختند. تزریق در عمق 1600 متري (Z = -1600m) انجام شده است.
شکل 1 فشار اولیه (در لحظه شروع تزریق) و فشار نهایی سیال را همراه با فشار آستانه تحمل محسابه شده که بالاتر از آن موجب شکست برشی میشود براي سه رژیم تنش مختلف (رژیم تنش همسانگرد، فشاري، و کششی) نشان میدهد. خطچینها مربوط به لحظه شروع تزریق و خطوط توپر مربوط به پایان دوره 30 ساله تزریق CO2 هستند:
به عنوان مثال طبق شکل 1 مخزن از عمق 1400 تا 1600 متري بر اثر تزریق CO2 دچار شکست برشی میشود.
شکل 2 فشار اولیه (در لحظه شروع تزریق) و فشار نهایی سیال را همراه با فشار آستانه تحمل محسابه شده که بالاتر از آن موجب شکست کششی میشود براي سه رژیم تنش مختلف نشان میدهد. خطچینها مربوط به لحظه شروع تزریق و خطوط توپر مربوط به پایان دوره 30 ساله تزریق CO2 هستند:
طبق نتایج این شبیهسازي در صورتی که رژیم تنش منطقه کششی یا فشاري باشد پوشسنگ در محل تماس با مخزن (عمق 800 متري) پس از 15 تا 20 سال تزریق دچار شکستگی خواهد شد:
ویدال-جیلبرت و همکاران [2] در سال 2009 میلادي با استفاده از مدلسازي مخزن-ژئومکانیکی سهبعدي به بررسی رفتار ژئومکانیکی سیستم مخزن-پوشسنگ بر اثر تولید از مخزن (به مدت حدوداً 5 سال) و سپس تزریق CO2 به آن (به مدت حدوداً 10 سال) پرداختند.
سازند محل ذخیره نفت و تزریق CO2 مورد مطالعه سازند داگر میباشد که واقع در میدان نفتی Saint- (SMB) Martin de Bossenay در حوزه پاریس است. فشار اولیه مخزن 14.5 MPa بوده است.
شکل 4 تغییرات فشار منفذي در محل دو چاه تزریقی SMB15 و SMB17 در مخزن را طی دوره 5 ساله تولید و سپس دوره 10 ساله تزریق CO2 نشان میدهد:
همچنین شکل 5 تغییران فشار منفذي را در قسمت بالاي مخزن طی دوره 15 ساله (تولید و سپس تزریق) نشان می-دهد:
شکل :5 تغییرات فشار منفذي (پاسکال) در بالاي مخزن در طول تولید و تزریق .[2] CO2
شکل 6 تغییرات دایره موهر بر اثر تولید و سپس تزریق سیال به مخزن مورد نظر را نشان میدهد. طبق این شکل مخزن دچار هیچگونه شکستگی نمیشود زیرا دایره موهر به منحنی شکست برخورد نکرده است:
شکل :6 مسیر تنش موثر در طول تولید از مخزن و تزریق CO2 به مخزن در محل چاه SMB17 (نمودار موهر-کلمب) .[2]
در این سناریو مخزن پس از رسیدن به فشار حداکثري همچنان پایدار خواهد ماند.
طبق نتایج این تحقیق در صورتی که ثابت پوروالاستیک مخزن برابر با 0/57 باشد، میزان افزایش فشار منفذي لازم براي فعال شدن گسل موجود در منطقه (وقوع ناپایداري) برابر با است.
* ثابت پوروالاستیک مخزن عبارت است از نسبت تغییرات تنش اصلی افقی حداقل به تغییرات فشار منفذي مخزن:
فروناتو و همکاران [3] در سال 2010 میلادي به شبیهسازي عملیات تزریق CO2 (به منظور ذخیرهسازي) به یک میدان گازي تخلیه شده در حوزه رسوبی پو (Po) در ایتالیا از طریق سه چاه تزریقی پرداختند. هدف آنها بررسی اثرات ژئومکانیکی تزریق CO2 بود. فشار اولیه 17 MPa بوده است. بیشترین میزان افت فشار حدود 9 MPa بوده که پس از آن یک افزایش بازیافت (Recovery) در حدود 6 MPa در این میدان انجام شده است. عمق متوسط سازند مورد نظر 1500 متر زیر سطح دریا بوده و ضخامت آن بین 90 تا 120 متر میباشد. در این شبیهسازي، تزریق از سال 2012 میلادي شروع شده و با دبی تزریقی انجام میشود که فشار منفذي نهایی تا سال 2100 میلادي به بیش از 40 درصد بالاتر از فشار منفذي اولیه برسد.
