بخشی از مقاله
چکیده
پیش بینی عملکرد یک میدان براي توسعه آن ضروري است، به منظور انجام شبیه سازي مخزن، نیاز است فشار یا جریان سیالات در ته هرچاه مشخص باشد. در صورتی که چاه هاي مدل با شرایط فشار سر چاهی مشخص شده باشند، به منظور ارتباط فشار سرچاهی با فشار ته چاه، انجام محاسبات افت فشار درستون چاه یا محاسبات (Vertical flow Performance) VFPالزامی می باشد. عملکرد مخزن بهتنهایی قابلیت بیان توان تولید یا تزریق به یک میدان را ندارد˓ بلکه در کنار استفاده از توان مخزن˓ باید توان چاه و ادوات سر چاهی را نیز براي فرایند تزریق و تولید مد نظر قرارداد. در این فرآیند از نمودار (Inflow Performance Relationship) IPR جهت نشان دادن عملکرد مخزن و از نمودار (Tubing Performance Relationship) TPR جهت نشان دادن توان چاه و ادوات سرچاهی استفاده می شود. در این مطالعه جهت شبیه سازي جریان چاه از نرم افزار Prosper از ماژول IPM (محصول (Petroleum expert استفاده شده
است. دبی عملیاتی (دبی که در حالت طبیعی برقرار می باشد)در فرآیند تزریق با قطع دادن دو نمودار IPR و TPR مشخص می شود. نقطه ي برخورد دو نمودار IPR و TPR مقدار دبی و فشار ته چاهی طبیعی سیستم را نشان می دهد. در این مقاله با استفاده از آنالیز حساسیت تاثیر پارامترهاي مختلف بر فرآیند تزریق گاز، بر دبی طبیعی یکی از مخازن ایران مورد بررسی قرار می گیرد.
واژه هاي کلیدي
آنالیز حساسیت، تزریق پذیري چاه و مخزن، ، ذخیره سازي گاز طبیعی شبیه سازي، عملکرد چاه، عملکرد مخزن.
-1مقدمه
عرضه پایدار، رکن اصلی در صنعت گاز جهان می باشد. مخازن ذخیره سازي گاز جهت ذخیره در شرایط کاهش مصرف و استفاده در شرایط اوج مصرف در اقصی نقاط دنیا به کار برده می شوند .ذخیره سازي گاز در مخازن متعددي شامل غارهاي نمکی، معادن، آبده ها، مخازن نفت و گاز تخلیه شده و غارهاي سنگی صورت می پذیرد . [1]
یکی از اهداف مهم پژوهشگران در امرذخیره سازي گاز طبیعی، بررسی راه هایی است که بتوان تزریق به چاههاي نفتی را به مقدار بهینه خود رساند. در این کار براي تعیین میزان تزریق بهینه معادلات حاکم بر حرکت سیال در دو بخش مخزن و چاه بطور همزمان حل می گردد. نتیجه حل معادلات حاکم بر مخزن منحنی ایی خواهد بود که تغییرات فشار جاري ته چاه را بر حسب دبی تولید نشان می دهد و به منحنی عملکرد مخزن یا IPR معروف است همچنین حل معادلات حاکم در چاه منحنی عملکرد چاه یاTPRرا می دهد. رسم این دو منحنی بطور همزمان و بدست آوردن محل تلاقی آنها، دبی تولیدي بهینه را در فشار جاري ته چاه معین، بدست می دهد.[2]
در مدلسازي چاه هاي نفت و گاز،عموماً از روش آنالیز گره اي استفاده میشود که در این روش اجزا با هم، سامانه ي تزریق را تشکیل میدهند.[3] فشار تزریق سیال به وسیله کمپرسور تامین شده سپس سیال تزریقی پس از افت فشار درون خطوط لوله سطح الارضی از مسیر جریانی ستون چاه که به طور معمول داراي بیشترین تغییرات فشار در سامانه ي تزریق است، به محیط متخلخل درون مخزن وارد می گردد . جریان سیال تزریقی به مخزن وارد شده و پس از افت فشار در اطراف چاه توزیع میشود. درقسمت های مختلف مسیر سیال، بسته به خصوصیات سنگ و سیال و نیز شرایط هندسی مسیر جریان، فشار متناسب با آن تغییر می کند. [4]
در تعیین روابط عملکرد مخزن با توجه به اطلاعات در دسترس، از تعدادي معدود رابطه جریانی می توان استفاده کرد. در استفاده از روابط جریانی مخزن باید تغییرات پارامترهایی که با عدم قطعیت همراه است را بررسی نمود. با توجه به این که مخزن مورد نظر در مرحله امکان سنجی تزریق بوده و تنها اطلاعات پتروفیزیکی یک چاه در دسترس می باشد باید تغییرات تراوایی، بازه اي که داراي خصوصیات پتروفیزیکی مناسب جهت انجام عملیات تزریق هستند را در مطالعات خود لحاظ نمود. پارامتر دیگر مقدار ضریب پوسته می باشد که وجود ضریب پوسته مثبت و یا منفی نمودار IPR یا همان عملکرد مخزنی را جا به جا کرده و بر تولید طبیعی تاثیر می گذارد. در مرحله توصیف IPR نتایج به دست آمده حاکی از آن است که یکی از پارامترهاي موثر در فرایند ذخیره سازي گاز زمان می باشد. گذشت زمان از لحظه ي شروع تزریق، با توجه به قابلیت هدایت (تراوایی) مخزن مورد نظر و هم چنین افت فشاري که خواهد داشت˓می تواند در میزان تزریقپذیري مخزن تاثیر گذارد . پس از تعیین رابطه ي مناسب جهت توصیف مخزن˓ عملکرد چاه نیز مورد مطالعه قرار می گیرد. از پارامترهایی که بر عملکرد چاه و در نتیجه دبی طبیعی تزریق اثر می گذارد می توان به فشار تزریق به وسیله کمپرسور، قطر، جنس و زبري خط لوله و معادلات مورد استفاده جهت بدست آوردن تغییرات فشار درون لوله مغزي اشاره کرد.
2 -مدل سازى سیال چاه
جهت مدلسازي چاه در ابتدا باید مدل سیال چاه تهیه و کالیبره گردد تا خواص و پارامترهاي به دست آمده از معادله هاي حالت، به واقعیت نزدیک شود.[3] براي انجام فرایند شبیه سازي ترکیب گاز خط لوله مشخص به عنوان سیال تزریقی مورد استفاده قرار می گیرد. ترکیبات موجود در گاز تزریقی در جدول1و نمودار فازي این سیال در نمودار 1 آورده شده است. [5]در این مطالعه از نرم افزار PVTp جهت محاسبات خصوصیات PVT سیال تزریقی استفاده گردید. لازم به ذکر است که این نرم افزار یکی از ماژول هاي IPM می باشد. نتایج حاصل از این نرم افزار بوسیله نتایج حاصل از نرم افزار PVTi مورد تایید قرار می گیرد.
جدول :1 ترکیبات سیال تزریقی به مخزن .
نمودار :1 رفتار فازي سیال تزریقی .
-3توصیف چاه تزریقی
براي توصیف عملکرد چاه تزریقی نیاز به طراحی چاه می باشد. در این مقاله از اطلاعات تنها چاه اکتشافی موجود در مخزن مورد نظر براي بیان فعالیت تزریق استفاده شده است. چاه مورد نظر تا عمق 18200 فوتی حفر شده است. این چاه به طور کامل عمودي نبوده و داراي زوایایی ازحالت قائم می باشد در این مطالعه بدترین حالت ممکن (یعنی میل دادن همه ي زوایا در یک جهت) جهت امر شبیه سازي در نظر گرفته شد.نتایج بدترین حالت مذکور با حالتی که چاه به صورتکاملاً عمودي می باشد، مقایسه گردید. نتایج نشان می دهد زاویه موجود از حالت قائم تفاوت زیادي در افت فشار درون چاه و به تبع آن دبی بهینه ندارد.
-4 عملکرد مخزن
جهت پیش بینی نمودار IPR (عملکرد مخزن) ˓به دلیل در دسترس نبودن اطلاعات کافی، از جمله داده هاي چاه آزمایی ، استفاده از تعداد محدودي از روابط امکان پذیر می باشد.[6] با توجه به این موضوع که میدان مورد مطالعه از سازندهاي گوناگون و با ضخامت قابل ملاحضه اي تشکیل شده است، رابطه Jones که براي مخازن چند لایه کاربرد دارد، براي توصیف مخزن در این مطالعه انتخاب می شود. داده هاي مورد استفاده براي بدست آوردن نمودار عملکرد مخزن طبق جدول شماره 2 می باشد. در راستاي ایجاد اطمینان از رابطه عملکرد مخزن مورد نظر، نتایج این مطالعه با نتایج شبیه ساز عددي نرم افزار Eclipse مقایسه شد. نتایج با درصد خطا بسیار پایین با یکدیگر همخوانی داشتند
نمودار 2 عملکرد چهار سازند مخزن مورد نظر رانشان می دهد. در نمودار 2 منحنی سبز رنگ عملکرد مجموع 4 سازند را به عنوان عملکرد کل مخزن نشان می دهد.
همانطور که نمودار 2 نشان می دهد: سازند شماره 4 به دلیل تراوایی پایین داراي تزریق پذیري کمتري می باشد، زیرا با توجه به نمودار فوق در دبی هاي کم به سرعت فشار می گیرد. همان طور که در نمودار 2 مشاهده میشود سازند شماره 2 به دلیل ضخامت زیاد همچنین تراوایی مناسب در قیاس با سایر سازندها داري عملکرد مناسب تري از جهت تزریق پذیري می باشد. مجموع عملکرد چهار سازند توان تزریق پذیري کل مخزن را نشان میدهد. نکته قابل توجه دیگر این است که، در بازه فشار تزریق، عملکرد نمودارهاي IPR این مخزن تقریبا به صورت خطی و صعودي می باشد. دلیل این روند قرار گرفتن سیال مخزن در ناحیه فوق بحرانی (فشار بالا) می باشد. با توجه به نمودار عملکرد مخزن در سازندهاي مختلف، سازند 1 و 2 از نظر تزریق پذیري مناسب می باشند. بنابراین شبیه سازي هاي صورت گرفته در زون هاي از ساندهاي 1 و1049) 2 فوت) که خصوصیات پتروفیزیکی مناسب دارند، صورت می پذیرد. بعد از تحلیل جداگانه هر کدام از سازند ها از مقادیر تراوایی و تخلخل به صورت میانگین حسابی (با در نظر گرفتن ضخامت سازندها) براي زون هاي داراي خواص پتروفیزیکی مناسب (زون هایی از سازندهاي 1و(2 به ترتیب 0/22میلی دارسی و 2/5 درصد در نظر گرفته شده است. [7] شعاع چاه 0/5 فوت و ضخامت سازند متناسب با رخنمون سازند هاي 1و2 درون چاه در نظر گرفته شده است و نمودار عملکرد مخزن به عنوان نماینده اي از 2 سازند مورد نظر طراحی شده است.
-5آنالیز حساسیت پارامترهاي موثر بر دبی تزریق
با توجه به مشخص شدن خصوصیات دینامیکی مخزن تاثیر پارامترهاي زیر در ادامه مورد مطالعه قرار می گیرد:
1. ضریب پوسته (اسکین)
2. فشار سر چاهی
3. قطر لوله مغزي
4. گذشت زمان از لحظه شروع تزریق
5. زبري لوله مغزي
6. تغییرات تراوایی متوسط
7. بازه مشبک کاري
8. معادلات تجربی استفاده شده
جهت مقایسه تاثیر پارمترهاي فوق یک حالت پایه بر اساس داده هاي جدول شماره 3 تعریف می شود. در آنالیز حساسیت فقط یک پارامتر تغییر کرده و سایر پارامترهاي مورد نظر مطابق با حالت پایه ثابت می مانند.
- 1-5 تاثیرضریب پوسته (اسکین) بر عملکرد چاه
در تزریق به یک مخزن افزایش مقدار ضریب پوسته نمودار IPR را به سمت بالا جابجا می کند˓ به این صورت که با افزایش ضریب پوسته در یک دبی مشخص مقدار فشار بیشتري در ته چاه مورد نیاز خواهد بود و یا به عبارتی دیگر در یک فشار ته چاهی مشخص هر چه ضریب پوسته ایجاد شده بیشتر شود مقدار دبی تزریقی کاهش می یابد (نمودار.(3
-2-5 تاثیر فشار سر چاهی بر عملکرد چاه
در فرایند تزریق گاز پارامتر فشار سر چاه بسیار حائز اهمیت می باشد. مقدار فشاري که می توان به وسیله کمپرسور در سر چاه ایجاد کرد بیشترین اثر را بر روي مقدار گاز تزریقی و در نتیجه تعداد چاههاي مورد نیاز دارد. به این صورت که هر چه مقدار فشار سرچاهی بیشتر شود دبی گازي که می توان تزریق کرد افزایش و در نتیجه تعداد چاههاي مورد نیاز کاهش می یابد. تاثیر این پارامتر در نمودار 4 آمده است.
