بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بهینه سازی ترکیب سیالات حفاری جهت کاهش خسارت سازند
چکیده
در عملیات حفاری جهت انتقال ذرات جامد، پایداری دیواره چاه، خنک کردن سرمته و غیره از سیالات حفاری استفاده می شود. این سیالات هنگام چرخش در چاه در اثر جذب و نفوذ به سازند باعث تغییر خواص پتروفیزیکی سنگ مخزن از جمله باعث کاهش نفوذپذیری و تغییر ترشوندگی که پارامتر بسیار مهمی در خسارت سازند بشمار می آید، می شود. ورود فیلترات به سازند باعث افزایش زاویه تماس به طرف نفت تر و در نتیجه کاهش نفوذپذیری موثر نفت میشود. با هدف انتخاب بهینه افزودنیهای سیالات حفاری پایه آبی و روغنی، با بکارگیری طراحی آزمایش ترکیبهای مختلفی از افزودنیهای گلهای پایهآبی و روغنی تهیه و نتایج با استفاده از نرم افزار Minitab تحلیل شد. نتایج حاکی از آن است که در ترکیب گل پایه آبی Biovis ، CMC و بنزیل بنزوات باعث کاهش و Polythin و کلرید سدیم باعث افزایش نفوذپذیری نفت شدند. در ترکیب گل پایه روغنی اسید اولئیک، نمک طعام و آهک باعث کاهش نفوذپذیری نفت و باریت و کلریدکلسیم باعث افزایش نفوذپذیری نفت گردیدند. با استفاده از نتایج این تحقیق مناسبترین گل پایه آبی و روغنی از نظر کنترل ترشوندگی و خسارت سازند انتخاب و ارائه گردید..
کلمات کلیدی
گل حفاری، نفوذپذیری، سنگ مخزن، ترشوندگی، خسارت سازند
۱‐ مقدمه
خسارت سازند١ در زمان حفاری پدیدهای است که میتواند به علت تماس سیال حفاری با سازند به وجود آید. خسارت سازند معمولا به علت آسیب دیدگی و خسارت نفوذپذیری برجا در اطراف چاه، بوسیله فیلترات گل یا نفوذ گل به سازند میباشد. مقدار این فیلترات یا نفوذ گل به زمان در تماس بودن و مقدار اختلاف فشار سیال حفاری و نیز ترکیب گل وابسته است]۱.[
با توجه به دادههای افت فشار میتوان مشخص نمود که چاهها کمتر از حد پتانسیل خود تولید میکنند. پوستهای ٢با نفوذپذیری پایین درنتیجه آلودگی ذرات گل و یا فیلترها بوجود میآید(شکل ۱). بعضا تکمیل٣ نادرست چاه دلیل تشکیل این پوسته می شود]۲.[
اگرچه زون آلوده فقط در حد چند فوت است اما باعث کاهش محسوس در بهره وری٤ چاه میشود زیرا جریان در اطراف چاه شعاعی است و بنابراین افت فشار متناسب است با شعاع چاه و r شعاع مورد نظر است. نسبت تولید یک چاه دست نخورده به حالت خسارت دیده آن با استفاده از رابطه (۱) محاسبه می شود.
s
فرآیندهای متفاوتی میتوانند باعث باعث کاهش بهرهوری شوند. مهمترین فرآیندهایی که میتوانند دلیل تأثیر منفی ذرات گل یا فیلترات بر بهرهوری چاه باشند، عبارتند از:
تغییر ترشوندگی
• متورم شدن و پراکنده شدن رسهای موجود در مخزن توسط فیلترات گل
• بسته شدن آستری ها و لوله های مشبک توسط فیلتر کیک
• ریزش ماسه های غیر متراکم به داخل چاه
• رسوب نمکهای قابل حل در فیلترات و آب سازند]۲.[
ترشوندگی تأثیر مهمی روی اشباع باقیمانده و نفوذپذیری نسبی دارد. مینرالوﮊی سنگ، ترکیب نفت، دمای مخزن، فشار، pH و ترکیب آبهای شور مخزن فاکتورهای تاثیرگذار روی ترشوندگی یک مخزن می باشند. ترشوندگی میتواند در زمان حفاری و تولید تغییر یابد و این تغییرات تاثیر زیادی بر بهرهوری چاه ایجاد میکند. در صورت وجود چند سیال در یک محیط متخلخل، مسیر جریان هر سیال به وسیله ترشوندگی آن کنترل می شود]۳و۴.[
D.C.Thomas و همکارانش تأثیر سیالات حفاری پایه روغنی را بر ترشوندگی و نفوذپذیری سنگ مخزن مورد بررسی قرار دادند. آنها نفوذپذیری نسبی برای آب و نفت را قبل و بعد از تزریق سیال حفاری مقایسه کردند و دریافتند که سیالات حفاری پایه روغنی تاثیر زیادی در کاهش نفوذپذیری نفت دارند]٥M.M.Sharma .[ و R.W.Wunderlich اثر ترکیبات سیالات حفاری پایه آبی را بر ترشوندگی و نفوذپذیری، با اندازهگیری فشار موئین و زاویه تماس بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که اکثر افزودنیها باعث افزایش زاویه تماس و در نتیجه کاهش نفوذپذیری موثر نفت میشوند]٦J.Yan .[ و M.M.Sharma نشان دادند که گلهای حفاری پایه روغنی باعث افزایش زاویه تماس و در نتیجه کاهش نفوذپذیری موثر نفت میشوند]٧.[
Khan و همکارانش در سال ٢٠٠٢، تاثیر اندازه ذرات موجود در گل روی خسارت سازند را مطالعه و به این نتیجه رسیدند که با افزایش قطر ذرات، میزان نفوذ آنها در سازند به مقدار زیادی کاهش مییابد]٨Michael .[ وLan Patey در سال ۳۰۰۲ پارامترهای کلیدی و چالشهای موجود در آزمایشات آزمایشگاهی خسارت سازند را مورد بحث قرار دادند و شیوه صحیح انجام آنها را ارائه نمودند]٩.[ اما در حال حاضر فقدان روشی جامع که بتواند به بررسی تاثیر افزودنیهای استفاده شده در گل حفاری بر ترشوندگی و خسارت سازند بپردازد، بارز می- باشد. در این پژوهش با استفاده از روش طراحی آزمایش١ سعی شده است که گامی در جهت حل این موضوع برداشته شود.
در این تحقیق با توجه به غلظت متداول افزودنیهای سیالات حفاری پایه آبی و روغنی در صنعت و طراحی آزمایش چند ترکیب گل تهیه و تاثیر آنها بر خسارت سازند بررسی می شود. سپس با استفاده از نرم افزار Minitab تأثیر هر یک از افزودنیها در گل بر نفوذپذیری مورد آنالیز و با توجه به نتایج حاصله ترکیب گل با کمترین خسارت سازند ارائه میشود.
۲‐ مواد، روش و مراحل تحقیق
به منظور اندازهگیری نفوذپذیری سیستم اندازه گیری نفوذپذیری طراحی و ساخته شد.
مهمترین قسمتهای این سیستم شامل موارد زیر است:
• سلول نگهدارنده مغزه١: این سلول دارای یک غشای آهنی در خارج و یک غشای لاستیکی در داخل است. مغزه درون غشای لاستیکی قرار میگیرد.
• دستگاه تولید کننده فشار جانبی: این دستگاه با تزریق آب یا روغن بین دو غشای لاستیکی و آهنی فشار جانبی به مغزه وارد میکند تا مانع جریانهای حاشیهای شود.
• پمپهای تزریق سیال: این پمپها سیال مورد نظر (آب مقطر، آب شور، ایزواکتان و غیره) را با دبی دلخواه با دقت به سیستم تزریق مینماید.
• سیستم اندازه گیری فشار: بوسیله آن میتوان افت فشار سیال را در طول نمونه بدست آورد.
در این آزمایشات از مغزههای کوارتز مصنوعی به منظور بررسی خسارت سازند استفاده شد.
مغزهها متناسب با طول سلول نگهدارنده (در حدود cm٤/٨)تهیه شدند. قطر تقریبی مغزهها نیز در حدود cm٩/٢ بود.
مراحل عملی اندازه گیری نفوذپذیری نمونه ها شامل موارد اصلی زیر است:
• تخلیه نمونه ها از گاز و اشباع آنها با آب خلیج فارس
• تعیین تراوایی متوسط آب با اندازه گیری فشار در دبیهای مختلف
• تزریق مدل نفتی (ایزواکتان) تا رسیدن به حالت پایدار
به منظور بررسی تأثیر سیالات حفاری پایه آبی و روغنی بر نفوذپذیری از مواد ارائه شده در جدول (١) استفاده شد. محدوده غلظت مورد استفاده نیز در این جدول درج شده است.
در این آزمایشات با استفاده از غلظت مورد استفاده هر افزودنی و طراحی آزمایش ترکیبهای مختلفی از افزودنیها تهیه و تاثیر هر گل بر نفوذپذیری بررسی شد. بدین منظور برای گلهای پایهآبی یک طرح٢PB ١٢ آزمایشی و برای گلهای پایه روغنی یک طرح PB ١٦ آزمایشی انتخاب شد (جدول(٢) و (٣)). بعد از تهیه گلها، نمونههایی که نفوذپذیری اولیه آنها اندازهگیری شده بود، داخل این گلها، بمدت ٤٨ ساعت و تحت دمای ٧٥ درجه سانتیگراد قرار گرفتند.
سپس نفوذپذیری مجدداﹰ اندازهگیری و برای هر مغزه درصد خسارت ایجاد شده با استفاده از رابطه (٢) محاسبه شد.
٣‐ ارائه و تحلیل یافته ها
پس از انجام آزمایشات، مقدار خسارت ایجاد شده برای گلهای مختلف محاسبه گردید که نتایج آن در اشکال (٢) و (٣) آمده است.
