بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از متداولترین مشکلات عملیاتی در فرآیند تولید نفت، تولید آب اضافی است. هزینههای تحمیلی ناشی از فرازآوری، جداسازی و دفع آب تولیدشدهی ناخواسته، همواره مهندسان بهرهبرداری را به طراحی عملیاتی که طی آن بدون کاهش نفت تولیدی بتوان از تولید آب کاست، ترغیب نموده است. یکی از این روشها، به کارگیری ژلهای پلیمری به عوان عاملی برای کنترل فرآیند تولید آب مخزن در چاه تولیدی میباشد که از آنها در مخازن بالغ استفاده میشود. ژلهای پلیمری 1 35 قادرند تروایی نسبی آب را به میزانی بیش از تراوایی نسبی نفت بکاهند. در این مقاله توسط مطالعهی عددی بر روی دو مدل مخزنی تکلایه و دولایه با جریان بینلایهای این موضوع بررسی شده و تاثیر زونبندی، زمانبندی شروع عملیات و میزان مقاومت در مقابل عبور آب توسط ژل سنجیده میشود. نتایج نشان میدهند هنگامیکه عامل تغییر تراوایی نسبی از طریق چاهی که به آبدهی افتاده است تا شعاع معینی تزریق میشود، از تولید آب کاسته و در آینده موجب افزایش تولید تجمعی نفت میشود و بر عمر مفید مخزن میافزاید. به علاوه نتایچ گویای این موضوع هستند که استفاده از این روش در مخازن چندلایه با اختلاف تراوایی محسوس بین لایهها نتیجه بهتری میدهد. همچنین هرچه در برشهای آبی پایینتری از ژل 35 استفاده شده و تغییر تراوایی نسبی آب بیشتر باشد، آب کمتری تولید و افزایش ضریب بازیافت نفت بیشتر میشود.
1. مقدمه
ژل پلیمری به پلیمری اطلاق میشود که توسط مادهای به نام cross-linker استحکام لازم را بدست میآورد و میتواند شامل افزودنی های دیگری نیز باشد. هنگامی که ژل بر دیوارهی خلل و فرج مخزن جذب سطحی میشود، همزمان که به نفت اجازهی عبور میدهد از حرکت آب نیز جلوگیری مینماید. یکی از مهم ترین مزایای استفاده از عملیات 35 آن است به جای تفکیک زونی برای تزریق ژل، میتوان آن را از سطح تزریق نمود. همچنین میتوان از این روش در مخازن شکافداری که در آنها شکافها به منابع آب متصل هستند استفاده کرد. در مقالهای توسط سرایت و همکاران [1] پارامترهای کلیدی طراحی و اجرای عملیات تزریق ژل بررسی شده است. ترکیب افزودنیهای محلول ژل پیش از تزریق، خواص ژل و پارامترهای اجرایی عملیات به عنوان فاکتورهای اساسی معرفی شدهاند. همچنین، رینولدز و کیکر [2] معیاری مناسبی برای انتخاب مخازنی که میتوان عملیات تزریق ژل را در آنها انجام داد ارائه دادهاند: چاه تولیدی میبایست در انتهای عمر اقتصادی خود بوده و با بالا بودن نسبت آب به نفت، میزان قابل توجهی نفت درجای قابل تولید - جریان - داشته باشد. همچنین میزان تولید نفت میبایست به مرور زمان کاسته شده و میزان تولید آب ثابت بوده یا افزایش پیدا کرده باشد. به علاوه، چاه بایستی با مکانیسم رانش آب تولید نماید - به یک منبع آب متصل باشد - و اختلاف تراوایی بین زونهای تولیدی آب و نفت بالا باشد.
محققان بسیاری پیرامون اثر 35 ژلهای پلیمری کار کردهاند. کاربرد ژلهای پلیمری جهت کنترل تولید آب و استفاده به عنوان عامل 35 توسط وایت و همکاران [3] پیشنهاد شد. چگونگی تغییر تراوایی در نوعی ماسهسنگ بوسیلهی انواع ژل ها توسط لیانگ و همکاران [4] مورد آزمایش قرار گرفته است. در مقالهی دیگری توسط لیانگ و همکاران [5] توصیفات مختلف از علت کاهش تراوایی نسبی آب بیش از تراوایی نسبی نفت بوسیلهی ژل آزمایش شده است. در مطالعهای مکانیکی پیرامون تاثیر ژل توسط نیلسون و همکاران [6]، مکانیسم عملکرد ژل عبور آب و نفت از مجاری مجزا تبیین شده است. زیتا و ورمولن [7] نیز به ارائهی مدلی پرداختهاند که در آن جریان آب و نفت در یک محیط متخلخل دانهای که تحت تاثیر عملیات تزریق ژل قرار گرفته است مورد بررسی قرار میگیرد. در حالیکه لیانگ و سرایت [8] مکانیسم احتمالی 35 را ترکیبی از مدل اثرات دیواره و مدل قطره ژل میدانند. در جایی دیگر، الشرجی و همکاران [9] جذب سطحی و اثرات صیقلی را عامل اثر 35 ژل معرفی کردهاند. بوترمانس و همکاران [10] دادهی آزمایشگاهی و پیشینهی تولید مخزن را بکار گرفته تا منحنیهای تراوایی نسبی پس از عملیات را بدست آورند. از این اطلاعات میتوان برای تعیین حالت هایی که در آنها میتوان انتظار داشت از تغییردهنده های تراوایی نسبی با موفقیت بهره برد استفاده نمود. خلاصهای از کلیهی روشهای انسداد شیمیایی آب و گاز توسط کبیر [11] فراهم شده است. کوزمیچونوک و اصغری [12] کارایی ژل را به هنگام تزریق همزمان آب و نفت بررسی کردهاند. به علاوه، آنها رفتار ژل را تحت جریان دوفازی مورد بررسی قرار دادهاند. در مقالهی کینگ و همکاران [13] کاربردهایی میدانی از کاربرد ژل بررسی و نتایج نیز آورده شدهاند. شن و همکاران [14] با در نظر گرفتن حالتهای مختلف ترشوندگی سنگ مخزن به مدلسازی تاثیر دما بر عملیات تزریق ژل پرداختهاند. آنها دریافتند که تاثیر ژل در یک محیط متخلخل نفت دوست با افزایش دما سریعتر افت مینماید. لی و لی [15] با ساخت مدلی به آنالیز عدم قطعیت و بهینهسازی عملیات تزریق ژل اقدام نمودهاند. لشری و همکاران [16] مزایای استفاده از ژل پلیمری کلوییدی منحرفکنندهی جریان را در چاه تزریقی تعیین کردهاند. ماهیت گرانروی مادهی تزریقی موجب کاهش برش آبی در چاه تولیدی میگردد. اما هان و همکاران تکنولوژی منحرفکننده های جریان را از منظرها و کاربردهای گوناگونی مورد مطالعه قرار دادهاند. همچنین براتکاس و همکاران [17] بر روی عملکرد ژلهای 1+3$0 بر حسب بلوغ ژل در شکافهای باز کار کردهاند. در این مقاله با استفاده از شبیهسازی عددی شیمیایی به بررسی عملکرد ژل 35 در یک مخزن همگن چندلایهای با جریان بین لایهای پرداخته میشود. سپس با رسیدن برش آبی چاه تولیدی به مقادیر مختلف و سپس اجرای عملیات تزریق ژل، بهترین زمان برای اجرای عملیات پیشنهاد میشود. در ادامه میزان تاثیر فاکتور کاهش تراوایی نسبی بررسی میگردد.
2. توصیف مدل
با استفاده از یک شبیهساز عددی شیمیایی عملیات تزریق ژل پلیمری در مخزن جهت انسداد و کاهش آب تولیدی مدلسازی میشود. به دلیل آنکه حجم سیالات مختلف میبایست در فرآیندهای جابجایی تعیین گردد، از یک مدل سهبعدی استفاده شده است. شکل 1 منحنی های تراوایی نسبی آب و نفت را پیش از اجرای تزریق ژل نشان میدهد. در منحنی شکل 1، Krw تراوایی نسبی آب، Kro تراوایی نسبی نفت و Sw اشباع آب میباشند. در شکل 2 و شکل 3 به ترتیب نمایی سه بعدی از مخزن تکلایه و دولایه نشان داده شده است. در هر دو مورد تخلخل مخزن برابر با %25 میباشد. در حالت اول، مخزن تکلایه با تراوایی 500 mD در جهات L و M و 75 P در جهت N میباشد. حالت دوم، مخزن دولایهای است که لایهی بالایی دارای تراوایی 500 mD در جهات L و M و 75 P در جهت N بوده و در لایهی پایینی تراوایی درتمام جهات 2 برابر تراوایی در لایهی بالایی است. در هر دو حالت مختصات کارتزین و تعداد بلوک ها در جهات [، \ و ] به ترتیب 100، 5 و 50 میباشد. در هر مدل دو چاه موجود است که اولی تولیدی - آب و نفت - و در مختصات 1 - ،3، - 1 و دومی تزریقی - آب - و در مختصات 1 - ،3، - 100 قرار دارد و هندسه جریانی خطی در نظر گرفته شده است - به دلیل آنکه بعد \ در مقایسه با ابعاد دیگر بسیار کوچک میباشد از جریان در آن صرفنظر شده است - .
