بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طتزریق و ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن در مخازن نفت و گاز تخلیه شده به منظور ازدیاد برداشت از مخازن نفتی و حفظ محیط زیست
چکیده
بدون تردید گازهای گلخانه ای مولکولهای وحشتناک و زیان آوری هستند. امروزه این موضوع پذیرفته شده است که انتشار گازهای گلخانه ای که از سوختن سوخت های فسیلی حاصل می شوند، موجب بالا رفتن دمای سطح کره زمین می گردد. از طرفی در میان انواع مختلف گازهای گلخانه ای ، گاز دی اکسید کربن (CO۲) سهم عمده ای در ایجاد این اثرات نامطلوب در فضای پیرامون کره زمین دارد. چرا که در حدود ۶۴ درصد از حجم کل گازهای گلخانه ای را فقط گاز دی اکسید کربن به تنهایی تشکیل می دهد. بنابراین می توان گفت کاهش میزان غلظت این گاز مخرب در اتمسفر یکی از دغدغه های اصلی هر نوع سیستم متعادل کننده گازهای گلخانه ای است. تاکنون طرح های زیادی جهت کاهش انتشار گاز گلخانه ای دی اکسید کربن در اتمسفر توسط محققان مختلف در سرتاسر دنیا ارائه شده است. در این زمینه طرح ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن از طریق تزریق آن به مخازن نفت و گاز تخلیه شده ، فرآیندی نوین در جهت حذف گاز گلخانه ای دی اکسید کربن است. در این روش می توان حجم های عظیمی از گاز دی اکسید کربن را با تزریق آن در سازندهای حاوی آب شور و مخازن تخلیه شده نفت و گاز، ذخیره کرد زیرا زمین شناسان بر این عقیده اند پوش سنگی که در زمان نگهداری هیدروکربن توانایی ذخیره نفت و گاز را در خود داشته است، می تواند گاز دی اکسید کربن را نیز در خود حفظ کرده و از نفوذ آن به سازندهای بالایی و رسیدن به سطح کره زمین جلوگیری بعمل آورد. در این مقاله به طرح فرآیند ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن در مخازن نفت و گاز تخلیه شده و معرفی برخی از مهمترین مناطقی که به لحاظ زمین شناسی قابلیت ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن در خود را دارند، پرداخته شده است. از اینرو بررسی های انجام شده نشان می دهند با وجود آنکه اکیو فرهای عمیق آب شور بزرگترین پتانسیل ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن را دارند، به دلیل مزایای ویژه مخازن نفت و گاز تخلیه شده نسبت به اکیو فرها، امروزه تمایل به استفاده از این مناطق جهت ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن بیشتر است. در ادامه ضمن بررسی میزان قابلیت ذخیره سازی مخازن مذکور ، عوامل مختلفی که در بالا بردن هر چه بیشتر حجم قابل ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن در آنها مؤثر هستند، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. طبق نتایج بدست آمده از تحقیقات می توان گفت که تعیین بهترین فشار لازم به عنوان یکی از پارامترهای مؤثر بر ذخیره سازی گاز CO۲ به منظور تزریق این گاز به مخزن، از مهمترین دغدغه های مهندسین مخازن می باشد. نکته بسیار مهم و قابل توجه در این عملیات آن است که این فرآیند ضمن جلوگیری از انتشار گاز مهلک دی اکسید کربن در اتمسفر و کمک به حفظ محیط زیست، می تواند به ازدیاد برداشت نفت از مخازن هیدروکربوری تخلیه شده نیز کمک شایانی نماید و میزان حجم نفت قابل برداشت از این مخازن را به مقدار زیادی افزایش دهد. به عبارتی دیگر از طریق تزریق همین گاز سمی و مضر به مخازن هیدروکربوری تخلیه شده می توان سود قابل توجهی را عاید کشورهای دارنده ذخایر نفت و گاز و به خصوص آن دسته از کشورهایی که مخازن آنها نیمه دوم عمر تولیدی خود را سپری می کنند - مانند ایران- نمود. در ادامه این مقاله به طور مفصل به بررسی موضوعات و مباحث مذکور پرداخته شده است.
واژگان کلیدی ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن ، مخازن نفت و گاز تخلیه شده، ازدیاد برداشت نفت، حفظ محیط زیست
مقدمه
دی اکسید کربن یکی از گازهای موجود در اتمسفر است. این گاز از سوختن مواد آلی در حضور اکسیژن کافی ایجاد می شود و گازی بی رنگ و بی بومی باشد. مولکول دی اکسید کربن خطی و دارای دو پیوند دوگانه بین کربن و دو اتم اکسیژن می باشد. دی اکسید کربن مایع فقط تحت فشار خاصی تشکیل می شود، به میزان کمی در آب حل می شود و اسید ضعیفی با عنوان اسید کربنیک تولید می کند که آن هم به طور جزئی به بی کربنات و کربنات تفکیک می شود. گیاهان از دی اکسید کربن در فرآیند فتوسنتز برای ساختن کربوهیدارتها استفاده نموده و با جذب آن، اکسیژن آزاد می کنند. گاز دی اکسید کربن موجود در اتمسفر بعنوان سپر حرارتی زمین عمل می کند و با اثر گلخانه ای طبیعی مانع از سرد شدن زمین می شود. در میان انواع مختلف گازهای گلخانه ای، گاز دی اکسید کربن سهم عمده ای در ایجاد این اثرات نامطلوب در فضای پیرامون کره زمین دارد. چرا که در حدود ۶۴ درصد از حجم کل گازهای گلخانه ای را فقط گاز دی اکسید کربن به تنهایی تشکیل می دهد. بنابراین می توان گفت کاهش میزان غلظت این گاز مخرب در اتمسفر یکی از دغدغه های اصلی هر نوع سیستم متعادل کننده گازهای گلخانه ای است. امروزه طرح های زیادی جهت کاهش انتشار گاز دی اکسید
کربن در اتمسفر صورت گرفته است که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:
.S بالا بردن میزان بازدهی و راندمان در پایگاه های مصرف انرژی >X استفاده از انرژی های نوین مانند انرژی خورشیدی ، انرژی هسته ای و انرژی باد لازم به ذکر است که در همین راستا پروژه ها و طرح های عظیمی به منظور جداسازی و ذخیره گاز دی اکسید کربن توسط کشورهای صنعتی دنیا که دارای امکانات و تجهیزات لازم و مؤثر از جمله ساختارهای زمین شناسی مناسب می باشند، ارائه و به انجام رسیده است
مناطق زمین شناسی مناسب جهت ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن مهمترین مناطق و سایت های زمین شناسی که می توان از آنها به منظور ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن استفاده نمود عبارتند از:
i. اکیو فرها یا سفره های آبی
ii. مخازن نفت و گاز تخلیه شده
در شکل شماره (۱) انواع مکان های ذخیره سازی زیرزمینی نشان داده شده است. با وجود آنکه از میان این سایت ها، اکیو فرهای آب شور و عمیق معمولاً بزرگترین پتانسیل ذخیره سازی بCO را در محیط زمین شناسی دارند اما با توجه به اینکه مخازن نفت و گاز تخلیه شده دارای مزایای مفیدی در این زمینه هستند، امروزه سعی بر استفاده از این مناطق جهت ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن بیشتر است. برخی از مهمترین ویژگی های مخازن نفت و گاز تخلیه شده عبارتند از: ح2 از آنجایی که این مخازن جهت اکتشاف و به منظور استخراج و استحصال نفت و گاز از نظر زمین شناسی به طور کامل مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته اند، اطلاعات بسیار مفید و قابل قبولی از آنها در دسترس می باشد. ح« هنگام تولید از یک چاه در یک مخزن هیدروکربوری ، تمامی تجهیزات مورد نیاز جهت بهره برداری از این چاه از جمله خطوط لوله ، تسهیلات سر چاهی ، امکانات افزایش فشار و ... در سر چاه وجود خواهند داشت که به راحتی می توان به منظور ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن در مخازن تخلیه شده نفت و گاز از آنها استفاده نمود. ح2 چنانچه مخزن هیدروکربوری ما در مرحله ثالثیه ازدیاد برداشت قرار داشته باشد، تزریق همین گاز دی اکسید کربن به درون مخزن با توجه به شرایط تزریق و ویژگی های آن مخزن، می تواند موجب افزایش میزان بازیافت نفت از مخزن گردد که از نظر اقتصادی هم بسیار مفید خواهد بود [۴ .
تعیین فشار تزریق جهت ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن در مخزن و پارامترهای مؤثر بر آن تعیین بهترین فشار لازم جهت تزریق گاز دی اکسید کربن در یک مخزن به منظور ذخیره سازی آن از جمله مهمترین دغدغه های مهندسین مخازن می باشد. به عبارت دیگر در تزریق گاز دی اکسید کربن می بایستی همواره حداکثر فشار مجاز برای تزریق را در نظر گرفت زیرا در صورت عدم توجه به حدود بحرانی در فشار تزریق گاز، لطمات انسانی و اقتصادی جبران ناپذیری را متحمل خواهیم شد. به طور طبیعی چنانچه بخواهیم گاز دی اکسید کربن را به درون مخزن نفتی که در حال تولید می باشد تزریق نماییم ، فشار اولیه و طبیعی مخزن به عنوان اولین فشار تزریقی مناسب جهت تزریق گاز در نظر گرفته می شود. این در حالی است که با تولید از یک مخزن هیدروکربوری و ایجاد افت در فشار طبیعی مخزن، فشار تزریق گاز دی اکسید کربن نیز کاهش یافته تا رفته رفته فشار تزریق به فشار مطمئن جهت تزریق این گاز نزدیک شود. البته در این میان بایستی به پارامترهای دیگری نظیر کشش بین سطحی سیستم مورد نظر نیز توجه نمود. به عبارتی در ابتدا فرض می کنیم که پوش سنگ مخزن سالم است و همانطور که سیالات هیدروکربنی را در خود نگه داشته است، گاز دی اکسید کربن را نیز در خود نگه خواهد داشت. اما در عمل به دلیل کمتر بودن کشش بین سطحی سیستم آب شور- دی اکسید کربن نسبت به سیستم آب شور - هیدروکربن ، فشار انسدادی هیدروکربن کمتر از فشار انسدادی گاز دی اکسید کربن بوده و همین عامل ممکن است باعث عبور گاز از پوش سنگ گردد. از دیگر موارد قابل توجه در انتخاب فشار تزریق گاز دی اکسید کربن، فشار شکست سنگ مخزن و یا پوش سنگ می باشد. در عمل همواره می بایستی که فشار شکست سنگ مخزن یا پوش سنگ با در نظر گرفتن یک ضریب ایمنی مناسب کمتر باشد زیرا در صورتی که فشار تزریق از این حد مجاز بیشتر گردد آنگاه در اثر تزریق گاز سنگ مخزن و یا پوش سنگ آن دچار شکستگی خواهند شد و همین امر موجب فرار گاز دی اکسید کربن از سازند مورد نظر به سازندهای بالایی می گردد. از طرفی چنانچه فشار انسداد پوش سنگ از فشار شکست آن کوچکتر باشد آنگاه بایستی فشار انسداد پوش سنگ را به عنوان حداکثر فشار مجاز تزریق در نظر بگیریم زیرا در این حالت ممکن است گاز حتی قبل از رسیدن به فشار شکست از پوش سنگ عبور نماید و به سمت سازندهای بالایی حرکت کند.
فشار شکست پوش سنگت
فشار شکست (Breakthrough Pressure) اختلاف فشاری است که از فشار موئینگی مجموعه فضاهای خالی به هم مرتبط پوش سنگ، بیشتر بوده و در نتیجهٔ این اختلاف فشار، فاز غیر ترکننده از میان فضاهای خالی موجود در پوش سنگ شروع به جریان می نماید. بنابراین می توان فشار شکست پوش سنگ را به راحتی و با استفاده از فشار موئینگی محاسبه نمود.
به طور کلی فشار موئینگی در دهانه فضاهای خالی به صورت زیر تعریف می شود ۵}:
در رابطه فوق:
0 = کشش بین سطحی میان فاز غیر ترکننده و فاز ترکننده می باشد و به طور معمول در مخازن نفتی هنگامی که سیالات آب، نفت و گاز در مجاورت هم قرار می گیرند، سیالات نفت و گاز به عنوان فازهای غیر ترکننده و سیال آب به عنوان فاز ترکننده مطرح می شوند. , 1 = شعاع در دهانه فضای خالی 6 = زاویه تماس (زاویه بین خط مماس دو مرز گاز-مایع و جامد-مایع) بنابراین مطابق معادله بالا، فشار موئینگی به همراه فشار شکست برای بزرگترین فضاهای خالی به هم مرتبط، به زاویه تماس و کشش بین سطحی بستگی دارد.
ظرفیت انسداد پوش سنگک برای گاز دی اکسید کربن و مشکلات موجود ظرفیت انسداد پوش سنگ به بزرگی فشار شکست و یا
