بخشی از مقاله
برنامه ريزي استراتژيک براي مديريت مخازن نفت و گاز ايران
مقدمه
ايران داراي يکي از بزرگ ترين ذخاير « نفت در جا »1 در دنياست که حجم اوليه آن بيش از 450 ميليارد بشکه تخمين زده مي¬شود. از اين مقدار حدود 400 ميليارد بشکه در مخزن « شکاف دار»2 و بقيه آن در مخازن « تک تخلخلي »3 قراردارند.
از اين مجموعه بيش از 91 ميليارد بشکه نفت خام يعني بيش از 20 درصد قابل برداشت است. به علاوه بايد توجه داشت که متوسط بازيافت نفت خام از مخازن شکاف دار تا حدودي کمتر از مخازن تک تخلخلي با همان خصوصيات است.
هدف اصلي اين نوشته بررسي بازيافت اقتصادي و قابل قبول نفت از اين مخازن عظيم است. اين امر نه¬ تنها به سود کشور ايران است بلکه ساير کشورهاي جهان نيز از آن منتفع مي¬شوند. براي بررسي اين موضوع کليدي لازم است هر يک از عوامل اصلي مهندسي مخازن نفت به شرح زير مطالعه شوند.
• چرا ضريب بازيافت نفت از مخازن ايران در مقايسه با نقاط ديگر جهان پايين تر است؟
• موقعيت عملي بازيافت نفت از مخازن « تک تخلخلي » و « شکاف دار» ايران چگونه است؟
• مهم ترين عوامل اقتصادي بازيافت بيشتر نفت از مخازن ايران کدام¬اند؟
• حداکثر برداشت از نفت در جا با در نظر گرفتن فرايند توليد اوليه و ثانويه به چه ميزان است؟
• چگونه مي¬توان سرمايه گذاري لازم جهت تزريق گاز مورد نياز به ميزان 20 ميليارد پاي مکعب در روز به مخازن نفتي را تامين کرد؟
براي بررسي ظرفيت¬هاي ممکن بازيافت و استحصال نفت از مخازن کشف شده موجود، مطالعه گسترده مخازن نفت و گاز کشور چه در خشکي و چه در مناطق دريايي لازم به نظر مي¬رسد.
به منظور انجام اين مطالعات به زمان، نيروي انساني متخصص و حمايتهاي مالي نيازمنديم. اين کار لزوماً بايد از طريق «مدل سازي مفهومي »4 از تمام مخازن موجود کشور انجام گيرد. با انجام اين روش مي¬توان کليه مخازن نفت و گاز کشور را طي دوره زماني قابل قبول و با هزينه معقول مطالعه نمود، و اين در حالي است که از کيفيت کار نيز کاسته نخواهد شد.
قبل ورود به مباحث اصلي، بهتر از به طور اجمال فرق¬هاي اساسي بين مخازن شکاف¬دار و تک تخلخلي را بيان کنيم. تفاوتهاي اصلي مخازن نفتي شکاف¬دار و تک تخلخلي به شرح زير خلاصه مي¬شود:
تعريف مخزن شکاف دار
مخزن شکاف دار مخزني است که در ساختار آن شکستگي يا ترک وجود داشته باشد ضمن آن که اين شکاف¬ها شبکه¬اي را ايجاد کنند. اين شبکه مي¬تواند تمام يا بخشي از مخزن نفت را شامل شود. در ساختار اين شبکه هر يک از سيال¬ها مي-توانند درون شبکه شکاف¬ها از هر نقطه به نقطه ديگر جريان يابند. مثال¬هاي بارز مخازن شکاف-دار در ايران به مفهوم کامل آن، مخازن نفتي هفتکل، گچساران و آغاجاري است. مخازن کرکوک در عراق و « کان ترل»5 در مکزيک از نمونه¬هاي ديگر اين مخازن به شمار مي¬روند. نمونه¬هاي مخازن شکاف دار غير کامل، مخازن بي بي حکميه، بينک، مارون و اهواز است. به بيان ديگر، در مخازن مذکور وجود شبکه¬ شکستگي¬هاي نامنظم در مخزن، کل ساختار مخزن را شامل نمي-شود.
مخازن شکاف دار، مرکب از سنگهاي شکسته با فضاهاي کوچک خالي بين آنها است و اين شکستگي-ها به صورت منظم و غيرمنظم تشکيل شده¬اند. در اين گونه مخازن « حفره¬ها »6 و حتي غارهاي بزرگ مي¬تواند نيز وجود داشته باشد. فواصل شکاف¬هاي افقي معمولاً از مواد غير قابل نفوذ پر شده¬اند، در حالي که فواصل شکاف¬هاي عمودي غالباً خالي هستند. بنابراين چنين مخازني داراي دو گونه بريدگي است: يکي شکافها يا شکستگي¬هاي باز
و توخالي و ديگري لايه¬هاي افقي نازک غير قابل نفوذ.
« بلوک¬هاي ماتريسي»7 بر حسب فاصله بين دو گسستگي تعريف مي
¬شوند. اين گسستگي¬ها مي¬توانند فاصله بين دو لايه قابل نفوذ يا دو لايه غير قابل نفوذ افقي و يا فاصله بين دو لايه قابل نفوذ و غير قابل نفوذ باشند.
فرايند جا به جايي نفت با گاز يا با آب تحت « ريزش ثقلي»8
جا به جايي نفت چه در مخازن تک تخلخلي و چه در مخازن شکاف دار شبيه يکديگر است9، هر چند که مکانيسم تزريق گاز يا آب در هر يک از اين دو نوع مخزن با يکديگر متفاوت است. به بيان ديگر، در مخازن شکاف¬دار به علت نفوذ¬پذيري کم سنگ مخزن، بخشي از گاز يا آب تزريقي وارد سنگ مخزن شده و بقيه گاز يا آب تزريقي به ناچار از طريق شکافها سنگ¬هاي با نفوذ¬پذيري کم را دور مي¬زند، در حالي که در مخازن تک تخلخلي، سيال تزريق شده از خلل و فرج به هم پيوسته عبور مي¬کند.
به هر حال جريان سيال تزريقي چه در مخازن تک تخلخلي و چه در مخازن شکاف¬دار از قوانين خاص خود تبعيت مي¬کند، ولي سازوکار حاصل در هر دو حالت تقريباً يکسان است.
وجود شکستگي¬هاي موجود در مخازن شکاف¬دار در مقايسه با مخازن تک تخلخلي داراي ويژگيهاي زير است:
الف ـ فرايند « ريزش ثقلي» و در مخازن شکاف-دار در مقايسه با مخازن تک تخلخلي سرعت نسبي بالاتري دارد. دليل اين امر آن است که نفوذپزيري بسيار پايين تر سنگ مخزن در مقايسه با نفوذپذيري شکافها موجب مي¬شود که سطح گاز و نفت در شکافها پايين تر از سطح آب و گاز در بلوک¬هاي ماتريسي نفتي قرار گيرد. به ترتيبي مشابه مي¬توان گفت که سطح آب و نفت در شکافها از سطح آب و نفت در بلوکهاي ماتريسي بالاتر است.
بر طبق آزمايشهاي انجام شده در مخازن تک تخلخلي با نفوذپذيري مثلاً يک ميلي دارسي، جريان « ريزش ثقلي» به زمان بسيار طولاني تري در مقايسه با مخازن شکاف¬دار با همان نفوذپذيري نياز دارد.
ب ـ در سيستم مخازن شکافدار، نفت توليد شده از سنگ مخزن، در فاصله¬هاي دورتري از « چاه-هاي توليدي » به دست مي¬آيد. لذا به دليل بهره¬وري بالا در مخازن شکاف¬دار، فاصله چاه¬هاي توليدي از يکديگر به مراتب بيش از فواصل چاه
¬هاي تک تخلخلي در نظر گرفته مي¬شود.
ج ـ وجود شکافها، به تفکيک گاز يا آب از نفت کمک مي¬کند. اين امر باعث مي¬شود که ميزان گاز اضافي يا آب اضافي قابل توليد در ستون نفت، کمتر شده و بدين ترتيب انرژي مخزن با بازدهي بيشتري حفظ مي¬شود.
د ـ فرايند « همرفت حرارتي »10 در مخازن شکاف-دار موجب ايجاد نفت اشباع نشده در ستون نفتي مي¬شود، حتي هنگامي که فشار مخزن به پايين تر از نقط
ه اشباع برسد. اين فرايند را اطلاحاً « کاهش فشار نقطه اشباع »11 مي¬نامند. در نتيجه تا وقتي که عملاً گازي در مخزن تزريق نمي¬شود، آثار ريزش ثقلي افزايش مي¬يابد؛ در غير اين صورت گاز ايجاد شده در درون سنگ، نفوذپذيري سنگ را کاهش مي¬دهد.
ه ـ وجود شکاف¬ها باعث يکنواخت تر شدن فشار آب يا گاز يا نفت
در مخازن شکاف¬دار مي¬شود، لذا سطوح آب و نفت يا گاز و نفت يکنواخت تر خواهد شد.
و ـ فرايند اشاعه « گاز در گاز »12 يا « نفت در نفت »13 و يا « گاز در نفت»14 موجب به تعادل رسيدن ترموديناميکي هر چه سريع تر سيالات موجود در مخزن مي¬شود. به همين دليل است که در جريان شبيه سازي اين مخازن، فرايندهاي «همرفت ـ اشاعه »15 را نمي¬توان ناديده گرفت.
با توجه به مزيت¬هاي فوق، مخازن شکاف¬دار با نفوذپذيري کم را مي¬توان از نظر تجاري، با سرعت زياد و هزينه¬ها ي نسبتاً پايين تر از مخازن تک تخلخلي با همان مشخصات تخليه کرد.
مخازن شکاف¬دار داراي معايب زير نيز هستند:
الف ـ وجود گسستگي ¬هاي افقي باز يا بسته، تاثير فرايند ريزش ثقلي بين گاز و نفت يا نفت و آب را در مقايسه با مخازن تک تخلخلي کاهش مي¬دهد.
اين امر در مقايسه با مخازن تک تخلخلي نشان مي¬دهد که بازيافت نفت با يک ضخامت نفتي مساوي از يک بلوک نفتي در مخزن شکاف¬دار بازيافتي کمتر از مخازن تک تخلخلي پيوسته دارد. اين امر به دليل وجود « ارتفاع ناحيه نگهدارنده »16 و « خصوصيت موئينگي سنگ مخزن»17 است. در واقع در مخازن شکاف¬دار، ضخامت کل سنگ مخزن در جهت عمودي به قطعات يا بلوکهاي جدا از هم تقسيم مي¬شود و اين بلوک¬ها به طور مشابه با خصوصياتي متفاوت تکرا مي-شوند. در صورتي که در مخازن تک تخلخلي در وضعيت فوق اين گونه قطعات جدا از هم وجود ندارد. لذا ميزان نفت غير قابل استحصال در مخان تک تخلخلي بيش از مخازن شکافدار بوده و در حاليکه سرعت استحصال نفت در مخازن شکاف-دار نسبت به مخازن تک تخلخلي در شرايط مساوي بالاتر است.
بعضي از افراد به دليل عدم شناخت مکانيسم بازيافت نفت در مخازن شکاف¬دار استنباط نادرستي دارند. و تصور مي¬کنند که در مخازن شکاف¬دار همواره يک فشار « موئينگي پيوسته»18 درون بافتي وجود دارد. توليد از مخازن شکاف-دار در کشورهاي مختلف نشان مي¬دهد که در بهره-برداري دراز مدت از آنها، فرايند « موئينگي پيوسته » در اين گونه مخازن قابل توجه نيست؛ براي مثال، اگر فشار موئينگي درون بافتي پيوسته¬اي در ميادين هفتکل يا آغاجاري وجود مي¬داشت ميزان بازيافت نفت از آنها به وسيله گاز به 60 درصد مي¬رسيد، در حالي که ضريب بازيافت نفت در ميدان هفتکل در بخش گازي آن به حدود 28 درصد و در آغاجاري به 35 درصد مي-رسد.
ب ـ کاربرد روش امتزاجي جهت بالا بردن ضريب بازيافت نفت در مخازن شکاف¬دار، مستلزم استفاده از حجم زيادي کندانسه است که اين امر از نظر اقتصادي توجيه پذير نيست.
بنابراين نتيجه مي¬گيريم که فرايند جا به جايي نفت از طريق گاز يا آب در مخازن شکاف-دار و تک تخلخلي مشابه يکديگر است، با اين تفاوت که بازيافت نفت در مخازن شکاف¬دار به دليل شکستگي سنگ مخزن و کوتاه شدن ارتفاع بلوک¬هاي ماتريسي کمتر از مخازن تک تخلخلي است.
1. چرا ضريب بازيافت نفت از مخازن ايران در مقايسه با نقاط ديگرجهان پايين تر است؟
قبل از ورود به اين بحث لازم است مکانيسم¬هاي جا به جايي نفت را به دو روش زير مورد بررسي قرار دهيم.
الف ـ « جا به جايي نفت به طرف جلو»19 يا به عبارت بهتر « جا به جايي با استفاده از فشار»20
ب ـ جا به جايي از طريق « ريزش ثقلي» يا به عبارت بهتر « جا به جايي به صورت طبيعي »21
که بر اثر اختلاف وزن مخصوص بين مايع تزريقي و نفت ايجاد مي
¬شود. اين فرايند در يک سيستم متخلخل مرتفع به صورت فيزيکي اندازه¬گيري شده22، و به لحاظ نظري نيز مشخص شده است23 که اختلاف فاحشي بين بازيافت نفت در دو روش فوق الذکر وجود دارد. بازيافت نفت با روش کندتر « ريزش ثقلي» از بازيافت نفت با روش سريع « جا به جايي رو به جلو» بيشتر است.
اما در اوايل دوره توليد، روش بازيافت نفت از طريق جا به جايي س
ريع رو به جلو از روش جريان نفت از طريق ريزش ثقلي، عملکرد بهتري دارد. بر اساس ميزان تزريق، بازيافت نفت از طريق ريزش ثقلي مي¬تواند تا دو برابر روش جا به جايي رو به جلو يا « استفاده از فشار» باشد24.
از مجموعه بررسي¬ها چنين بر مي¬آيد که باز يافت نفت در مخازن تک تخلخلي اصولاً تابعي است از نفوذپذيري سنگ مخزن، سرعت جا به جايي، فشار موئينگي و ميزان « سيال دوستي»25 سنگ مخزن. در صورتي که ساير عوامل فوق ثابت فرض شوند، ميزان نفت اشباع شده باقيمانده تابعي از سرعت جا به جايي نفت خواهد بود. در اين صورت در حالت جا به جايي از طريق ريزش ثقلي، ميزان نفت باقي مانده کمتر و در حالت جا به جايي با فشار يا رو به جلو، ميزان نفت باقي مانده بيشتر خواهد بود.
قابل ذکر است که در مخازن شکاف¬دار، شکستگي¬ها به مثابه محدود يا اضلاع بلوکها عمل مي¬کند و به همين دليل فرايند جا به جايي رو به جلوي نفت در چنين سيستمي به جز در حوزه¬هاي خيلي نزديک به چاه¬هاي تزريقي کارامد نيست.
فرايند سريع جا به جايي نفت به طرف جلو، همرا با فشار موئينگي چندان قابل توجه نيست، زيرا نيروهاي « گرانروي»26 در حال حرکت از نيروهاي ناشي از فشار موئينگي بيشتر است. اين در حالي است که در فرآيند جا به جايي بر اساس ريزش ثقلي، به علت آهسته بودن جا به جايي، فشار موئينگي نقش بارزي در نگهداري نفت در بلوکها ايفا مي¬کند. از طرف ديگر، سرعت بالاي تزريق در سيستم تک تخلخلي موجب مي-شود که سيال تزريقي از بخش مياني خلل و فرج-هاي کوچک عبور نموده و لذا نفت قابل ملاحظه¬اي بر جاي مي¬گذارد.
براي مقايسه عوامل کاهش بازيافت نفت ازمخازن ايران با مخازني که داراي بازيافت بالاتري هستند لزوماً بايد اين مخازن را تحت شرايط يکسان مقايسه کرد. به عبارت ديگر، ناچاريم پرتقال را با پرتقال و سيب را با سيب مقايسه کنيم، نه اينکه سيب را با پرتقال.
به عنوان مثال ما نمي¬توانيم ميدان نفتي «لالي»27 ايران را با 10 درصد باز يافت با مخزن «ليک ويو»28واقع در امريکا با77 در صد بازيافت مقايسه کنيم. مخزن لالي مخزني سنگ آهکي شکاف دار با ميانگين نفوذ پذيري 1/0 ميلي دارسي با فشار موئينگي بالا و عمدتاً «نفت دوست»29 است، در صورتي که مخزن ليک ويو30 مخزني تک تخلخلي از جنس س
نگ ماسه¬اي با نفوذپذيري 2000 ميلي دارسي و با فشار موئينگي بسيار پايين و «آب دوست»31 است. اگر مخزن لالي در امريکا کشف و از آن بهره¬برداري در بهره¬برداري، اين ميدان را بسيار کمتر از آنچه که مي-توانست توليد کند به اتمام ميرساندند.
مثال مناسب ديگر مقايسه مخزن شکاف دار «اسپرا¬بري»32 در امريکا با ميانگين نفوذ پذيري 1/0 ميلي دارسي با ميدان نفتي هفتکل در ايران است.اين دوميدان داراي نفوذ پذيري تقريباً يکسان هستند، اما ميزان نسبي توليد روزانه از ميدان نسبي هفتکل به مراتب پايين تر از ميدان اسپرابري در ابتداي بهره¬برداري مي¬باشد.
ضريب بازيافت نفت به صورت طبيعي در هفتکل حدود 22 درصد است در صورتي که ضريب باز يافت طبيعي نفت در ميدان اسپرابري کمتر از 8 درصد بوده است، ولي آنها بيش از 3000 حلقه چاه در ايران حفر کردند، در حالي که ميزان نفت در جا در اين ميدان 2 ميليارد بشکه و ميزان نفت در جا در ميدان هفتکل حدود 7 ميليارد بشکه است و حال آنکه تنها حدود 40 حلقه چاه در آن حفر شده است. پس از يک دوره کوتاه برداشت نفت به صورت طبيعي از ميدان اسپرابري، براي مدت طولاني آب و متعاقب آن براي مدت کوتاهي co2 تزريق شد، در نتيجه کل بازيافت نفت از مخزن فوق تا کنون حدود 12 درصد بوده است.
در صورتي که فشار ميدان نفتي هفتکل را به حد اوليه آن در تاج مخزن يعني PSI 1420 33 رسانده شود، ضريب بازيافت نفت اين مخزن به بيش از 27 درصد مي¬رسد. از سوي ديگر اگر مي¬توانستيم فشار مخزن هفتکل را به حد اوليه فشار مخزن اسپرابري يعني معادل PSI2250 افزايش دهيم، ضريب بازيافت نفت مخزن فوق به حدود 35 درصد مي¬توانست برسد.
تفاوت اصلي بازيافت نفت در ميدان هفتکل و اسپرابري نشان دهنده آن است که ميدان هفتکل اولاً با سرمايه¬گذاري بسيار پايين تر به نحو بهتر و صحيح تري بهره¬برداري شده است و ثانياً تخليه سريع از مخازن شکاف¬دار، همواره افت شديدي در بازيافت نفت به دنبال دارد.
نمونه¬هاي بالا نشانگر آن است که مخازن ايران با حداکثر ضريب بازدهي، تحت شرايط تخليه طبيعي قرار داشته¬اند و نبايد آنها را با مخازني که از ويژگي¬هاي ديگري برخوردارند مقايسه کرد. در حقيقت ضريب بازيافت نفت در مخازن مشابه در کشور امريکا يا هر جاي ديگر، فاصله بسيار زيادي با ضريب بازيافت نفت در ايران دارد، چنان که به نمونه¬اي از آن در مورد هفتکل اشاره شد. بنابراين ضريب بازيافت نفت در ايران را نبايد با هيچ جاي ديگر جهان که داراي خصوصيات مخزني متفاوت و داراي طبيعت توليدي خاص خود است و يا از ويژگي¬هاي ديگري برخوردارند مقايسه کرد.
با وجود اين، در مطالعه تطبيقي ضرايب نفت از مخازن شکاف¬دار ايران با مخازن مشابه در ساير نقاط جهان بايد به موارد زير توجه کرد.
الف ـ کشورهايي که داراي مخازن شکاف¬دار از جنس سنگ آهک هستند ( مشابه آن چه در ايران وجود دارد ) غالباً در تملک شرکتهاي دولتي است، مانند کشورهاي مکزيک، عراق، عمان، ليبي و سوريه. اين کشورها اطلاعات کافي در مورد ذخاير نفتي خود منتشر نمي¬کنند، به ويژه در مورد ضريب بازيافت نفت از آنها.
ب ـ مخازن نفت کشورهاي فوق عموماً شکاف دار است، اما براي مثال مخازن نفتي کشور مکزيک غالباً داراي فشار بسيار بالاتري از « فشار نقطه اشباع»34 است و بخش عمده¬اي از بازيافت نفت ناشي از جريان انبساط سيال در سنگ مخزن است سيال بسيار کمتري برخوردارند.
بنابراين براي مقايسه ضرايب بازيافت نفت از مخازن مکزيک با مخازن ايران در شرايط تقريباً يکسان، بايد ميزان بازيافت نفت را از فشار نقطه اشباع تا پايان طول عمر مخزن محاسبه و مقايسه کرد.
ج ـ بعضي از مخازن کشورهاي فوق الذکر، حاوي غارهاي بزرگ است مانند ميدان نفتي کرکوک در عراق35 و يا قوار در عربستان و بعضي ديگر حاوي «حفره¬هاي کوچک»36 مانند بسياري از ذخاير نفتي مکزيک. ضريب بازيافت نفت از اين مخازن به دليل وجود غارهاي بزرگ نفتي يا حوزه¬ها به مراتب بيش از ذخاير مشابه آن در ايران است.
د ـ حدود 15 مخزن شکاف¬دار در قسمت شمال شرقي سوريه وجود دارد که داراي نفت تقريباً سنگين و فشار کم است. اين مخازن به وسيله متخصصين شوروي سابق و بدون تجربه کافي مورد بهره-برداري قرار گرفته بود. ميزان بازدهي اين مخازن کمتر 16 درصد گزارش شده است که نسبت به موارد مشابه آن در ايران پايين تر است.
ه ـ در بسياري از نشريات نفتي به ميزان « توليد ـ فشار» مخازن مختلف اشاره مي¬شود، ولي هيچ گاه از بازيافت نهايي دراين مخازن ذکري به ميان نمي¬آيد. اين گونه نشريات معمولاً به ميزان نفتي که در مدت زماني معين استخراج مي-شود تکيه مي¬کنند، بنابراين مرجع هستند و کافي در زمينه مقايسه مخازن وجود ندارد.
از توضيحات بالا پيچيدگي مسئله تا حدودي روشن مي¬شود. به هر حال بر اساس اطلاعات منتشر شده موجود در مورد مخازني که تا حدودي مشابه مخازن ايران هستند مي¬توانيم از روش¬هاي درجه بندي استفاده کنيم تا تخمين بهتري از ضريب بازيافت به دست آورديم. در ذيل به چند نمونه ديگر از اين موارد اشاره مي¬کنيم.
1-1. ميدان نفتي فهود ( عمان )37
اين ميدان از جنس سنگ آهک با فشار کم و داراي نفت سبک است، شبيه آن چه در هفتکل وجود دارد. فرق اصلي اين دو مخزن، ارتفاع بلوکهاي آنها و نفوذپذيري سنگ مخزن است. در مخزن هفتکل ارتفاع بلوکهاي ماتريسي حدود 10 پا نفوذپذيري 2/0 ميلي دارسي است، در حاليکه در ميدان نفتي فهود ار تفاع بلوکها بيش از 200 فوت و نفوذپذيري حدود 10 ميلي دارسي است. ميزان نفت اشباع باقيمانده در بخش گازي سنگ مخزن که به وسيله روش « نمودارگيري خاص»38 اندازه¬گيري شده در چاه¬هاي ميدان نفتي فهود، حدود 40 درصد و در ميدان هفتکل حدود 70 درصد است.
دليل اين اختلاف زياد، اختلاف بين اندازه بلوکها و شاخص منحني فشار موئينگي است که چندين سال قبل از اندازه¬گيري¬هاي ميدان نفتي فهود براي مخزن هفتکل ترسيم شده بود. شاخص فشار موئينگي اين دو ميدان کاملاً مشابه و هر دو داراي Sorg 39 حدود 40 درصد است.
با وجودي که در ميدان هفتکل، ميزان نفوذپذيري حدود 50 بار کمتر از ميدان فهود است، عملکرد هر دو ميدان رفتار مشابهي را نشان مي¬دهند، در حالي که اين عملکرد بايد تا حدودي کمتر از ميدان فهود باشد. دليل عمده اين امر آن است که نفت توليدي از ميدان هفتکل با سرعت کمتري از ميدان فهود صورت گرفته است.
از سال 1972 تا 1987 در ميدان نفتي فهود، توليد نفت همراه با تزريق آب انجام مي¬گرفته است. اين آب تزريقي در بازيافت نفت از سنگ مخزن ، تأ
ثير بسيار کمي داشته و بخش زيادي از آب تزريقي از چاههاي مجاور استخراج شده است. از اين رو تزريق آب به درون چاههاي اين ميدان پس از 15 سال متوقف شده است40 .
2-1. ميدان نفتي «ا¬¬¬بکتون» (مکزيک)41
اين ميدان نفتي شکاف دار از نوع سنگ آهکي با
بافت حفرهاي است و سنگ مخزن آن نفوذپذيري بالاتري به سنگ مخزن ميدان هفتکل دارد. ميذان ذخيره نفت در هر دو مخزن مشابه است. سنگ مخزن اين ميدان از نوع نفت دوست بوده و ميزان ذخيره نفت آن هم نزديک به ميدان هفتکل است.
نفت توليدي از ميدان ابتکون تحت فشار زياد آب و عمدتاً از لايه¬هاي بالايي مخزن به دست مي-آيد. ضريب باز يافت نفت از سنگ مخزن حدود 20 در صد تخمين زده مي¬شود. باز يافت نفت از حفره¬هاي درون اين بلوکها که داراي نفوذ -پذيري کمي هستند حاصل مي¬شود.
به نظر ميرسد در اين ميدان تخلخل حفره¬هاي داخل بلوکهاي ماتريسي حدود 5 در صد تخلخل سنگ مخزن باشد، لذا با توجه به بازدهي تقريباً کامل جابه¬جايي نفت درون حفره¬ها، متوسط جابه¬جايي نفت موجود در بلوکهاي ماتريسي حدود 8/15 درصد محاسبه شده است.اين ميزان کمي کمتر از راندمان 17 درصدي است که براي مخزن هفتکل در نظر گرفته شده است. در نتيجه ميزان بازيافت نفت از طريق آب در مخرن هفتکل کمي بيش از مخزن ا¬بکتون است. علت اين امر، سرعت بهره¬برداري از مخزن هفتکل است که به مراتب آهسته تر از مخزن ا¬بتکون بوده است.
3-1. ميدان نفتي «اسپرابري» (امريکا)42
ميدان نفتي اسپرابري، ميدانPSI 2250 43 و ميانگين نفوذ¬پذيري ماتريس حدود 1/0 ميلي دارسي يعني نزديک به نفوذ¬پذيري مخزن هفتکل با نفوذ¬پذيري 2/0 ميلي دارسي است.
بهره¬برداري از ميدان اسپرابري به وسيله دست اندر¬کاران مختلفي صورت گرفت. آنها قصد داشتند تا جايي که ممکن ايت هر چه سريع تر از اين مخزن بهره برداري کنند، با اميد به اينکه ميزان بازيافت نفت آن از ميدان نفتي هفتکل بيشتر باشد.
در خلال سه سال از شروع بهره¬برداري، نزديک به3000 چاه در اين ميدان حفر شد ولي حدود 7 درصد نفت در جاي مخزن استخراج شد، زيرا متعاقب آن در مدت کوتاهي فشار مخزن به حدود PSI 500 کاهش يافت. از آن پس آب به مخزن تزريق شد ولي اين امر با بازيافت نفت بسيار کم همراه بود. سپس گاز CO2 به مخزن تزريق کردند، اما باز هم بازيافت نفت ناچيز بود.علي¬رغم تمام کوششهايي که تا کنون به عمل آمده است جمع نفت بازيافتي از اين مخزن حدود 12 درصد مي¬باشد. در حالي که مخزن هفتکل با فشار اوليه PSI1420 با حجم نفت در جاي سه برابر ميدان اسپرا¬بري، با حدود 40 حلقه چاه، تخليه شده است. ضريب بازيافت طبيعي اين ميدان حدود 22 در صد بالغ مي¬شود. پس از تزريق گاز در سال 1976 اکنون تخمين زده مي¬شود که ضريب بازيافت نهايي نفت از ميدان هفتکل به حدود 28 درصد افزايش خواهد يافت. اگر فشار مخزن هفتکل ميتوانست به حد فشار مخزن اسپرابري يعني PSI2250 برسد، ميزان بازيافت نفت از آن تا حدود 35 در صد افزايش مي¬يافت.
دليل اصلي چنين اختلاف زيادي در بازيافت نفت، استفاده کامل از فرآيند ريزش ثقلي و سرعت پايين توليد از مخزن بوده است.
4-1. بررسيهاي آزمايشگاهي44
ضريب بازيافت نفت از يک قطعه سنگ آهک 160 سانتيمتري با نفوذ¬پذيري يک ميلي دارسي، تحت فشار و حرارت مخزن، همراه با فشارهاي مختلف تزريق گاز نشان داد که حداقل ضريب بازيافت نفت بين 60 تا 70 درصد است، يعني غالباً ميزان نفت اشباع باقيمانده در يک نمونه سنگ آهک نفت دوست، بين 30 تا40 درصد تغيير مي¬کند.
اين يک تجربه منحصر به فرد آزمايشگاهي است که از يک سنگ مخزن نفت دوست، با نفوذ¬پذيري بسيار پايين صورت گرفته است. نتيجه اين آزمايش تأييد مي¬¬کند که ميزان نفت اشباع شده باقيمانده در ميدانهاي هفتکل و آغا¬جاري متناسب با ارتفاع بلوکهاي سنگ آهک و فشار موئينگي آنهاست.
به طور کلي مي¬توان نتيجه گيري کرد که ظريب بازيافت نفت از بلوکهاي ماتريسي مخازن شکافدار ايران با نفوذپذيري بسيار کم و تحت تأثير جريان ريزش ثقلي، بسيار بالاتر از نفت توليدي از مخازن مشابه آن در کشورهاي ديگر است.
2. مناسب¬ترين فرآيند بازيافت نفت از مخازنهاي مختلف مورد استفاده موجود در اين زمينه را بشناسيم بلکه بايد گزارشهاي تهيه شده و مطالعات انجام شده در مورد ميدانهاي مختلف نفتي و همچنين مطالعات آزمايشگاهي براي اندازه گيري ميزان نفت اشباع باقيمانده از نمونه¬گيريهاي مختلف را نيز مورد برسي قرار دهيم. به عبارت ديگر:
الف ـ تحقيق و ارزيابي مخازن جهان که بهترين توليد نفت را بر اثر تزريق گاز يا آب يا هر سيال ديگر داشته¬اند.
ب ـ مطالعات آزمايشگاهي درباره ميزان نفت اشباع باقيمانده بر اثر جابجايي آب يا گاز يا هر سيال ديگر و ارزيابي آنها.
در اين زمينه در سال 1989 يک پروژه آزمايشگاهي توسط «موسسه نفت فرانسه»I.F.P 45آغاز شد. اساس اين کار آزمايشگاهي بر مبناي مشاهدات عيني از باز¬يافت نفت از چندين مخزن نفتي، همراه با تزريق آب يا گاز در آنها بود. بافت سنگ اين مخازن تقريباً يکنواخت و توليد نفت از آنها به آرامي و تحت شرايط تزريق آب از لايه¬هاي پائين يا گاز از لايه¬هاي بالايي مخزن صورت مي¬گرفت. با اين آزمايشها مشخص شد که کدام روش تزريقي بر ديگري ترجيح داد و از آن ميتوان به عنوان يک اصل در کشورهاي نفت خيز جهان استفاده کرد.
موسسه نفت فرانسه و محققان ديگر، اندازه-گيريهاي مختلف فشار موئينگي نفت را بر روي نمونه¬هاي سنگ مخزن انجام دادند. اين مطالعات در مجموع نشان داد که در مخازن تک تخلخلي آب دوست، ميزان نفت اشباع شده باقيمانده ناشي از تزريق گاز به مراتب پايين تر از ميزان نفت اشباع شده باقيمانده بر اثر تزريق آب است.
اين کشف مهم در دهم اوت سال 1999 توسط موسسه نفت فرانسه به نام سعيدي به عنوان کاشف اصلي و لانژرون46 به عنوان دستيار به ثبت رسيد ( ثبت امريکا به شماره 363، 937، 5).
1-2. تاريخچه مختصر بررسيهاي ميداني
تاريخچه مختصر بررسيهاي ميداني که منجر به کشف اين مفهوم پايه¬اي شد به شرح زير است:
1-1-2. ميدان نفتي « زلتون» ( ناصر)47
اين ميدان در دهه پنجاه ميلادي توسط شرکت « اکسان »48 در ليبي کشف شد. اين مخزن از جنس سنگ آهک با بافت تقزيباً يکسان و نفوذپذيري دو دارسي است. جنس نفت آن از نوع سبک است و توسط « آب راني» طبيعي از لايه¬هاي پايين شروع شده و از سال¬ها پيش تا کنون ادامه دارد. توليد نفت اين ميدان سا¬ل¬ها به ميزان 700 هزار بشکه در روز ادامه داشت.
در حال حاضر اين مخزن با توليد حدود 30 هزار بشکه نفت در روز همراه با بيش از يک ميليون بشکه آب بهره¬برداري مي¬شود. ميزان نفت توليد شده از اين ميدان حدود 52 درصد نفت در جاي اوليه آن است. اين مخزن به عنوان نمونه¬اي بارز در جا به جايي نفت توسط آب محسوب مي¬شود و همه شرايط مناسب را براي جا به جايي کامل آب با نفت داراست. حداکثر ضريب بازيافت نفت از اين مخزن حدود 55 درصد با بهره¬برداري 99 درصد آب و يک درصد نفت پيش بيني مي¬شود که بالاترين رقم ممکن جا به جايي آب با نفت است.
2-1-2. ميدان نفتي « قوار »49
اين ميدان به عنوان بزرگ ترين ميدان نفتي جهان توسط شرکت « آرامکو»50 در عربستان کشف شد. طول اين ميدان 250 کيلومتر از سنگ آهک با نفوذپذيري حدود يک دارسي در قسمت شمالي ميدان و حدود 100 ميلي دارسي در قسمت جنوبي آن است.
اکنون توليد نفت از اين ميدان، تحت فشار ثابت حدود PSI 4000 به کمک تزريق روزانه 5 ميليون بشکه آ ب از بخش پايين مخزن به طرزي دقيق طراحي شده است.
حداکثر بازيافت نفت از اين ميدان عظيم، با نفوذپذيري بسيار عالي، بين 50 تا 55 درصد است. البته بايد توجه داشت که وجود کانال-هايي عريض و مرتفع در بخشي از اين مخزن 51 با ضريب بازيافت 100 درصد، در بالا بردن ضريب بازيافت اين ميدان موثر است.
3-1-2. ميدان نفتي « انتظار»52
اين ميدان توسط شرکت « اکسيدنتال»53 در دهه شصت ميلادي در ليبي کشف شد. سنگ مخزن اين ميدان از نوع سنگ آهکي با درجه نفوذپذيري حدود 200 ميلي دارسي است که حاوي نفت سبک است و به وسيله «آب راني» طبيعي
مخزن، نفت توليد مي¬شود. از سال 1980 تا چند سال پيش روزانه 100 ميليون پاي مکعب گاز به اين ميدان تزريق مي¬شد54. مطالعات انجام شده بر روي اين مخازن نشان مي¬دهد که ميزان بازيافت نفت از بخش آب رساني مخزن حدود 50 تا 55 و ميزان بازيافت نفت از بخش گازي آن حدود 70 تا 75 درصد مي¬باشد. به عبارت ديگر ميزان بازيافت نفت به وسيله گاز بين 15 تا 25 درصد بيش از آب است.
4-1-2. ميدان نفتي « ليک ويو»55
اين ميدان در ايالات کاليفرنياي امريکا قرار دارد و در سال 1910 کشف شد و در سال 1934 به توليد رسيد. سنگ مخزن آن از نوع سنگ ماسه¬اي و ميزان آب اشباع اوليه آن حدود 25 درصد است. ميزان نفوذپذيري آن حدود 2 دارسي است. توليد نفت اين ميدان تحت جريان ريزش ثقلي و بدون تزريق گاز صورت گرفته است56.
فشار اوليه مخزن از حدود PSI1600 به حدود PSI 200 کاهش پيدا کرده ولي ضريب بازيافت به بيش از 77 درصد افزايش يافته است. ضريب بازيافت اين ميدان شبيه ميدان انتظار ليبي است. ميزان نفت در جاي اين مخزن حدود 60 ميليون بشکه بوده و حدود 250 حلقه چاه در آن حفر شده است و لذا ميزان نفت در جاي اين مخزن به نحو دقيقي شناخته شده است.
5-1-2. ميدان نفتي « فهود»57
اين ميدان نفتي شکاف¬دار، بخشي از حوزه عملياتي شرکت « شل» در کشور عمان است. سنگ مخزن اين ميدان از نوع آهکي است و حاوي نفت سبک است. در اين ميدان بيش از 15 سال آب تزريق مي¬شد، ولي ميزان موفقيت آن بسيار کم بود. در حقيقت حجم زيادي از آب تزريق شده، از چاه¬هاي مجاور برداشت مي¬شد. به همين دليل شرکت «شل» تزريق آب به اين ميدان نفتي را از سال 1987 متوقف کرد58. دليل عمده پايين تر بودن بازيافت نفت به وسيله گاز در اين ميدان ( حدود 60 درصد ـ در مقايسه با ميادين نفت ليک ويوي امريکا و انتظار کشور ليبي) نفت دوست بودن سنگ مخزن اين ميدان است.
6-1-2. ميدان نفتي هفتکل59
فرايند دوگانه جا به جايي با آب و گاز فرايندي جديد و منحصر به فرد بود که براي اولين بار در تاريخ صنعت نفت جهان مهندسان شرکت نفت ملي ايران در سال 1972 در ميدان نفتي هفتکل طراحي کردند و علي رغم مخالفت اوليه اعضاي کنسرسيوم، در سال 1976 به مرحله اجرا درآمد.
تا قبل از شروع تزريق گاز، ميزان توليد از اين ميدان حدود 14 هزار بشکه در روز بود. اين ميزان توليد پس از تشکيل ستون نفتي در مخزن، به 40 هزار بشکه در روز رسيد. ارتفاع ستون نفتي نيز از 130 پا، قبل از شروع تزريق گاز، به حدود 4
00 پا پس از تزريق گاز افزايش يافت. از زماني که ستون نفتي به وضعيت پايدار خود رسيد نزديک به 200 ميليون بشکه نفت تا کنون از اين ميدان نفت استخراج شده است. بازدهي نفت ناشي از تزريق گاز، بيش از 28 درصد برآورد مي¬شود.
به طور کلي ميدان نفتي هفتکل از فشار اوليه کمي ( معادل PSI 1420) برخوردار است و افزايش بازيافت نفت شامل افزايش فشار مخزن و اخ
تلاف بين ضريب بازدهي « نفت ـ گاز» و « نفت ـ آب » مي¬شود که در اثر تزريق گاز انجام گرفته است. اين فرايند دو گانه جا به جايي نفت، ابتدا با آب و سپس توسط گاز ـ که براي اولين بار در ميدان نفتي هفتکل تجربه شد ـ در ليبي، امريکا، چين، اندونزي،خاورميانه و ساير کشورهاي جهان به کار گرفته شده است.
در اين فرايند که در ميدان¬هاي نفتي « آب ر
انده شده»60 به کار گرفته شده است، گاز به مخزني که آب حجم زيادي از آن را فرا گرفته تزريق مي¬شود. با تزريق گاز و افزايش فشار مخزن، ستون نازک نفت باقي¬مانده را تا جايي که ممکن است به پايين مي¬راند و در نتيجه گاز، جايگزين آب و نفت مي¬شود. اين فرايند جا به جايي نفت مي¬شود. اين فرايند جا به جايي نفت با گاز نشان داد که بدون هيچ ترديدي گاز جانشين بهتر ي براي آب است و استفاده از آن به بازيافت نفت بيشتري منجر مي¬شود.
7-1-2. ميدان نفتي « هنديل »61
اين مخزن از جنس سنگ ماسه¬اي در فلات قاره کشور اندونزي با ميانگين نفوذپذيري يک دارسي است. توليد از اين ميدان ـ چه به صورت « آب-راني طبيعي » و چه به وسيله تزريق آب ـ تا سال 1995 ادامه داشت تا آنکه آب به نزديکي تاج مخزن رسيد. از آن زمان تا کنون ابتدا گاز و فعلاً هوا به داخل مخزن تزريق مي¬شود تا آب همرا ه با نفت را به پايين براند و نفت باقي مانده از اين طريق به دست آيد. اين اقدام، تقليدي از همان فرايند جايگزيني دوگانه که حدود 26 سال قبل در ايران به مورد اجرا گذارده شد.
اين پروژه پس از انجام تحقيقات آزمايشگاهي نشان داد62که از طريق فرايند جا به جايي دو گانه نفت توسط آب و سپس گاز، مي¬توان نفت بيشتري استحصال کرد. به همين دليل شرکت توتال بر آن شد تا سرمايه گذاري قابل ملاحظه-اي را در اين پروژه انجام دهد. در حال حاضر پس از گذشت 5 سال از شروع اين پروژه، نتايج به دست آمده در مورد اين مخزن، همان رفتاري را نشان داده است که پيش بيني مي¬شد.
بنابراين، اين اصل که تزريق گاز در مقايسه با آب در جا به جايي نفت، بهره¬وري بيشتري دارد تأييد شده است، يعني با تزريق گاز بخش قابل ملاحظه¬اي از نفت اشباع باقيمانده در سنگ مخزن را که آب نتوانسته است آن را جا به جا کند، مي¬توان توليد کرد.
8-1-2. ميدان نفتي « ابکتون »6
3
يک مخزن نفتي شکاف¬دار با « سنگ مخزن حفره-دار»64در فلات قاره مکزيک قرار دارد. مطالعه اين مخزن نشان مي¬دهد در ناحيه¬اي که آب راني داشته، ميزان بازيافت نفت حدود 20 درصد بوده است. چنانچه حفره¬هاي در تماس با بلوک¬هاي ماتريسي را در نظر نگيريم اين مقدار به 7/15 درصد کاهش خواهد يافت، که با بخش آب راني ميدان کم فشار هفتکل هم خواني دارد.
بايد اضافه کرد که ميزان بازيافت نف
ت در ميدان نفتي هفتکل از طريق آب راني حداکثر معادل 17 درصد نفت درجا است. اکنون برنامه-ريزي شده است که گاز طبيعي يا گاز ازت به اين مخزن تزريق شود تا نفت اضافي موجود در ناحيه آبي اين ميدان که آب نتوانسته آنرا جا به جا نمايد، بازيافت شود.
9-1-2. تزريق گاز به ميدان¬هاي « مايلزسيکس پول»65 و « هاوکينز»66در امريکا، «370ـ LL67» در ونزوئلا، « لانس گريک سان دانس»68« بروک هاون»69و « ويل کاکس»70 ، « هي بيگ»71 «سيدار ليک»72 و «رالي»73در امريکا و « آفين سينا»74 در ونزوئلا
از معدود ميدان¬هاي قديمي به شمار مي¬روند که در وضعيت¬هاي مختلف با تزريق گاز به جاي آب از نفت بازيافتي قابل توجهي برخوردار بوده-اند.
10-1-2. « دکسترا»75
دکسترا در مقاله¬اي تاريخچه چندين مخزن از جنس سنگ ماسه¬اي آب دوست را ذکر کرده است که با ريزش ثقلي بين گاز و نفت، ضريب بازيافتي بيش از 70 درصد داشته¬اند. اين رقم بازيافت نفت با ارقام ذکر شده پيشين مطابقت کامل دارد.
مثال¬هاي به روشني حاکي از آن است که بهترين و بالاترين بازيافت نفت به وسيله آب از 50 يا احتمالاً 55 درصد بيشتر نخواهد بود، در صورتي که بازيافت نفت به وسيله گاز به حد78 درصد نيز مي¬رسد. اين امر ثابت مي¬کند که تزريق گاز در مخازن تک تخلخلي نيز، بهترين روش براي بازيافت نفت است.
پس از فرايند موفق تزريق دوگانه در ميدان نفتي هفتکل، تا کنون چندين پروژه ديگر در سطح جهان بر اساس اين روش انجام شده است. تزريق هوا به مخازن نفتي جا به جا شده توسط آب، مانند « هورس کريک»76 در ايالات متحده امريکا و «يان لينگ»77 در چين، تزريق گاز و هوا به ميدان هنديل78در اندونزي و تزريق گاز به ميدان ابوالبخوش در ابوظبي، مثال¬هاي خوبي از اين فرايند بازيافت نفت است.
2-2. ساير تجربه¬هاي آزمايشگاهي
علاوه بر بررسي ميدان¬هاي فوق، چندين تجربه آزمايشگاهي با به کار بردن گاز، هوا و گاز ازت به عنوان مايعات جايگزين، بر روي قطعات کوتاه و بلند سنگ¬هاي ماسه¬اي انجام گرفته که نتايج بعضي از آنها به شرح زير است:
1-2-2. آزمايش« ترويلگر و همکاران»79
اين پژوهشگران، ستوني از ماسه فشرده غير همگن به ارتفاع 13 پا را با آب نمک اشباع کردند و سپس هوا را با سرعتهاي مختلف در آن تزريق نمودند. آنان ابتدا با سرعتي معادل ريزش ثقلي و سپس با افزايش سرعت تزريق، آزمايش¬هاي مختلفي را انجام دادند. اين آزمايش¬ها نشان داد که جا به جايي سيال مذکور، تابعي از سرعت تزريق است و در صورت تزريق با سرعتي معادل ريزش ثقلي بالاترين بازده به دست مي¬آيد. ضريب بازيافت مايع
75 درصد با سرعتي معادل ريزش ثقلي به 35 درصد در سرعت بسيار بالاي تزريق هوا ( روش جا به جايي به طرف جلو) کاهش پيدا کرد.
ضريب بازيافت مايع با سرعتي معادل ريزش ثقلي در اين آزمايش
ها با آنچه در مخازن نفتي به صورت فيزيکي اتفاق مي¬افتد مشابهت دارد.
2-2-2. آزمايش « دو موره»80
دوموره از چندين ستون ماسه فشرده يکدست به ارتفاع 5/1 پا ـ که با آب و نفت اشباع شده بود ـ استفاده کرد بدين ترتيب هر يک از ستون¬ها حاوي 14 درصد آب و حدود 86 درصد نفت به طور يکنواخت بودند. او سپس اين ستون را در ظرفي عمودي و تحت شرايط فشار اتمسفر قرار داد و در زمان¬هاي مختلف محتوي قطعات 5 سانتي متري از آن آزمايش کرد. نتايج نشان داد که ميزان نفت اشباع شده باقيمانده در آن قطعات، پس از حدود 300 ساعت تقريباً به صفر تنزل يافت. اين مطالعات با استفاده از دو نوع نفت که يکي از آنها بر روي آب ـ پخش81و ديگري، غير پخش بر روي آب82 بود انجام گرفت. همچنين ميزان نفت اشباع باقيمانده در حالت دوم، حدود 10 درصد بالاتر از حالت اول در همان زمان بود.
3-2-2. آزمايش¬هاي تخليه نفت با روش گرانروي توسط انستيتو نفت فرانسه83
اين آزمايش¬ها مشابه وضعيت مخزن آغاجاري طراحي شده و سه آزمايش تخليه نفت با روش گرانروي تحت دو فشار مختلف را شامل مي
¬شد. آزمايش سوم اندازه¬گيري تخليه به روش گرانروي تحت فشار PSI 1000 بود و هنگامي که اين آزمايش به نتيجه نهايي نزديک شد فشار آن به PSI3600 افزايش داده شد.
سنگ مورد استفاده در اين آزمايش¬ها داراي نفوذپذيري حدود 110 ميلي دارسي و ميزان اشباع آب آن حدود 15 درصد بود. همچنين از نفت و گاز مخزن آغاجاري در نقطه اشباع PSI1000 و فشار PSI3600 و حرارت 158 درجه فارنهايت استفاده شد. ضريب بازيافت حاصل از آزمايش فوق به ترتيب 50 درصد و 5/62 درصد براي فشارهاي PSI1000 و PSI3600 بوده است.
