بخشی از مقاله
چکیده
در تمام مطالعات جامع مخازن هیدروکربوري اولین گامی که براي تخمین نفت درجاي مخزن، شروع شبیه سازي مخزن و طرح توسعه میدان باید برداشته شود این است که بتوان به طور دقیقی توزیع ترکیب سیال را در جهات افقی و عمودي تعیین کرد. بررسی تغییر ترکیب سیالات مخزن در مخازن هیدروکربوري نشان دهنده الگوهاي متفاوتی می باشد. هدف این تحقیق، بررسی تغییر ترکیب اجزاي سیال در یک مدل هیدروکربوري شکافدار و بررسی تاثیر هر کدام از پدیده هاي نفوذ مولکولی، فشاري و دمایی و نیز پدیده همرفت طبیعی بر تغییر ترکیب اجزاي موجود در مدل می باشد. در این کار تغییر ترکیب در یک محیط متخلخل شکافدار مستطیلی دو بعدي مورد بررسی قرار گرفت.
محیط متخلخل یک سیال دوجزیی در بردارد که تحت میدان دمایی خطیِ از پیش تعیین شده قرار گرفته است. معادلات حاکم به صورت عددي حل شدند. نتایج شبیه سازي نشان داد که میزان تاثیر هر کدام از پدیده هاي نفوذ بدون حضور همرفت در تغییر ترکیب اجزاي مدل بدین صورت است که اثر نفوذ دمایی بیشتر از نفوذ فشاري و اثر نفوذ فشاري بیشتر از نفوذ مولکولی است. همچنین بخاطر نفوذپذیري بالاي شکاف ها، اندکی همرفت باعث ایجاد تغییرات عظیمی در پروفایل غلظت شده و یک سلول همرفتی پاد ساعتگرد در کل مخزن شکافدار تشکیل می شود.
.1 مقدمه
مخازن اصلی دنیا از دو گروه سنگ آهک و یا ماسه سنگ تشکیل شده اند. مخازن آهکی موجود در داخل سرزمین هاي نفتی ایران عمدتاً ترکدار هستند و این مسئله ضرورت مطالعه هر چه بیشتر این نوع مخازن را براي دانش پژوهان این مرز و بوم آشکار می سازد. اگر مطالعات وارن و روت - 1963 - [1] را به عنوان فصل جدیدي در مطالعات مخازن شکافدار به حساب آوریم، تنها بیش از نیم قرن از مطالعات نوین مخازن شکافدار می گذرد؛ قدمت مطالعات و تعداد مقالات در این زمینه به نسبت سایر مباحث نفتی، بسیار محدود به حساب می آید و به تبع آن میزان زوایا و خفایاي آن نیز بیشتر است.
علاوه بر این، به علت متفاوت بودن ماهیت فیزیکی مخازن شکافدار، مکانیزم هاي تولید در این نوع مخازن به نسبت مخازن معمولی به طور قابل ملاحظه اي متفاوت است. وجود این مکانیزم ها تفاوت هاي فاحشی را در محاسبات مهندسی، پیش بینی فرآیندها، نتایج حاصل از شبیه سازي ها و پاسخ هاي نهایی ایجاد خواهد کرد.[2] اهمیت دانستن توزیع ترکیب سیال از همان ابتداي مطالعات مخزن بر کسی پوشیده نیست. به عنوان مثال در تخمین نفت درجاي مخزن، انجام شبیه سازي ها و طرح توسعه میدان لازم است توزیع غلظت در مخزن مشخص باشد. در برخی مخازن، تغییرات اصلی در جهت افقی است. در بسیاري دیگر، تغییرات شدیدي در جهت عمودي وجود دارد.
برخی مخازن نیز وجود دارند که هیچ تغییري در ترکیب سیال در کل مخزن رخ نمی دهد. چهار مکانیزم متمایز وجود دارد که بر تغییر ترکیب در مخازن هیدروکربوري تاثیر می گذارد. - 1 - نفوذ گرمایی، - 2 - نفوذ فشاري، - 3 - نفوذ مولکولی و - 4 - همرفت طبیعی. نفوذ گرمایی تمایل یک مخلوط به جدایش تحت یک گرادیان دمایی است. نفوذ مولکولی تمایل مخلوط شدن بخاطر گرادیان غلظتی است. نفوذ فشاري جدایش از طریق گرادیان فشاري است؛ این پدیده حتی وقتی که همرفت طبیعی وجود داشته باشد، در جهت افقی قابل صرفنظر کردن است. ولی بخاطر گرادیان فشاري زیاد در جهت عمودي، در این جهت ممکن است پدیده غالب باشد.
همرفت طبیعی چرخش همرفتی است که به خاطر گرادیان چگالی به وجود می آید؛ گرادیان چگالی به دلیل گرادیان دمایی و غلظتی ایجاد می شود. در یک محیط متخلخل پدیده همرفت می تواند تاثیر قابل توجهی بر تغییر ترکیب داشته باشد.[3] مطالعات اندکی در مباحث نفوذ و همرفت طبیعی و تاثیر آنها بر توزیع غلظت در مخازن هیدروکربوري انجام شده است. این مطالعات عبارتند از کارهاي سعیدي - 1987 - [3]، ژاکیم - 1990 - [5] ، رایلی و فیروزآبادي - 1998 - [6] و غُریب - فیروزآبادي .[7] - 2001 - [4] - 2000 - سعیدي[3] نفوذ فشاري براي حالت هاي جریانی مختلف از جمله شعاعی، کروي و خطی را براي مخازن متخلخل شکافدار مورد بررسی قرار داد. وي معادلات حاکم بر هر کدام از حالات را به صورت بدون بعد حل کرده و نتایج را به صورت نمودار رسم نمود.
در بخش اعتبارسنجی در این باره بیشتر توضیح داده شده است. مطالعات ژاکیم[5] شامل گستره گوناگونی از شرایط در مخازن همگن مانند مخازن زاویه دار و حتی دوفازي می باشد. ولی او تاثیر نفوذ گرمایی را در نظر نگرفت. او از یک تحلیل اختلاط استفاده کرد که باعث می شود در معادلات حاکم تقریباتی ایجاد شود. بر اساس این مطالعه، ژاکیم[5] بیان کرد که تحت یک سري شرایط خاص، ترکیب سیال طوري آرایش خود را می چیند که از همرفت جلوگیري کند. رایلی و فیروزآبادي[6] تاثیر نفوذ گرمایی، فشاري، مولکولی و همچنین نفوذ طبیعی را بر تغییرات ترکیب در طول مقطع یک مخزن همگن با میدان دمایی خطی از پیش تعیین شده بررسی کردند.
رایلی و فیروزآبادي[6] نشان دادند که مقدار اندکی همرفت می تواند باعث افزایش گرادیان افقی غلظت تا یک مقدار بیشینه شود و سپس به نسبت عکس با نفوذپذیري کاهش یابد. کار غریب و فیروزآبادي[4] مربوط به بررسی عددي همرفت طبیعی و نفوذ در محیط هاي متخلخل شکافدار می باشد. این نوع مطالعه بر نحوه تغییر ترکیب سیال مدل شکافدار، در سال 2000 و براي اولین بار انجام شد. معادلات بقاي جرم و اجزا و قانون دارسی به همراه شرایط مرزي و شرایط تطبیق دهنده در سطح شکاف و بلوك ماتریس به صورت عددي حل شدند.
بر اساس این مطالعه مشخص شد که تغییرات ترکیب تنها به ازاي مقادیر مشخصی از دهانه شکاف مخزن اتفاق می افتد. همچنین مشخص شد که تغییر عمده ي ترکیب ناشی از شکاف هاي خارجی می باشد و تاثیر شکاف هاي داخلی بر شکل کانتورهاي کسر مولی است و بر گرادیان افقی تاثیر چندانی ندارند.[4] یک سال بعد در سال 2001 بار دیگر غریب و فیروزآبادي[7] مطالعات خود را بر سیستم بررسی شده در سال 2000 گسترش دادند و این بار مشخصات نفوذ طبیعی و همرفت را براي یک محیط متخلخل معمولی بررسی کردند. محاسبات نشان داد که براي نفوذپذیري هاي بالا، انتقال جرم همرفتی در مخزن بر هر دو نفوذ دمایی و فشاري غالب می شود.
ولی براي نفوذپذیري هاي کم، غریب و فیروزآبادي[7] ضریبی تعریف کردند که به ازاي مقادیر بالاتر از یک، پدیده نفوذ دمایی پدیده غالب است و به ازاي مقادیر کمتر از یک پدیده نفوذ فشاري پدیده غالب خواهد بود. در این مطالعه تاثیر نفوذ و همرفت بر توزیع غلظت یک مدل دو بعدي متخلخل شکافدار که شکاف هایش در محیط مخزن قرار دارند بررسی می شود. مخزن با یک مخلوط دوجزیی تکفاز از سیال هیدروکربوري - C1متان - و - nC4نرمال بوتان - اشباع شده است.
مدل فیزیکی مخزن با نوشتن معادلات حاکم بر ترکیب سیال - معادلات بقاي جرم و اجزا، معادله بقاي انرژي و معادله دارسی - به مدل ریاضی بدل شده و پس از اعمال فرضیات مسئله، ساده می شود. پس از اعمال شرایط مرزي، این معادلات به صورت عددي گسسته سازي شده و با نرم افزار مناسب - متلب - حل می شوند و توزیع ترکیب و سرعت سیال به صورت الگوها و نمودارهایی در قالب نتایج مورد بررسی قرار می گیرند.
.2 معادلات
.1.2 هندسه مسئله
یک محیط متخلخل شکافدار دو بعدي مستطیلی - شکل - 1 به عرض a و ارتفاع b در نظر گرفته شد. شکاف ها در محیط مستطیل قرار داده شده اند. شکاف ها و ماتریکس به ترتیب داراي نفوذپذیري هاي kf و km می باشند. پارامترهاي ماتریکس و شکاف یکسان فرض شده اند. فرض می شود که این محیط با یک مخلوط دوجزیی تکفاز از سیال هیدروکربوري - C1متان - و - nC4نرمال بوتان - اشباع است. همچنین فرض می شود که این محیط از قبل از طریق مرزهاي نفوذ ناپذیر تحت یک گرادیان دمایی معلوم قرار دارد.
.2.2 معادلات حاکم
معادلات حاکم در این مطالعه به شرح زیر می باشند:
1. روابط پایستگی جرم و اجزاء.
2. رابطه دارسی.
3. رابطه پایستگی انرژي.
