بخشی از مقاله
چکیده
مخروطی شدن آب مکانیزمی است که در آن سطح تماس آب و نفت بصورت موضعی به سمت فاصله مشبک کاری چاه حرکت می کند. این پدیده بواسطه عدم تعادل میان نیروهای ویسکوزیته و ثقلی که مهمترین عامل تولید آب در اطراف چاه می باشد، بوجود می آید. در شرایطی که نیروی ویسکوزیته بزرگتر از نیروی ثقلی باشد سطح تماس سیالات بصورت مخروطی شکل به سمت دهانه چاه حرکت می کند. چنانچه چاهی با این مشکل مواجه گردید، تولید این چاه تحت تاثیر قرار خواهد گرفت و هزینه تولید افزایش خواهد یافت و عمر مفید چاه کوتاهتر خواهدشد.
در این مقاله عوامل موثر بر پدیده مخروطی شدن آب در مخازن نفتی و روشهای جلوگیری از آن، درمطالعه ای موردی بر روی یکی از میادین شرکت نفت مناطق نفت خیز جنوب انجام پذیرفته است. از جمله روشهای مورد بررسی می توان به روشهای تولید آب از زیر لایه نفتی، مسدود سازی ته چاه، حفر چاه افقی، حفر چاه زاویه دار بر روی مخزن موردمطالعه اشاره کرد. در نهایت مشخص گردید که در بین این روشها، روش مسدود سازی ته چاه و DWS برای چاه عمودی روش موثرتری در جلوگیری از پدیده مخروطی شدن در مخزن می باشد. مقایسه دو روش DWS ومسدودسازی بایکدیگرنیز، مزیت نسبی مسدودسازی رانشان می دهد.
.1 مقدمه و مبانی نظری
پدیده مخروطی شدن1 عموما در مخازن گازی و نفتی تحت رانش آب و کلاهک گازی2 رخ می دهد. در این پدیده آب و گاز از پایین و بالای محل مشبک کاری شده وارد چاه می شود و باعث بروز مشکلاتی در درون چاه ،مخزن و تاسیسات سر چاهی می شود. پدیده مخروطی شدن می تواند در نتیجه گرادیان فشار3 اضافی در دهانه چاه باشد.[1] یکی از عوامل مهم در حرکت مخروطی، دبی تولید بحرانی4 است.[2] دبی تولید بحرانی حداکثر دبی تولید نفت می باشد که تحت آن شرایط، مخروط پایدار است.
روش های متنوعی برای مقابله بامخروطی شدن وجوددارد. در زمانهایی که تولید از ته چاه باشد یا سطح تماس هیدروکربن-آب تا ناحیه تولیدی بالا آمده باشد، می توان نسبت به مسدود سازی ته چاه توسط سیمان یا مسدود کننده5 اقدام نمود. البته این روش در مورد چاههای حفره باز6 صورت می پذیرد
همچنین تکمیل دوگانه با استفاده از تکنولوژی DWS7 یک تکنیک جدید می باشد که جهت کنترل تولید آب آزاد مخازن آبران عمیق که تمایل شدید به مخروطی شدن در هنگام تولید از چاه را دارند استفاده می شود. در یک سیستم DWS یک چاه در نواحی آب و نفت، به صورت دوگانه تکمیل شده است، یعنی چاه در بالا و پایین WOCتکمیل می شود. آب از پایین محل مشبک کاری و نفت از بالای محل مشبک کاری تولید می شود. که این دو تکمیل توسط مسدودکننده هایی1 که درون چاه و در سطح تماس آب و نفت گذاشته شده است، از یکدیگر جدا می شوند
تولید آب از پایین WOCمنجر به توقف رشد مخروط آب می شود. بنابراین ناحیه نفتی از هجوم آب زیرین در امان می ماند.
.2 روش و مراحل تحقیق
شبیه ساز Eclipse100 از مجموعه نرم افزار Geoquest برای شبیه سازی مورد استفاده قرار گرفت. بوسیله این شبیه ساز، خصوصیات سیال در هر فاز از ترکیب درصد فشار و دما، در هر بلوک شبیه سازی، محاسبه می گردد. شبیه ساز معادله حالت، وهمچنین روشهای حل اختلاف محدود رابرای حل معادلات بکارمی برد. معادلات شبیه سازی، معادلات غیر خطی بزرگی هستند که بوسیله روش حدس و خطای نیوتن و رافسون حل می گردند. روش حل شامل مراحل زیر می باشد:
- a محاسبه فشار جدید از معادلات موازنه جرمی کل با استفاده از اشباع و ترکیب درصد از گام زمانی قبلی.
- b محاسبه جریان در داخل و خارج هر سلول با استفاده از فشار جدید و ترکیب درصد اشباع قبلی.
- c انجام محاسبات تبخیر آنی جهت بدست آوردن ترکیب درصدها، اشباع ها، دانسیته ها و سرعتهای جدید.
شبیه ساز Eclipse100 همه مراحل بالا را همزمان انجام می دهدو از روش حل معادله توافقی2 برای زمانی که تعداد فشارهای موئینگی زیادی وجود دارد، استفاده می نماید. در این روش فشار و دانسیته مولی مخزن برای هر جز به عنوان متغیر حل مسئله استفاده شده و یک سیستم معادله ای پدید می آورد که می تواند به تعدادی معادله فشاری و بقای جرم تبدیل شود.
برای ساخت مدل اولیه استاتیکی از ماژول Flogrid استفاده شد. به منظورتبدیل مدل استاتیکی ساخته شده به مدل دینامیکی از ماژول PVTi این نرم افزار استفاده گردید. با استفاده از معادله Peng Robinson سوم که در آن فاکتور حجم تصحیح شده است، خواص سیال مخزن شبیه سازی شد. مدل استاتیکی، خواص شبیه سازی شده مخزن و جداول نفوذ پذیری نسبی به عنوان داده های ورودی ماژول Eclipse100 استفاده گردید. با وارد کردن اطلاعات چاههای تولیدی و تزریقی به همراه اطلاعات قبلی، مدل دینامیکی مخزن ساخته شد. در این مرحله با در نظر گرفتن فشارهای موجود، تطابق تاریخچه3 تولید انجام شد. سپس سیال مورد نظر تزریق شد و پروسه آن شبیه سازی گردید.
.3 ارائه و تحلیل نتایج
مخزن موردمطالعه درجنوب غرب ایران درناحیه فرو افتادگی دزفول قرار گرفته است. نمودار فازی سیال اولیه مخزن در شکل 1 نشان داده شده است. در زمانهای اولیه تولید، چاه توانایی تولید بالایی داشت ولی بعد از مدتی مشکل تولید آب ایجادگردید. علیرغم کاهش فشارمخزن و پایین آمدن آب به علت نیروهای جاذبه، اشباع آب در حد اشباع بحرانی باقی ماند. لذا در این حالت به علت تولیدکم نفت، آب راحتتر حرکت کرده و به دهانه چاه می رسد.
شکل .1 نمودار فازی سیال اولیه مخزن
هدف اصلی بکار گیری روشهای کنترل مخروطی شدن آب در این مخزن به حد اقل رساندن برش، دبی و تولید نهایی آب و به حد اکثر رساندن تولید نهایی نفت نسبت به میزان آب تولیدی است. در حالت معمولی چاه هم در لایه آبی و هم در لایه نفتی بصورت حفره باز و همزمان شروع به تولید می کرده است ولی با استفاده از تکنولوژی DWS قسمت بالایی چاه در لایه نفتی و قسمت پایین چاه در لایه آبی تکمیل شده ان که این دو قسمت توسط مسدود کننده از هم جدا می باشند و نفت و آب بصورت کاملا مجزا از یکدیگر شروع به تولید می کنند. نمودار مقایسه ای برش آب و تولید تجمعی نفت درشکل2 آمده است.
شکل.2 مقایسه برش آب برای تولید عادی و [6]DWS
در روش مسدودکردن، در صورتی که چاه بصورت حفره باز باشد، می توان قسمت انتهای آنرا با مجرا بند سیمانی1 مسدود نمود ویا با راندن لوله آستره قسمت های آبدار را جدا کرده وسپس فواصل بالاتر را که دارای نفت هستند مشبک نمود. همچنین اگر چاه به صورت جداره پوش2 تکمیل شده باشد نیز می توان مشبک های پایینی را که تولید آب می کنند مسدود نمود ودر نقاط بالاتر لوله جداره را مشبک کرد وچاه را تکمیل نمود.
