بخشی از مقاله
چکیده
استخراج نفت از مخزن در بلند مدت باعث کاهش فشار حفرهای در مخزن میشود. این کاهش فشار به نوبه خود میزان تنش موثر موجود در لایههای مخزن را افزایش داده و باعث کاهش حجم مخزن میگردد. از سویی دیگر در طی دوره تزریق که فشار حفرهای درون مخزن افزایش مییابد، شاهد کاهش تنش موثر و در نتیجه تورم مخزن خواهیم بود. تغییر شکلهای ناشی از تنشهای القا شده با اثر گذاشتن بر تخلخل و نفوذپذیری سنگ و همچنین ایجاد تغییر در فشار مخزن، بر بازدهی مخزن تاثیر میگذارند. از طرفی در اکثر موارد تزریق جهت ازدیاد برداشت، دمای سیال تزریقی متفاوت از دمای مخزن می-باشد.
این اختلاف دمایی از طریق تغییر در خواص سیالات توزیع فشار را در محیط تحت تاثیر قرار میدهد و از طرفی تغییر شکلهای حرارتی و تغییر حجم مخزن باعث توزیع دوباره فشار در محیط میگردد. بنابراین بمنظور بهینهسازی عملیات و مطالعه رفتار مخزن، شبیهسازی کوپل ترموهیدرومکانیکی مخزن ضروری میباشد. در این مطالعه، شبیهسازی کوپل ترموهیدرومکانیکی با استفاده از کوپل دو نرمافزار اکلیپس و آباکوس انجام گرفت.
در آخر، مدل کوپل برای شبیهسازی تزریق دی اکسید کربن جهت ازدیاد برداشت و با در نظر گرفتن محدودیتهای تولید و تزریق مورد استفاده قرار گرفت. مطالعه کوپل مخزن مورد مطالعه نشان میدهد که نرخ تولید در شبیهسازی کوپل ترموهیدرومکانیک بیشتر از مدل غیر کوپل است و تغییرات تخلخل و نفوذپذیری در شبیهسازی ترموهیدرومکانیک متفاوت از شبیهسازی کوپل هیدرومکانیک میباشد.
-1 مقدمه
به طور کلی استخراج نفت از یک مخزن در بلند مدت باعث کاهش فشار حفرهای در مخزن میشود. این کاهش فشار به نوبه خود، میزان تنش موثر موجود در لایههای مخزن را افزایش داده و باعث کاهش حجم مخزن می-گردد. از سوی دیگر، در طول تزریق که فشار حفرهای درون مخزن افزایش مییابد، شاهد کاهش تنش موثر و در نتیجه تورم مخزن خواهیم بود. از جمله تغییرات ژئومکانیکی مرتبط با تغییرات تنش القا شده، تغییرشکل مخزن و حرکات سطح زمین، خرابی چاه تزریق، خرابی چاه تولید و ... میباشد.
این تغییرشکلها با اثر گذاشتن بر میزان تخلخل و نفوذپذیری سنگ و همچنین ایجاد تغییر در فشار مخزن بر میزان بازدهی مخزن تأثیر گذار میباشند. میادین هیدروکربنی زیادی در سراسر دنیا به علت عدم توجه به خصوصیات ژئومکانیکی آنها در هنگام طراحی و یا در زمان بهرهبرداری با مشکلاتی مواجه شدهاند. از جمله این موارد میتوان به میادین ویلمینگتن، والهال ، اکوفیسک ، بلریج جنوبی ” و میدان آغاجاری اشاره کرد.
ارزیابی رفتار مکانیکی محیطهای متخلخل - ژئومکانیک - در مهندسی مخزن از اهمیت ویژهای برخوردار است. برای مثال میتوان به اهمیت تحلیلهای ژئومکانیکی در طراحی سیستمهای شکست هیدرولیکی، تحلیل پایداری چاهها و تحلیل سیستمهای استخراج در مخازن تغییرشکل پذیر اشاره کرد. در اینگونه مخازن، تغییرشکلهای به وقوع پیوسته در سنگ مخزن، به عنوان یک پدیده موثر در میزان تولید بشمار میآید. این تغییرشکلها در اثر تغییرات فشار حفرهای و پیرو آن تغییر تنش موثر سنگ مخزن به وجود میآید.
گوتیرز و لوئیز “ اهمیت حل کوپل معادلات ژئومکانیک و جریان را در مخزن بررسی نمودند. مدل کوپل کامل حرکت سه فازی سیال در محیط متخلخل تغییر شکل پذیر توسط لویس و سوکرمان پیشنهاد شد.
“ لوئیس و همکارانش مدل خود را برای شرایط مختلف توسعه داده و در نسخههای بعدی، امکان مدل-سازی مخازن شکافدار“ و تحلیل حرارتی مخزن را به مدل اولیه خود اضافه نمودند. تحقیقات جامع انجام شده توسط لوئیس و همکارانش در قالب یک کتاب منتشر شده و در دسترس میباشد
در حالت کلی، شبیهسازی کوپل معادلات ژئومکانیک و جریان به دو روش کوپل جزئی معادلات و کوپل کامل معادلات انجام می گیرد. در مدلهایی که به صورت کوپل جزئی حل میشوند، ابتدا معادلات سیال حل شده و اطلاعات مربوط به فشار به معادله تعادل انتقال مییابد و تنشها و تغییرشکلها محاسبه میشوند ولی در کوپل کامل همه معادلات همزمان با هم حل میگردند. علیرغم ارائه توصیف منسجم از مخرن در کوپل کامل، پیچیدگی و هزینههای محاسباتی بالای آن بهمراه سادهسازی تعدادی از فرآیندها استفاده از این روش را محدود کرده است .
بمنظور غلبه بر معایب کوپل کامل، روشهای مختلف کوپل جزئی توسعه پیدا کرده است
مزیت اصلی این روش نسبت به روش قبلی اینست که تمامی حالات فیزیکی موجود در شبیه-سازی را که در روش قبل سادهسازی شده بود را میتوان در نظر گرفت.
جهت نیل به اهداف تعریف شده فوق، شبیهسازی کوپل جریان سیال، حرارتی و ژئومکانیک با استفاده از کوپل شبیهساز مخزن - اکلیپس - و شبیهساز ژئومکانیک - آباکوس انجام گرفته است. بعد از ساخت مدل استاتیک و دینامیک مخزن، تغییرات فشار و حرارت در هر مرحله از شبیهسازی مخزن به یک مدل سهبعدی ژئومکانیکی مخزن و محیط اطراف آن کوپل میشود. بعد از اجرای مدل ژئومکانیک در هر مرحله مقادیر تخلخل و نفوذپذیری نقاط مختلف مخزن بدلیل تغییرات تنش موثر به روز شده و بعنوان ورودیهای مدل دینامیک شبیه-ساز مخزن مرحله بعدی قرار میگیرد. در انتها، نتایج حاصل از مدلسازی کوپل بصورت مقدار تولید از مخزن، مقدار تزریق به مخزن، تغییرات تنش موثر، تغییرات نفوذپذیری , تغییرات تخلخل بیان میگردد.
-2 کوپل ترموهیدرومکانیک
در این مطالعه شبیهسازی کوپل جریان سیال، حرارتی و ژئومکانیک با استفاده از کوپل دو شبیهساز مخزن - اکلیپس - و شبیه ساز ژئومکانیک - آباکوس - انجام میگیرد. برای اینکار ابتدا مدل استاتیک سه بعدی مخزن مورد مطالعه ساخته میشود. بعد از ساخت مدل استاتیک با اعمال معادلات جریان سیال و اشباع در مدل استاتیک، مدل دینامیک مخزن تشکیل شده و تغییرات فشار و دمایی مخزن در هر مرحله از شبیهسازی مخزن به یک مدل سهبعدی ژئومکانیکی مخزن و محیط اطراف آن کوپل خواهد شد. سپس خروجی شبیهساز ژئومکانیک بصورت نفوذپذیری و تخلخل بروز شده بعنوان ورودی شبیهساز مخزن قرار میگیرد و این حلقه محاسبات تا انتهای شبیهسازی تکرار میگردد. در آباکوس فرض شده است که فضای خالی مخزن فقط توسط یک سیال پر شده است که تغییرات دینامیکی دما و حرارت مرتبط با این فاز بوده و همچنین محیط اطراف مخزن نفوذناپذیر میباشد.
جهت شبیهسازی کوپل مخزن-ژئومکانیک سه روش برای ساخت مدل مخزن و مدل ژئومکانیک وجود دارد.
-1 مدلسازی مخزن بطور مجزا - بدون محیط اطراف - در شبیهساز ژئومکانیک و شبیهساز مخزن - شکل 1الف -
-2 مدلسازی مخزن بطور مجزا در شبیهساز مخزن و مدلسازی مخزن بهمراه محیط اطراف در شبیهساز ژئومکانیک - شکل 1ب -
-3 مدلسازی مخزن بهمراه محیط اطراف در هر دوی شبیهسازهای مخزن و ژئومکانیک - شکل 1ج -
مثالی از هر سه روش در پژوهشهای متعدی یافت میشود .ضعف روش اول در حالت تعادل مرحله ژئواستاتیک مدل ژئومکانیکی میباشد. روش دوم روش معمول مدلسازی کوپل میباشد که بدلیل المانهای کمتر مدت زمان اجرای مدل مخزن کاهش مییابد. در روش سوم بدلیل مدلسازی همزمان مخزن و محیط اطراف در هر دوی شبیهسازهای مخزن و ژئومکانیک، مدت زمان حل مدل بیشتر میشود.
