بخشی از مقاله
چکیده
نرخ تولید از میادین نفتی با گذشت زمان، در اثر عوامل مختلف کاهش پیدا میکند، لذا نیاز است از روشهایی استفاده شود که تا حدی کاهش نرخ تولید نفت و گاز را جبران کند. فرازآوری با گاز، یکی از روشهای فرازآوری مصنوعی است که با هدف احیا و افزایش دبی بهینه چاه های نفتی مورد استفاده قرار میگیرد.
در این روش، گاز پرفشار در نقطه مشخصی در درون ستون سیال موجود در چاه تزریق شده و بدین وسیله، چگالی متوسط و متعاقباً فشار وارد بر ته چاه را کاهش میدهد و از این طریق چاه مجدداً فعال میگردد. هدف اصلی در بهینهسازی بهرهبرداری، افزایش تولید و بهرهمندی از حداکثر کارکرد چاه و تسهیلات آن است.
در این تحقیق با استفاده از مدل مکانیستیک، جریان دوفاز مدلسازی شده و پارامترهایی مانند پروفیل فشار، دما، کسرفازها و سرعت فازها محاسبه میشوند. سپس به کمک آنالیز گرهای تولید طبیعی چاه شبیهسازی شده و نیاز به استفاده از روش فرازآوری با گاز مسجل میگردد. در ادامه چند پارامتر مؤثر از جمله دبی بهینه تزریق گاز و عمق بهینه تزریق گاز محاسبه می شوند.
در پایان نتایج بدست آمده، با نتایج حاصل از شبیهسازی با نرمافزار Pipesim مقایسه میشود. مقایسه نتایج بدست آمده از شبیهسازی و نرمافزار Pipesim نشان میدهد که شبیهسازی انجام شده از دقت مناسبی برخوردار بوده و میتواند برای پیشبینی فرآیند فرازآوری با گاز استفاده شود.
مقدمه
هنگامی که انرژی مخزن - فشار مخزن - برای تولید پیوسته از چاه به اندازه کافی بالا نباشد، از روش فرازآوری مصنوعی در تولید نفت استفاده میشود. روش فرازآوری با گاز یکی از روشهای فرازآوری مصنوعی است که برای افزایش تولید نفت از چاه استفاده میشود. در این روش گاز پر فشار برای سبکتر شدن ستون سیال و افزایش فشار مخزن برای تولید نفت به درون چاه تزریق میشود. شکل 1 طرح کلی فرآیند فرازآوری با گاز را نشان میدهد.
عبدول-والی1 و همکاران، فرآیند فرازآوری با گاز را در حوضه نفتی خلیج سوئز بهینهسازی نمودند و موفق شدند، تولید نفت این حوضه را از 17000 به 19000 بشکه در روز افزایش دهند
شکل :1 طرح کلی فرآیند فرازآوری با گاز در یک چاه
آیتالهی2 و همکاران، بر روی سیستم بهینه فرایند فرازآوری با گاز در میدان نفتی آغاجاری کار کردند و محل مناسب نقطه تزریق را برای این چاهها تعیین نمودند
آیت الهی و همکاران، با بررسی فرآیند فرازآوری با گاز در میدان نفتی آغاجاری، به این نتیجه رسیدند که تزریق پیوسته در روش فرازآوری با گاز، کاربرد آسانی دارد و همچنین برای طیف وسیعی از چاهها با شرایط مختلف بسیار مؤثر بوده و مقرون به صرفه است
بهادری و زیدانی3 سیستم فرازآوری با گاز را برای یکی از چاههای میدان نفتی آغاجاری، با استفاده از دو مدل نفت سیاه و ترکیبی، مدلسازی نمودند. نتیجه کار حکایت از آن داشت که جواب بدست آمده از طریق مدلسازی ترکیبی به مقدار واقعی تولید نزدیکتر میباشد
شادیزاده و زویداویانپور4، به منظور بهینهسازی یکی از چاههای جنوب کشور مؤلفههای متعدد چاه و از همه مهمتر رژیم جریان را مورد بررسی قرار دادند و موفق شدند میزان تولید را تا 1100 بشکه در روز افزایش دهند
معرفی میدان
این میدان بزرگ کشور تحت نظر شرکت مناطق نفت خیز جنوب در استان خوزستان میباشد. دادههای این میدان در سال 1388 با انجام عملیات فشارسنجی در یکی از چاههای این میدان با شرایط تولید 1000 stb/d، نسبت گاز به نفت 500 scf/stb و فشار سرچاهی 426 psia بدست آمده است. جدول 1 دادههای این میدان را نشان میدهد.
جدول:1 خصوصیات چاه مورد مطالعه
مدلسازی جریان چندفاز
یکی از بخش های مهم در فرآیند شبیهسازی ستون چاه، محاسبه افت فشار در راستای لوله مغزی است. از جمله مهمترین روشهای شبیهسازی میتوان به روشهای تجربی، همگن 5 و مکانیستیک6 اشاره کرد که در شرایط مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. از میان روشهای موجود، روش مکانیستیک از دقت بالاتری برخوردار است. این مدل براساس قوانین بنیادی و شواهد فیزیکی هر یک از الگوهای جریان استوار است. در مقاله حاضر جهت مدلسازی جریان چندفاز از روش مکانیستیک انصاری7 و حسن- کبیر8 استفاده شده است.
محاسبه کسر هر فاز جهت تعیین گرادیان فشار در جریان چندفازی بسیار مهم میباشد اهمیت جریان چندفاز در چاههای عمودی منجر به توسعه چندین مدل برای تعیین کسر حجمی فازها و گرادیان فشار شده است، که اساس همه این مدلها معادله مومنتوم است.
مقایسه با حالت تجربی
برای محاسبه فشار ته چاه در شرایط جریان دوفازی یک کد عددی نوشته شد، که با استفاده از مدل مکانیستیک میتواند افت فشار را در قسمتهای مختلف لوله مغزی برای حالتهای مختلف الگوی جریان محاسبه نماید. کد ارائه شده جهت بررسی میزان دقت باید مورد سنجش قرار گیرد.
در این مرحله ابتدا نتایج حاصل از شبیهسازی با نتایج حاصل از نرمافزار Pipesim مقایسه شده و سپس این نتایج با نتایج حاصل از مطالعه موردی دادههای چاه مورد نظر در مناطق نفت خیز جنوب مقایسه میشود. شکل 2 تغییرات فشار با عمق را در چاه نشان میدهد. همانطور که در شکل مشاهده میشود، خطای شبیهسازی نسبت به نتایج حاصل از نرمافزار Pipesimحدوداً یک درصد است که دقت بالای شبیهسازی را نشان میدهد.
شکل:2 تغییرات فشار در چاه و مقایسه آن با نتایج حاصل از نرم افزار
شکل 3 تغییرات کسر مایع با عمق را در چاه نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود، در فشارهای بیشتر از فشار نقطه حباب، تغییرات کسر مایع ثابت و تقریباً برابر یک است. دلیل این امر این است که در فشارهای بیشتر از نقطه حباب، چون فشار بسیار بالاست، هیچ گازی از نفت آزاد نمیشود، در نتیجه همه سطح مقطع لوله مغزی را مایع اشغال می کند، با بالا آمدن نفت از چاه و کاهش فشار، رفتهرفته گاز موجود در نفت آزاد شده و کسر مایع کم میشود.
شکل :3 تغییرات کسر مایع در چاه و مقایسه آن با نتایج حاصل از نرم افزار Pipesim
شکلهای 4 و 5، تغییرات سرعتهای واقعی مایع و گاز را بر حسب عمق چاه نشان میدهند. همانطور که قابل مشاهده است، سرعتهای مایع و گاز، در نزدیکی سطح افزایش می یابد. با نزدیکتر شدن به سطح، به دلیل کاهش فشار، گاز بیشتری از نفت آزاد شده و چون وزن مخصوص گاز از نفت کمتر است، با سرعت بیشتری به سطح نزدیک میشود و همراه خود نفت را نیز از چاه خارج میکند. علاوه بر این با کاهش کسر حجمی مایع در نزدیکی سطح اصطکاک بین مایع و لوله مغزی کمتر میشود که این به نوبه خود بر افزایش سرعت مایع و گاز تأثیر میگذارد.
یکی دیگر از روشهای سنجش و برآورد صحت شبیهسازی، مقایسه نتایج حاصل از شبیهسازی با دادههای واقعی است. مطالعه موردی که در این پروژه مورد بررسی قرار میگیرد براساس دادههای فشار جریانی بر حسب عمق و مقایسه آنها با نتایج بدست آمده از شبیهسازی است.
براساس دادههای بالا و اجرای کد نوشته شده، توزیع فشار در طول لوله مغزی محاسبه میشود. گزارش نتایج حاصل همراه با داده های واقعی در شکل 6 نشان داده شده است. همان طور که در شکل به وضوح مشخص است، همخوانی بسیار خوب و دقیقی بین دادههای واقعی و داده های شبیهسازی شده وجود دارد، بر طبق این مقایسه خطای حاصل از شبیهسازی نسبت به حالت واقعی کمتر از یک درصد است. این هماهنگی بالا مشخص میکند که برای محدوده نفتهای سنگین با API کوچکتر از 20 شبیهسازی انجام شده کاملاً مورد تایید میباشد. که این نیز دلیل دیگری بر دقت و درستی محاسبه و شبیهسازی انجام شده است.
شکل:4 تغییرات سرعت مایع در چاه و مقایسه آن با نتایج حاصل از نرمافزار Pipesim
شکل :5 تغییرات سرعت گاز در چاه و مقایسه آن با نتایج حاصل از نرمافزار
شکل :6 تغییرات فشار در چاه و مقایسه آن با نتایج حاصل از مطالعه موردی
پس از تأیید اعتبار محاسبات انجام شده، در قسمت بعد فرآیند فرازآوری با گاز برای چاه مورد مطالعه مورد بررسی قرار میگیرد.
شبیه سازی تولید چاه با استفاده از روش فرازآوری با گاز
افزایش تولید، بطور طبیعی با افت فشار مخزن، کاهش نسبت گاز محلول در نفت و افزایش آب تولیدی همراه خواهد بود. چنین عواملی میتوانند جریان سیال به سطح زمین را کاملاً متوقف سازند. روشهای فرازآوری و از جمله فرازآوری با گاز، بوسیله افزودن مقداری انرژی اضافی به سیال درون چاه، جریان سیال به سطح زمین را مجدداً برقرار میسازند.
تعیین نرخ طبیعی نفت تولیدی برای کاهش افت بالای مخزن، کنترل جریان سیال از سازند به سطح زمین با آنالیز گرهی از اهمیت زیادی برخوردار است. این روش برای بهینهسازی سیستم بهرهبرداری مورد استفاده قرار میگیرد
