بخشی از مقاله
B1 چکیده
امروزه اکثر مخازن موجود در میادین مختلف جهان در مرحله ی افت فشار قرار داشته و توانایی تولید بالقوه ی خود را از دست داده اند. لذا بکار گیری روش های انگیزشی مخزن بیش از پیش احساس می شود. وجود مخازن با تخلخل و نفت درجای مناسب و نفوذ پذیری پایین اکثر مهندسان و متخصصان را مصمم نموده که به طراحی روش های انگیزش چاه از جمله روش شکاف زایی بپردازند. در این تحقیق سعی شده تا نخستین گام به گونه ای برداشته شود که زمینه بررسی های جامع تر و کامل تر فراهم گردد.
به همین منظور یکی از متداول ترین و قوی ترین روش های انگیزش چاه یعنی ایجاد شکاف هیدرولیکی برررسی شده و نتایج آن مورد تحلیل قرار گرفته است. ابتدا به بررسی تئوری شکاف هیدرولیکی پرداخته و پس از یافتن بهترین سناریو، روی مخزن مصنوعی اجرا و پیاده سازی گردیده است. مراحل شبیه سازی مخزن، پیاده سازی شکاف هیدرولیکی و بررسی نتایج با استفاده از نرم افزار تجاری اکلیپس انجام گردیده است.
B2 مقدمه
عملیات تحریک چاه فرایندی است که برای افزایش ضریب بهره دهی چاه صورت می گیرد. ایجادکانالی با قابلیت عبور دهی بالا باعث افزایش تراوایی سنگ شده و این بالا بردن تراوایی نیز نوعی عملیات تحریک چاه می باشد که به سبب آن سیال با افت فشار کمتری از مخزن به داخل چاه جاری می گردد. همه این فرایند ها باعث می شود جریان قوی تری از سیال درون چاه ایجاد شود. روش های مختلفی برای افزایش تراوایی در مخزن وجود دارد اما روشی که در این تحقیق مورد نظر است ایجاد شکاف هیدرولیکی 1 می باشد .
این روش تاثیر بسیار زیادی در مخازن با تراوایی پایین دارد. از این رو عملیات انجام شده در این تحقیق باعث شده تا این روش که یک روش بسیار پرکاربرد هست بیشتر توسعه پیدا کرده و مشکلاتی که در این روش وجود دارد نیز مورد بررسی قرار گیرند و در صورت امکان رفع شوند. تکنولوژی شکاف هیدرولیکی باعث ایجاد شکاف هایی در مخازن نفتی وگازی طبیعی شده و باعث می شود تولید مخزن به حداکثر خود برسد.
شکاف هیدرولیکی زمانی رخ می دهد که یک سیال با فشاری بالاتر از فشار شکست سازند به داخل چاه پمپ شود و باعث ایجاد یک ناپیوستگی در داخل سنگ شود. شکاف زایی را می توان در مخازن تراوایی متوسط نیز جهت بهینه سازی تولید به مرحله ی اجرا درآورد. برای شبیه سازی مخزن باید یک سری شبیه سازی های عددی انجام شود و در کنار آن باید بهینه سازی هایی انجام شود تا بتوان رفتار مخزن را تعریف کرد.
یکسری آنالیز های عددی و نیمه عددی_ نیمه تحلیلی برای توصیف رفتار مخزن وجود دارد و به وسیله ی آنها می توان رفتار چاه و مخزن را توصیف کرد که آیا از نظر اقتصادی مقرون بصرفه هست یا خیر و آیا طول شکافی که زده می شود شرایط ایده آل را برای تولید از مخزن با مد نظر گرفتن شرایط اقتصادی آن دارد یا خیر. تراوایی مخزن معیار بسیار خوبی است تا مخزن مورد تحلیل قرار گیرد. اگر مخزن دارای تراوایی بالا باشد قادر است تا تولید بیشتری داشته باشد و نواحی بیشتری از مخزن را تحت تاثیر قرار دهد. [1] هدف این تحقیق بررسی ایجاد شکاف هیدرولیکی و مسایل و تاثیر آن بر مخزن بوده است.
روش مورد تاکید، ریز سازی بلوک های مخزن و شبیه سازی آن می باشد. مخزن مورد بررسی مخزنی همگن و لایه ای بوده و روشی که در آن به کار برده شده با روش حل تحلیلی مقایسه شده است. در ادامه، آنالیزهای مورد نیاز برای بررسی تمام پارامترهایی که روی شکاف هیدرولیکی موثر می باشند مورد بررسی قرار گرفته است. سینکولی و سامانیگو1 در سال 1978 مفاهیمی از ظرفیت جریانی محدود شکاف ها ارائه دادند و برای حالت هایی مانند شکاف های طولانی و ظرفیت پایین شکاف از آنالیز های شبه تحلیلی استفاده کردند تا به محدودیت های موجود در یک شکاف و نیازهای لازم برای استفاده از آن در صورتی که تراوایی شکاف کمتر از 300 باشد اشاره کنند.
به هر حال این تکنیک ها برای سیستم هایی که تراکم پذیری پایینی دارند، مورد استفاده قرار می گیرند و در سیستم هایی که سیال آنها در تراکم پذیری ثابت تولید می کند دارای محدودیت هایی بودند. نمودار سینکولی2 مربوط به آنالیزهایی قبل از شکاف زنی می باشند که در آنها دیتایی با دبی ثابت وجود دارد و مدلی تحت فرضیات زیر برای شکاف هیدرولیکی عمودی در یک مخزنی که به صورت بی نهایت عمل می کند را نشان می دهند:
- 1کل شکاف دارای تراوایی محدود باشد.
- 2 اثردهانه ی چاه نادیده گرفته شود.
- 3شکاف به صورت دو طرفه در چاه زده شده باشد.[2] آگاروال3و همکارنش در سال 1997 نمودار های تراوایی محدود را در فشار ثابت و برای حالت های دبی ثابت و فشار ثابت برای مخازن دارای تروایی کمتر از 0,1 برای چاهای دارای شکاف بزرگ که دارای آنالیز عددی بوده را بررسی کردند. این نمودار ها بسیار مهم هستند چرا که تست های جریان و دبی را که یا با استفاده از تولید از چاهایی با فشار ته چاهی ثابت و یا چاهایی که با دبی جریانی ثابت تولید می کنند را مورد آنالیز قرار می دهند.
دینگ و هگر4 در سال 1996 تحقیقاتی در مورد روش هایی که نمونه ای برای شکاف هیدرولیکی بودند را با استفاده از انتخاب سلول هایی از شبکه، که مناسب بوده و در نزدیکی چاه و شکاف باشند، انجام داده اند. آنها نفوذپذیری را بین بلوک هایی که شامل شکاف و بلوک های مجاور شکاف بوده اند را با استفاده از فشار متوسط مورد بررسی قرار دادند. فاکتور های ارتباط چاه بین دهانه ی چاه و سلول ها در زمانی که دهانه ی چاه تکمیل می شود تنظیم می شوند.
این روش به عنوان چهارمین روش اصلاح نفوذ پذیری تنظیم شده است. آنها مطالعاتی در مورد محاسبات عددی شاخص بهره دهی و مقدار انتقال معادل درون چاه و بلوک های گرید شکاف انجام دادند. 4]،[3 هگر5 در سال1996 برای رسیدن به مفهوم شعاع معادل موثر چاه فعالیت هایی انجام داد. اساس و پایه ی این روش، همان روش تحلیلی بود که در سال 1983 توسط پیسمان6 بیان شده بود.
مفهوم این مدل این است که چاهای افقی دارای شکاف به عنوان مدل "چاه های عمودی بدون شکاف استاندارد " با هیچ گونه شکل هندسی خاصی عمل می کنند. این تکنیک یک روش تحلیلی برای توصیف شکاف هیدرولیکی در مخزن تحریک شده می باشد. این روش بوسیله ی ایجاد شعاع موثر معادل از چاه عمودی که برای ایجاد شکاف در چاه افقی که در نمودار های بی بعد نمایش داده می شود عمل می کند. او حالت های این روش را که راه آسانی برای شبیه سازی شکاف است و ممکن است برای اهداف مدیریت بعضی از مخازن مورد بررسی قرار گیرد را مورد بررسی قرار داد.[4]
بنت1و همکارانش در سال 1986 جواب های تحلیلی و عددی را برای آنالیز تراوایی محدود شکاف بیان کردند. نتایج آنها بر روی ارتفاع شکاف و طول شکاف ها روی عملکرد چاه برای مخازن تک لایه ای همگن در صورتی که هدایت شکاف بصورت تابعی از عمق باشد و یا ارتفاع شکاف از ارتفاع سازند بیشتر باشد مورد توجه قرار گرفت. در مخازن تک لایه ای این روش می تواند روشی معتبر باشد.
آنها همچنین دریافتند که برای مخازن چند لایه ای، در صورتی که ارتفاع شکاف با ارتفاع سازند برابر باشد شیب عمودی می تواند به عنوان یک عامل مهم مورد توجه قرار گیرد.[5] سینکولی و سامانیگو در سال 1981 شکاف هایی را که دارای تراوایی محدود بودند، مورد آنالیز قرار دادند و در تحقیقات آنها دیده شد که یک جریان دو سو در زمانی که مقدار زیادی ازسیال به چاه از سازند آمده باشد، ایجاد می شود. آنها همچنین تعریف کردند که تاثیر نوک شکاف هنوز روی رفتار مخزن تاثیر گذار نشده است. آنها رژیم جریان دوسو را که از شیب 0,25 از نمودار لگ- لگ2 مشخص می شد را بدست آوردند.
این نمودار افت فشار را بر حسب زمان برای زمان های اولیه ی تولید نشان می دهد. رژیم جریان دوسو نتیجه دو رژیم جریان خطی می باشد. یکی از این رژیم جریان ها، همان جریان خطی است که داخل شکاف است و دومین رژیم همان رژیمی است که از سنگ وارد شکاف می شود.[6] پرکینز و گنزالس3در سال 1985 تنش های ترمو الاستیک را برای نواحی دارای سطح بیضی شکل و ضخامت محدود مورد بررسی قرار دادند.
آنها معادلات تجربی را به گونه ای توسعه دادند تا یک روش برای تخمین تنش متوسط در سطح مقطع بیضی شکل در هر ارتفاعی ارائه داده شود. [7] تزریق سیال با فشار بالا به داخل چاه که باعث شکسته شدن سنگ می شود را به عنوان تعریفی از شکاف هیدرولیکی می توان بیان کرد. این سیال حاوی موادی است که توانایی ایجاد شکاف را دارند و باعث بزرگتر شدن شکاف و عدم بسته شدن شکاف نیز می شوند.[8]
-2-1 فرایند شکاف هیدرولیکی
این فرایند در شبیه سازی شامل پمپ کردن سیال با دبی بالا به داخل چاه می باشد. این دبی باید بیشتر از دبی سیال داخل چاه باشد تا بر آن غلبه کند و باعث شکاف شود. این دبی بالا باعث شده است تا قدرت سنگ ازبین برود و باعث شکسته شدن سنگ شود. بعد از فرایند شکاف هیدرولیکی سیالی که برای ایجاد شکاف استفاده شده است نباید در شکاف دیده شود.
اگر دبی پمپ کردن سیال از دبی هدر رفت سیال در داخل شکاف بیشتر باشد باعث بزرگتر شدن شکاف خواهد شد و سطح مقطع و سطح تماس شکاف را بیشتر خواهد کرد و به طبع دبی تولیدی بیشتری را ایجاد می کند. وقتی پمپ کردن سیال تمام شد، بر اثر فشار طبقات بالایی شکاف شروع به بسته شدن خواهد کرد و تاثیری خود را از دست خواهد داد.
برای جلوگیری از بسته شدن شکاف از ماده ی ماسه ایی شکل یا همان پروپنت4 ها استفاده می گردد. این ماده همراه با سیالی به داخل چاه پمپ می شود که خود این باعث افزایش تخلخل به مقدار زیادی خواهد شد. بعد از آن چاه باید برای مدتی بسته شود که این بسته شدن باعث شده تا این اجازه به پروپنت ها داده شود تا به دیواره ی شکاف بچسبند.
شبیه سازی شکاف هیدرولیکی با تزریق سیال به داخل چاه با فشار بالا باعث توسعه ی شکاف می شود. در حالت کلی برای انتقال پروپنت درون سیال از دو روش استفاده می شود. روش اول استفاده از دبی بالا و روش دوم استفاده از ویسکوزیته ی بالا می باشد. اگر از روش ویسکوزیته ی بالا استفاده شود سبب ایجاد شکاف هایی با محدودیت بالا می شود و اما استفاده از روش دبی بالا سبب ایجاد میکرو شکاف خواهد شد.[8]
