بخشی از مقاله
مطالعه و مقایسه ي فرآیند تزریق گاز به صورت امتزاجی و غیر امتزاجی جهت افزایش برداشت به شاخص یکی از مخازن نفتی شکافدار
چکیده:
در حین اکتشاف اولیه، نفت زیادي در مخزن باقی می ماند. تزریق گاز اجازه بازیافت مقدار قابل توجهی از نفت ماتریکس را به وسیله ریزش ثقلی می دهد. با این حال در موردیکه تراوایی پایین، سایز بلوك هاي ماتریکس کوچک و فشار موئینگی گاز به نفت زیاد است، بازده ریزش ثقلی اغلب پایین می باشد. بنابراین بازیافت ناشی از انتقال جرم در سیستم گاز –نفت در داخل بلوك هاي ماتریکس باید به سمت بهبود تولید هدایت شود.
تزریق گاز روشی است که عمدتا ضریب بازیافت از میدان هاي نفتی ایران را افزایش می دهد. با در نظر گرفتن اینکه ایران دارنده دومین ذخایر گازي جهان است، چنین پروژه هایی از لحاظ اقتصادي خیلی مناسب هستند. به همین منظور در این تحقیق نتایج عملکرد تزریق گاز به شاخص یکی از مخازن نفتی ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به محاسبات انجام شده مشخص گردید که حداقل فشار امتزاج گازهاي تزریقی نقش اساسی در میزان راندمان بازدهی دارد. اختلاف فاحش میان میزان بازیافت نفت حاصل از تزریق گاز غیر امتزاجی و تزریق گاز امتزاجی بیانگر این مطلب می باشد.
واژه هاي کلیدي:
تزریق امتزاجی، تزریق غیر امتزاجی، مخازن شکافدار، حداقل فشار امتزاجی،شبیه سازي.
.1 مقدمه:
مخزن هیدروکربوري ساختاري است متخلخل و نفوذپذیر در زیرزمین که انباشتی طبیعی از هیدروکربورها را به صورت مایع و یا گاز در خود جاي داده و به وسیلهي سنگهاي غیرتراوا از محیط اطراف مجزا گردیده است . درتوصیفی ملموستر میتوان مخازن هیدروکربوري را به بادبادکی پر از هوا تشبیه کرد که پوستهي این بادبادك نقش همان سنگهاي غیرتراوا را بازي میکند و به محض سوراخ کردن این محیط متعادل سیالهاي مخزنی (همچون هوا که به سرعت از بادبادك خارج میشود) توسط نیروهاي هیدرولیکی
به درون چاه رانده میشوند . البته قدرت این رانش طبیعی هم زمان با تولید از مخزن کاسته میشود، چنان که براي نمونه گفته میشود مخازن ایران به طور متوسط سالانه 10-8 درصد افت طبیعی فشار مخزن و افت دبی تولید از چاه ( افت دبی تولید از چاه با افت فشار مخزن رابطه مستقیم دارد ) دارند.[1 ]
با افت مداوم فشار مخزن ، دبی تولید رفته رفته کم شده تا جایی که دیگر تولید طبیعی از مخزن مقرون به صرفه نخواهد بود. این نقطه زمانی اتفاق میافتد که بازیابی (Recovery) نفت از مخزن به نسبت پائین است. این بازیابی براي مخازن ایران حدود 15-20 درصد است. به عبارتی 85 تا 80 درصد کل نفت مخزن در سازند باقی میماند. بنابراین براي برداشت نفتهاي باقیمانده در مخزن نیازمند روشهاي جدید و تکنیکهاي پیشرفته هستیم. که یکی از این روش ها، تزریق گاز می باشد. به طور کلی تزریق گاز در مخازن نفتی عبارت اند از:
الف) تزریق امتزاج پذیر
ب) تزریق امتزاج ناپذیر
روش هاي تزریق امتزاجی گاز در مخازن نفتی شامل تزریق دي اکسید کربن، نیتروژن و گازهاي هیدرورکربنی است. در اولین گام باید گفت که تزریق گاز در مخازن نفت، به سه طریق ازدیاد برداشت نفت را به دنبال دارد:
-1 تثبیت فشار ( فرایند امتزاج ناپذیر)
-2 تبخیر ترکیبات میانی و سنگین نفت ( که منجر به امتزاج پذیري در مخزن می شود)
-3 جابه جایی نفت ( ایجاد نیروي رانش براي ازدیاد برداشت )
2. پیش بینی حداقل فشار امتزاجی:
یکی از فاکتورهاي مهم در فرایند تزریق امتزاجی گاز، حداقل فشار امتزاجی است. در این فشار گاز
تزریق شده و نفت در جاي اولیه در یکدیگر حل می شوند و فرایند جابجایی بسیار موثر می گردد. تعیین حداقل فشار امتزاج براي یک پروژه عملی تزریق امتزاجی گاز،یک پارامتر بسیار مهم است. اگر فشار تزریق خیلی کم باشد جابجایی به صورت امتزاج ناپذیر خواهد شد و راندمان بازیافت کاهش می یابد. اگر فشار تزریق خیلی زیاد باشد، گرچه جابه جایی به صورت امتزاجی خواهد بود و بازیافت نفت به سطح مورد
نظر خواهد رسید ولی هزینه ایجاد چنین فشاري نیز بسیار بالا خواهد بود. بنابراین پیش بینی حداقل فشار امتزاج براي فرایند تزریق امتزاجی گاز در صنعت نفت بسیار مهم است.
-3 انواع امتزاج پذیري
با توجه به ترکیب نفت درجا و گاز تزریقی امتزاج پذیري به دو صورت انجام می شود:
.1-3 امتزاج پذیري در اولین تماس (First Contact Miscibility)
اگر در ترکیب گاز تزریقی مقدارعناصر میانی زیادي وجود داشته باشد، در اولین تماس بین گاز و نفت، خط عملیات با ناحیه ي دو فازي برخورد نکند، این مکانیزم تماس را امتزاج دراولین تماس گویند. ولی اگر این خط اتصال دو ترکیب طوري باشد که فقط در یک ناحیه ي دوفازي برخورد کرده باشد، به آن مقدار از امتزاج، حداقل غنی پذیري امتزاجی (Min Miscibility Enrichment) MME و به آن فشار، حداقل فشارامتزاجی ( (Min Miscibility Pressure گویند.
بنابراین با توجه به مفهوم اولین تماس امتزاجی براي کنترل و اجراي جابه جایی امتزاجی دو راه وجود دارد.
- حداقل غنی سازي امتزاجی MME
- حداقل فشارامتزاجی MMP
باید توجه داشت که افزایش فشار در مخزن باعث تجمع ناحیه دو فازي می شود، بدین معنی که اگر فرایند به صورت نیمه امتزاجی (Near Miscibility) انجام شود با افزایش این فرایند به صورت کاملا امتزاجی انجام می گیرد. تعیین مقدارMMP و MME در فرایندهاي تزریق امتزاجی ازاهمیت بالایی برخوردار است.شکل (1)
شکل :(1) نمودار مثلثی فرایند اولین تماس امتزاجی
.4 امتزاج ترمودینامیکی :( Multi-Contant Miscibility ) MCM
اگر در ابتداي تزریق ترکیب نفت و گاز در طرف Tie Line بحرانی واقع شوند، این نوع مکانیزم جابه جایی را امتزاجی گویند. در واقع در ابتدا نوعی امتزاج جزئی صورت می گیرد، ولی به مرور زمان طی تماس هاي متعدد به سمت امتزاج کامل پیش رفته و بازیابی را افزایش می دهد.
فرایند امتزاج ترمودینامیکی با دو نوع مکانیزم انجام می شود، نوع فعالیت هرکدام ازاین مکانیزم ها تابع ترکیب گاز تزریقی و نفت درجاي می باشد. این دو مکانیزم عبارتنداز:
- مکانیزم رانش تبخیري
- مکانیزم رانش معیانی
.1-4 مکانیزم رانش تبخیري (Vaporizing Gas Drive)
اگر گاز تزریقی داراي اجزا سبک فراوانی باشد، درضمن با نفت باعث تبخیراجزاي میانی نفت و خود گاز نیز به مرورسنگین ترشده تا اینکه در قسمت جلوي خود به حالت جابه جایی امتزاجی می رسد( شکل.(2
شکل :(2) مکانیزم رانش گازتبخیري درتزریق امتزاجی
.2-4 مکانیزم رانش معیانی (Condensing Gas Drive)
اگر گاز تزریقی داراي ترکیبات میانی مناسبی باشد، ( گازغنی) آنگاه در ضمن تزریق، روي ترکیب نفت اثر گذاشته و ازهمان نقطه ي انتهایی جبهه، جابه جایی امتزاجی صورت می گیرد. این امتزاج در طول سنگ کامل تر می شود. شکل .(3) برخلاف مکانیسم تبخیر در این مکانیسم ترکیب درصد نفت ثابت نبوده و مدام در حال تغییر است. در عوض ترکیب درصد گاز تزریقی ثابت فرض می شود.
شکل :(3) مکانیزم رانش معیانی در تزریق امتزاجی
متن اصلی:
-5 روش تحقیق
در این مطالعه افزایش تولید نفت با استفاده از روش هاي تزریق گاز امتزاجی و گاز غیر امتزاجی در یک مخزن زیر اشباع شکافدار ایران مورد بررسی قرار گرفت. گاز تزریقی براي سناریوي امتزاجی، یک گاز غنی شده از ترکیبات هیدروکربورهاي میانی است. سناریو هاي مختلفی براي تزریق گاز امتزاجی و غیر امتزاجی تعریف شده اند و در ادامه این سناریوها، شبیه سازي و نتایج شبیه سازي بدون در نظر گرفتن شرایط اقتصادي با یکدیگر مقایسه می شوند و در نهایت، بهترین روش جهت تولید بیشینه از این مخزن، مشخص می گردد.
-6 خصوصیات ماتریکس و شکاف مخزن
نفت درجا مخزن 2.98 MMMbbl، سطح تماس نفت و آب 11488 ft، قله مخزن 9289 ft زیر سطح آب آزاد است. تخلخل متوسط شکاف ها تقریبا 0.001درصد و متوسط تراوایی شکاف ها 1000 md است. تخلخل متوسط ماتریکس 0.1 و متوسط تراوایی افقی ماتریکس براي همه لایه ها 1md است.
.6-1 خصوصیات سیال مخزن :
فشار اولیه مخزن در عمق 11200 فوت، 5710 psi و دماي مخزن 214 F است. فشار نقطه حباب مخزن بین 2425 و 2715 psi و نسبت گاز محلول به نفت مخزن نیز بین 0.56 و 0.64 Mscf/Stb است. چگالی و API نفت نیز به ترتیب ٣54.56 lb/ft و 30.24 است. براي آب مخزن در فشار 5710 psi، ضریب حجمی آب سازند 1.03bbl/stb، ضریب تراکم پذیري آب 1/psi٦2.9628 *10- و ویسکوزیته آب 0.66سانتی پویز گزارش شده است. ضریب تراکم پذیري سنگ مخزن در فشار 5710 psiمقدار /psi١ ^-5١٠1.65*گزارش شده است.
.7نتایج شبیه سازي مخزن و بحث:
شبیه سازي مدل دینامیک مخزن با استفاده از نرم افزار اکلیپس ) 300 امتزاجی) و اکلیپس 100 (غیر امتزاجی )، سه بعدي، سه فازي و روش حل معادلات کاملا صریح انجام شده است. براي شبیه سازي مخزن X، این مخزن به تعدادي زیادي بلوك تقسیم شده است. تعداد بلوك ها در راستاي X، Y و Z به ترتیب 30، 85 و 90 عدد می باشد. 60 عدد بلوك اول در راستاي Z مربوط به ماتریکس و 40 عدد دوم مربوط به شکاف هاست،چون مخزن شکاف دار می باشد. همچنین این مخزن با تخلخل دوگانه در نظر گرفته شده که این موضوع به این مفهوم است که جهت جریان از ماتریکس به سوي شکاف است و نفت از شکاف ها تولید می شود.
.8 اجراي تزریق گاز امتزاجی:
ترکیب گاز استفاده شده براي فرایند جابجایی امتزاجی در جدول 1 نشان داده شده است. تعیین و محاسبه حداقل فشار امتزاجی با استفاده از رابطه ایکین و همکاران انجام شده است. این رابطه تجربی براي گازهاي غنی شده، در مقایسه با دیگر روابط تجربی موجود، داراي دقت بالاتري است. حداقل فشار امتزاج پذیري، 4104 psi به دست آمده است. این فشار، پایین تر از فشار متوسط مخزن ( (4484 psi در سال 2008 است. بنابراین امتزاج پذیري براي شرایط فعلی مخزن با ترکیب گاز بیان شده دست یافتنی است.
جدول -1 ترکیب گاز تزریقی امتزاج پذیر
.9 بهینه کردن موقعیت چاه هاي تزریقی:
5 عدد چاه تولیدي در این مخزن وجود دارد و 3 عدد چاه تزریقی در این مخزن تعریف شد. سناریوهاي متفاوتی به منظور بررسی موقعیت و تعداد چاه هاي تزریقی بررسی گردید. شدت جریان تزریق براي هر چاه در تمام سناریوها ^ 6scf/day١٠*٢ در نظر گرفته شد. سناریو با 2 چاه تزریقی در قله مخزن و 1 چاه در قسمت پایین مخزن، به عنوان بهترین سناریو جهت تزریق انتخاب شد. این سناریو به دلیل این که شیب مخزن در این مکان، بسیار مناسب است باعث نفوذ دیر هنگام تر گاز در چاه هاي تولیدي، در مقایسه با سناریوهایی که در موقعیت هایی با شیب کم قرار دارند، می شود. همچنین اگر در قله مخزن تعداد چاه هاي تزریقی را افزایش دهیم ضریب بازیافت نهایی نفت افزایش پیدا نمی کند و فقط باعث تفوذ زود هنگام گاز در چاه هاي تولیدي می شود. سناریوي 4 و به علت دارا بودن ضریب بازیافت بیشتر در مقایسه با دیگر سناریوها به عنوان الگوي مناسب جهت تزریق انتخاب شد. مدل بررسی شده میدان X در شکل (4) و موقعیت چاه هاي تزریقی در سناریوهاي مختلف در جدول (2) نشان داده شده است.
