بخشی از مقاله
مقدمه:
چاه هوشمند چاهی است که به یک سری ابزار و ادوات سختافزاری و نرمافزاری تجهیز شده و از طریق یکپارچه کردن عملکرد تجهیزات، بهرهدهی از مخازن را به طور چشمگیری بهبود میبخشد. استفاده از این تکنولوژی سبب کاهش هزینههای سرمایهگذاری اولیه و عملیاتی شده و از طریق بهبود مدیریت مخازن سبب افزایش میزان هیدروکربور قابل استحصال میشود.
برای تعیین میزان ارزش واقعی و کاملی که تکنولوژی میدان هوشمند میتواند ایجاد کند، یک حلقهی بستهای ارائه می شود
که در شکل 1 آمدهاست. ارزش افزوده کامل این تکنولوژی زمانی حاصل میشود که این حلقه بهطور کامل بسته شده و به
شیوه مناسب اجرا شود.
همانطور که در این شکل 1 نشان داده شده است، به طور کلی میتوان میدان هوشمند را به چهار بخش تقسیم نمود.
➢ سخت افزار
➢ داده
➢ مدل
➢ طرح و تصمیمگیری
این چهار بخش توسط حلقهای موسوم به حلقه ارزش1 با یکدیگر در ارتباط هستند بهطوریکه برخی فعالیتهای مندرج در این حلقه حالت واسط بین چهار مرحله فوق دارند نظیر مرحله انتقال داده که نقش واسط بین مرحله سختافزار و داده را بر عهده دارد.
این حلقه، بر اساس یک الگوریتم کنترلی نظیر کنترل بهینه، کنترل پیشبینی یا تطبیقی یک مسیر بهینه جهت رسیدن به شرایط عملیاتی بهینه را محاسبه مینماید. در نهایت سیگنالهای کنترلی توسط سیستم انتقال فرمان به شیر کنترلهای درونچاهی ارسال میگردند. بدین ترتیب حلقه ارزش میدان هوشمند تکمیل میگردد و مجدداً در لحظه بعدی کلیه دادههای مربوط به
شرایط عملیاتی توسط حسگرهای نصب شده اندازهگیری و جمعآوری میشوند و این حلقه تکرار میشود.
از آنجا که از بروز یک ایده جدید تا تولید یک محصول، ورود به بازار و استقبال مشتریان از محصول، مسیری طولانی باید
طی شود، برای هر ایده جدید، تمهیدات و ریسکهای خاص خود وجود دارد. مدیریت مرحلهای درگاهی، ابزاری برای
نظارت مستمر بر پروژههای تجاریسازی و توسعه محصول جدید، بر مبنای شاخصهای تجاری، از ابتدای ارایه ایده تا انتهای کاربرد تجاری است.
مراحل جریان کاری یا به عبارت دیگر الگوی هوشمند سازی و ملزومات آن که شکل آن در زیر آمده است به تفصیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در یک نگاه کلی این الگو به شش فاز تقسیمبندی میشود که عبارتند از: فازهای شناسایی،
ارزیابی، انتخاب، تعریف، اجرا و عملیات.
1 Value Loop
100
ارائه یک روش جامع برای تعیین ضریب اهمیت عوامل زمینشناسی، محیطزیست و …
شکل:1 حلقه ارتباط شاخههای درخت تکنولوژی (1)
شکل:2 فازهای مختلف تدوین الگوی هوشمندسازی((1
کلید موفقیت در پروژه مخازن هوشمند، شناسایی و بهکارگیری وجه مشترک میان تخصص های مختلف و مرتبط است. در
سه فاز اول الگوی تدوین شده هوشمندسازی، فرصتهایی که به واسطه بهکارگیری تکنولوژی مخازن هوشمند بهدست می-آید شناسایی میشوند و امکانپذیری بهکارگیری این تکنولوژی مورد ارزیابی واقع میگردد. در مرحله انتخاب با توجه به
زمان بر و هزینه بر بودن مدلسازی و شبیهسازی هوشمندی مبتنی بر تحلیل ریسک، لازم است تا در مرحله اول در قسمت
انتخاب، اولویتبندی بین گزینهها (مخازن مختلف) انجام شود. در این مطالعه، با توجه به ماهیت مساله و وجود پارامترهای مختلف تصمیمگیری و اهمیت موضوع استقلال یا وابستگی پارامترها نسبت به هم، از روشهای تحلیل سلسله مراتبی استفاده شده و به تفصیل مورد بحث قرار میگیرد. در فاز تعریف، اصولاً مسئله سازگاری اجزای چاههای هوشمند با اجزای دیگر در چاه، زیر دریا (در صورت فراساحلی بودن مخزن) و سیستمهای سطحی مدنظر قرار میگیرد. کلید موفقیت در فاز اجرا، یک
برنامه دقیق ارزیابی و کنترل کیفیت میباشد که در نصب موفق سیستم هوشمند کمک شایانی خواهد نمود. در فاز عملیات،
یک محیط کاری همکارانه1 پیشنهاد میشود تا دادهها، اطلاعات و نیروی انسانی از مکانهای مختلف شامل محل عملیات و
اداره مرکزی در یک مکان گرد هم آیند تا تصمیم گیری به هنگام جهت بهینه سازی صورت پذیرد.
به طور کلی، سه فاز اول منجر به انتخاب مخزن با اولویت بالاتر جهت هوشمند سازی میشود. در سه فاز بعدی با توجه به
انتخاب صورت گرفته، چگونگی انتخاب و اکتساب کلیه تجهیزات لازم تا اجرایی شدن پروژه هوشمند سازی مدنظر قرار
خواهد گرفت.
شناسایی فرصتهای هوشمندسازی مخازن اولین گام در انجام یک پروژه هوشمند سازی است . هدف از این فاز پاسخگویی به این پرسش است که آیا بهکارگیری تکنولوژی هوشمند در توسعه میدان ارزش افزوده ایجاد خواهد کرد. به عبارت دیگر،
1 Collaborative Work Environment
101
مجله زمین شناسی نفت ایران، جلد3، شماره3، 1391
در این فاز با توجه به قابلیتهایی که این تکنولوژی دارد، مخازنی که پتانسیل جذب این قابلیت ها را دارند شناسایی شده و سپس برای انجام مراحل بعدی الگوی هوشمندسازی مورد بررسی و مطالعه قرار میگیرند.
.2 طرح مساله:
مساله اصلی این است که درست است که با به کارگیری تکنولوژی هوشمند در مخازن و چاهها ممکن است ایجاد ارزش
افزوده شود اما این تکنولوژی برای بعضی مخازن ذاتاً مناسب تر است ولی حتی اگر برای تمامی مخازن قابل استفاده باشد با
توجه به محدودیتهای مالی و زمانی بایستی میزان ارزش افزوده در هر کدام سنجیده شود و مخازن برای به کارگیری این
تکنولوژی اولویتبندی شوند. لذا برای این تصمیم چه پارامترهایی برای غربالگری مخازن باید مد نظر قرار گیرد و وزن هر کدام و ارتباط درونی این پارامترها چگونه باید باشد؟
روش حل مساله
فرآیند انتخاب یک مخزن جهت هوشمندسازی باید جامع باشد تا اطمینان خاطر نسبت به اولویتبندی ایجاد شود. باید کلیه
جوانب علاوه بر بحث افزایش ضریب بازیافت1 و تحلیل حساسیت2 پارامترها و تمامی عوامل تاثیرگذار میبایست مدنظر
قرار گیرد.
بر اساس بررسیهای مفصل و طوفان مغزی3 های متعدد انجام شده پارامترهای فنی و غیرفنی متعدد نظیر تعداد و نوع چاه، تعداد و ضخامت لایه نفتی و ضخامت Net Pay، فاصله لایه نفتی از سطح تماس آب و نفت و گاز، دبی، تراوایی و فشار، نرخ تغییرات و مشکلات و عوامل غیر فنی استخراج شده است. براساس مطالعات مدون و منظم پارامترهای مختلف در گروهها و زیرگروههای مختلف تقسیمبندی شده و جهت انجام اولویتبندی از طریق روش تحلیل سلسله مراتبی، درخت تصمیمگیری
ترسیم گردیده است.در این بررسی دو سری ماتریس تولید4 شده که سری اول مربوط به اهمیت پارامترهای هوشمندسازی
نسبت به همدیگر بدون توجه به مخازن واقعی و سری دوم ماتریسها اهمیت کاربرد این پارامترها در مخازن نفتی نسبت به یکدیگر بوده است که در نهایت از تلفیق ضرایب وزنی در دو ماتریس مذکور و استفاده از نرم افزارهای تصمیم گیری، اولویتبندی مخازن جهت بهکارگیری این فناوری انجام پذیرفته است.
.3 معرفی اجزای درخت تصمیم گیری
.1-3 عوامل اقتصادی
o هزینه سرمایه: هزینه سرمایه شامل هزینههای حفاری، تکمیل (سیمانکاری، مشبککاری)، هزینه لولهها و
وسایل درون چاه و تجهیزات سر چاهی است. استفاده از چاه هوشمند با توجه به مزایایی که ایجاد میکند سبب کاهش هزینههای سرمایه میشود. باید میزان کاهش هزینه سرمایه در هر یک از مخازن را با بهکارگیری تکنولوژی مخازن هوشمند به صورت تخمینی بررسی کرد.
o هزینه عملیاتی: هزینههایی است که صرف تولید نفت و ملزومات آن (تعمیر و نگهداری، نیروی انسانی و غیره) میشوند. باید میزان کاهش هزینه عملیاتی در هر یک از مخازن را با بهکارگیری تکنولوژی مخازن هوشمند به صورت تخمینی بررسی کرد.
Recovery Factor Sensitivity Analysis Brain storming Generate
1
2
3
4
102
ارائه یک روش جامع برای تعیین ضریب اهمیت عوامل زمینشناسی، محیطزیست و …
o درآمد نفتی: میزان درآمد حاصل از افزایش ضریب بازیافت با استفاده از تکنولوژی مخازن هوشمند برای هر یک از مخازن بررسی میشود. البته در اینجا براساس آنچه که در مقالات مربوط به این تکنولوژی در مورد افزایش ضریب برداشت ذکر شده بسنده میشود و شبیهسازی بر روی مخازن انجام نمیپذیرد. به عنوان مثال در مقالات مختلف افزایش ضریب بازیافت حدود 2-10 درصد نیز وجود داشته است. این مقدار میتواند به عنوان مبنای محاسبات تخمینی در این بخش باشد.
.2-3 عوامل محیط زیستی
با توجه به آنکه بهکارگیری تکنولوژی هوشمند در حفظ محیط زیست از آلودگی کمک شایانی میکند، این عامل نیز به عنوان
یکی از عوامل اثرگذار در اولویتبندی هوشمندسازی انتخاب شده است. در این مورد هر چه میدان از لحاظ شرایط محیط زیستی حساستر باشد هوشمندسازی در آن اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد.
در این زمینه موارد ذیل قابل ملاحظه است:
حساس بودن محل میدان از لحاظ مسئله بهداشت محیطزیست (تزریق آبهای زائد و گاز به لایههای زیرین) کم شدن تولید سیال ناخواسته به دلیل قابلیت تکنولوژی هوشمند بر کنترل تولید این نوع سیالات
باید به این مسئله توجه داشت که با توجه به آنکه تکنولوژی هوشمند در جهت تغییر سناریوهای توسعه میادین کمک
مناسبی میکند میتوان با تعداد چاههای کمتر البته با نوع متفاوت (افقی، چندشاخه) میادین را توسعه داد.
.3-3 عوامل زمینشناسی و فنی درجه ناهمگونی
یکی از کاربردهای تکنولوژی هوشمند از بین بردن مشکلات تولید آب و گاز ناخواسته است. چون منشا تولید آب و گاز
ناخواسته از ناهمگونی، فاصله مشبک کاریها تا سطوح آب و نفت و گاز و فشار کلاهک گازی و قدرت آبده ناشی میشود بنابراین به جای مقایسه مخازن بر مبنای مشکلات تولید، بر مبنای پنج عامل فوق الذکر در تولید آب و گاز ناخواسته مقایسه شدهاند. وجود ناهمگونی زمینشناسی، تفاوت چشمگیر تراوایی افقی و عمودی و تخلخل در بخشهای مختلف مخزن،
لیتولوژی، مدل شکافها و غیره باعث میشود که تغییر و تحولاتی که در جریان سیال در ته چاه رخ میدهد، قابل پیشبینی
نباشد. بهطور کلی هر چه درجه ناهمگونی بیشتر باشد تمایل بیشتری جهت هوشمندسازی وجود دارد چرا که این تکنولوژی
اثرات منفی این خصوصیت مخزن بر عملکرد تولید را کاهش میدهد.
عمر میدان
میدان سبز:1 این معیار هم شامل میادینی است که هنوز وارد فاز توسعه نشدهاند و اطلاعات خوبی از آنها در دست نیست و
هم میادینی است که از شروع فاز توسعه آنها زمان زیادی نمیگذرد.
میدان قهوهای:2 میادینی که از شروع فاز توسعه آنها زمان زیادی میگذرد.
بهطور کلی هر چه عمر میدان کمتر باشد هوشمندسازی با توجه به اطلاعات مناسبی که در اختیار قرار میدهد منجر به بهبود سناریوی تولید و بهبود طرح جامع توسعه3 میگردد. به عبارت دیگر هر چه زمان باقی مانده از عمر یک میدان بیشتر باشد،
ارزش افزوده ناشی از هوشمندسازی بیشتر خواهد بود.
به دلیل آنکه از زمان انتخاب و مطالعه و بررسی میادین تا انجام مناقصه و خرید تجهیزات و نصب این تکنولوژی در چاهها
زمان زیادی طول میکشد، بنابراین تصمیم گرفته شد، در این فاز میادینی که عمر کمتر از 15 سال دارند وارد فاز انتخاب نشوند.
Green Field Brown Field Master Development Plan
1
2
1
103
مجله زمین شناسی نفت ایران، جلد3، شماره3، 1391
نوع چاه حفر شده : از لحاظ افقی، عمودی، انحرافی و چند شاخه بودن چاهها در میادین و اینکه اکثریت چاهها به چه شکلی هستند و یا به چه صورتی حفر خواهند شد؛ باید در تصمیمگیری برای هوشمندسازی لحاظ گردد. هر چه چاهها از حالت عمودی فاصله داشته باشند هوشمندسازی از اهمیت بالایی برخوردار خواهد بود و منجر به ارزش افزوده بیشتری خواهد شد.
لایهبندی : با توجه به قابلیت کنترل و بهینهسازی که در تکنولوژی هوشمند وجود دارد یکی از مواردی که باعث میشود به-کارگیری تکنولوژی در مخازن از اهمیت بالاتری برخوردار باشد لایهای بودن مخزن میباشد که میتوان بهصورت آمیخته و یا تولید ترتیبی از آنها تولید کرد.
اگر به ریشه یابی عوامل تولید آب و گاز ناخواسته پرداخته شود، این مسئله دارای سه عنصر می باشد که عبارتند از: درجه
ناهمگونی، فاصله مشبک کاریها تا سطوح آب و نفت و گاز، قدرت آبده و فشار کلاهک گازی.
شکل :2 عوامل ریشه ای تولید آب و گاز ناخواسته
فاصله از سطح تماس آب و نفت:1 همانطور که در قبل توضیح داده شد یکی از مواردی که منجر به مشکل تولید آب
ناخواسته میشود فاصله مشبک کاریها تا سطح تماس آب و نفت می باشد. با فرض یکسان بودن دیگر عوامل، هر چه چاه-های موجود در یک میدان دارای مشبک کاریهایی با فاصله کم از سطح تماس آب و نفت باشد بهکارگیری تکنولوژی هوشمند در میدان فوق الذکر در اولویت بالاتری خواهد بود. نمونهای از میادین که اجبارا فاصله مشبکها از سطح تماس آب و نفت کم میباشد، میادین با ضخامت کم است.
فاصله از سطح تماس نفت و گاز:2 همانطور که در قبل توضیح داده شد یکی از مواردی که منجر به مشکل تولید گاز
ناخواسته میشود، فاصله مشبک کاریها تا سطح تماس نفت و گاز میباشد. با فرض یکسان بودن دیگر عوامل، هر چه چاه-
های موجود در یک میدان دارای مشبک کاریهایی با فاصله کم از این سطح باشد بهکارگیری تکنولوژی هوشمند در میدان
فوق الذکر در اولویت بالاتری خواهد بود. نمونهای از میادین که اجبارا فاصله مشبکها از سطح تماس نفت و گاز کم می
باشد، میادین با ضخامت کم است.
قدرت آبده:3 یکی از مهمترین عواملی که در تولید آب ناخواسته میتواند اثر داشته باشد قدرت آبده است. در صورتی که عوامل دیگر در تولید آب ناخواسته در میادین مختلف یکسان فرض شود آنچه که باعث ارجح شدن یک میدان نسبت به
دیگری برای هوشمندسازی میشود، قدرت آبده است.
فشار کلاهک گازی:4 یکی از مهمترین عواملی که در تولید گاز ناخواسته می تواند اثر داشته باشد فشار کلاهک گازی می-
باشد. در صورتیکه عوامل دیگر در تولید گاز ناخواسته در میادین مختلف یکسان فرض شود آنچه که باعث ارجح شدن یک
1 Water -Oil Contact 2 Gas-Oil Contact 3 Aquifer Strength 4 Gas Cap Pressure
104
ارائه یک روش جامع برای تعیین ضریب اهمیت عوامل زمینشناسی، محیطزیست و …
میدان نسبت به دیگری برای هوشمندسازی میشود، این عامل است. لازم به ذکر است در صورتی که فشار کلاهک گازی در دو میدان یکسان باشد حجم گاز کلاهک گازی برای مقایسه مدنظر قرار خواهد گرفت.
.4-3 عوامل جغرافیایی
• آب و هوا: یکی از فواید و کاربردهای تکنولوژی هوشمند، استفاده از آن در شرایط آب و هوایی بد است. روحیات کارکنان در شرایط نامناسب جوی تحت الشعاع قرار میگیرد و به تبع آن بازدهی کار آنها به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. اما با بهکارگیری این تکنولوژی و بهرهگیری از قابلیت کنترل از راه دور این مشکل برطرف خواهد
شد.
