خانه / کتاب جزوه مقاله / کتب شیمی و پتروشیمی / تزریق گاز به چاه های کم فشار برای افزایش بهره وری

تزریق گاز به چاه های کم فشار برای افزایش بهره وری

کد محصول SH196

تعداد صفحات: ۷۵ صفحه فایل WORD

قیمت: ۱۲۰۰۰ تومان

دانلود فایل بلافاصله بعد از خرید

فهرست مطالب

مقدمه
فصل دوم:
روش های ازدیاد برداشت نفت از مخازن
فصل سوم:
تزریق امتزاجی گاز
فصل چهارم:
روش های تعیین حداقل فشار امتزاج
فصل پنجم:
افزایش بازیافت نفت با تزریق هوای گرم
فصل ششم
بررسی آثار تورمی تزریق گاز بر فشار اشباع و ضریب
انبساط حجمی نفت مخزن
فصل هفتم
کاربرد روش میکروبی در ازدیاد برداشت مخازن نفتی
منابع
مقــدمــه
نفت و گاز طبیعی حداقل تا یکصد سال آینده به عنوان عمده ترین منابع انرژی در جهان باقی خواهد ماند . در ایران به عنوان کشوری که بیش از ۱۰% کل مخازن نفت جهان و ۱۳% کل مخازن گاز دنیا را دارا است ، صنایع نفت و گاز و صنایع وابسته به آنها در درجه اول اهمیت قرار دارند . پس از عملیات حفر چاه و اصابت آن به مخزن نفت به دلیل فشار زیاد موجود درمخزن ؛ جریان نفت به سوی دهانه خروجی چاه سرازیر می شود . این مرحله از استخراج که عامل آن فشار داخل خود مخزن است به بازیافت اولیه ( primary recovery ) نفت موسوم است ، با افزایش تولید و کاهش فشار ؛ میزان تولید نیز کاهش می یابد تا اینکه فشار به حدی می رسد که دیگر تولید نفت اقتصادی نمی باشد . در این مرحله ممکن است از ۳۰ تا ۵۰ درصد کل نفت مخزن استخراج شود علاوه بر فشار مخزن عوامل دیگری مانند خواص سنگ مخزن و میزان تخلخل آن و همچنین دمای مخزن نیز در میزان تولید مؤثرند .
به عنوان مثال ؛ کل نفت مخازن آمریکا حدود ۱۰۹ * ۴۰۰ بشکه بوده است که تا سال ۱۹۷۰ حدود ۱۰۹ * ۱۰۰ بشکه آن توسط روش های اولیه استخراج شده اند . البته هر چه میزان گاز آزاد در مخزن بیشتر باشد مقدار تولید نفت توسط این روش بیشتر است زیرا تغییر حجم گاز در مقابل تغییر فشار بسیار ناچیز است . به عنوان مثال در ایالت پنسیلوانیای آمریکا به دلیل پائین بودن نفوذ پذیری ( کمتر از ۵۰ میلی دارسی ) و انرژی کم مخزن که ناشی از پائین بودن مقدار گاز طبیعی آزاد است . میزان نفت استخراج شده با روشهای اولیه بین ۵ تا ۲۵ درصد کل نفت بوده است و به همین دلیل در ایالت نامبرده روشهای مرحله دوم ( SECONDARY RECOVERY ) از سال ۱۹۰۰ شروع شده است . از روشهای مؤثر در مرحله دوم یکی سیلابزنی آبی ودیگری سیلابزنی گازی یا تزریق گاز است . در روش سیلابزنی آبی ؛ آب با فشار زیاد در چاههای اطراف تولید نفت وارد مخزن شده و نیروی محرکه لازم برای استخراج نفت را بوجود می آورد . معمولاً در اطراف هر چاه نفت چهار چاه برای تزریق آب وجود دارد .
چاه آب ورودی* چاههای تزریقی
در روش سیلابزنی گازی ، گاز ( مانند گاز طبیعی ) با فشار به جای آب وارد مخزن شده و نفت را به طرف چاه خروجی به جریان می اندازد . در کشور ونزوئلا حدود ۵۰% گاز طبیعی تولید شده دوباره به چاههای نفت برای استخراج در مرحله دوم بر می گردند . نحوه تزریق گاز شبیه تزریق آب به صورت چاههای پنجگانه است . در مواردی که گرانروی نفت خیلی بالا باشد از تزریق بخار آب به جای آب استفاده می شود ، با کاهش گرانروی نفت ، جریان آن راحت تر صورت گرفته و سرعت تولید بالا می رود . پس از استخراج به کمک روشهای مرحله دوم هنوز هم حدود ۳۰ الی ۵۰ درصد نفت می تواند به صورت استخراج نشده در مخزن باقی بماند . در اینجاست که استخراج نفت به کمک روشهای مرحله سوم ( Thirdly recovery ) صورت می پذیرد .
یکی از روشهای مرحله سوم ، تزریق محلول مایسلار ( Micellar Solution ) است که پس از تزریق آن محلولهای پلیمری به عنوان محلول بافر به چاه تزریق می شود. در آمریکا ممکن است روشهای استفاده از محلول مایسلار تا ۵۰ درصد کل روشهای مرحله سوم را شامل شود.
محلول مایسلار مخلوطی از آب ، مواد فعال سطحی ، مواد کمکی فعال سطحی ، نفت و نمک است . در روشهای جدید تهیه محلول مایسلار ، نفت ، نمک و مواد کمکی فعال سطحی ، حذف گردیده اند. محلولهای مایسلار نیروی تنش سطحی بین آب و نفت را تا حدود ۰۰۱/۰ دین بر سانتیمتر مربع یا کمتر از آن کاهش می دهند.
گرانروی محلول پلیمری حدود ۲ تا ۵ برابر گرانروی نفت است . غلظت پلیمر حدود ۱۰۰۰ میلی گرم در لیتر جهت تهیه محلولهای مایسلار برای تولید هر بشکه نفت در سال ۱۹۵۷ می باشد . در حال حاضر پلی آکریلیمیدها ( Polyacrylimides ) و زیست پلیمرها در محلول بافر استفاده می شود. مواد فعال سطحی معمولاً سولفوناتهای نفتی سدیم هستند و از لحاظ خواص و ساختار شیمیایی شبیه شوینده ها می باشند . از الکلها برای مواد کمکی فعال سطحی استفاده می شود . هزینه این کار در آمریکا حدود ۵/۱ دلار بوده است . انتظار می رود تا سال ۲۰۰۰ در آمریکا حدود ۲ میلیون بشکه نفت در روز با استفاده از محلولهای مایسلار استخراج شود .
یکی دیگر از روشهای مرحله سوم روش احتراق زیر زمینی است. طی این روش اکسیژن موجود در هوا در زیر زمین با هیدروکربنها می سوزد و مقداری انرژی و گاز تولید می کند تا فشار مخزن بالا می رود . گرما همچنین گرانروی را کاهش داده و جریان نفت راحت تر صورت می گیرد . یک روش دیگر مرحله سوم که اخیراً مورد توجه فراوان قرار گرفته است، روش تزریق گاز دی اکسید کربن می باشد که جزیی از روش امتزاج پذیر است . گاز دی اکسید کربن بسیار ارزان بوده ، در نفت نیز حل می شود و گرانروی آن را کاهش می دهد . از روشهای دیگر مرحله سوم ، انفجارهای هسته ای در زیر زمین است که این انفجارها شکاف مصنوعی در سنگ ها بوجود می آورد و جریان نفت را ساده تر می کند .
یکی از مهمترین مسائلی که به هنگام بکارگیری مراحل بازیافت نفت ایجاد می شود ، مشکل رسوب آسفالتین می باشد . آسفالتین ها در نفت به وسیله رزین ها تحت شرایط مطلوب بصورت معلق نگاه داشته می شوند. در واقع می توان پدیده تعلیق و یا حلالیت ذرات آسفالتین در نفت خام را یک پدیده ترمودینامیکی تعادلی عنوان نمود و تغییر در هر عاملی که این تعادل را بر هم زند ، می تواند حالت تعلیق را از میان برده و سبب بروز پدیده تجمع ذرات آسفالتین به یکدیگر و در نهایت رسوب آنها شود.
استخراج نفت بخصوص شیوه های بکارگیری در روشهای مرحله دوم و سوم بازیافت نفت اغلب باعث ایجاد برخی تغییرات در رفتار جریان ، خواص تعادلی فازها و خواص سنگ مخزن می شوند که این تغییرات می توانند تعادل ترمودینامیکی را بر هم زنند و سبب تشکیل رسوب آسفالتین در سنگ مخزن شوند
آسفالتین ترکیبی است آروماتیک با چند بنزنی ( Polyormatic ) با وزن مولکولی بالا که در هپتان نرمال نامحلول اما در تولوئن محلول می باشد . پارامترهای مؤثر در تشکیل رسوب آسفالتین شامل ترکیب درصد یا غلظت ، دما ، فشار ، حلال تشکیل دهنده رسوب و مشخصه های هیدرودینامیکی و پتانسیل جریانی و…… می باشد.
بررسی و مطالعه مقالات مختلف درمورد مسائل مربوط به رسوب آسفالتین در میادین نفتی بیانگر مواجه عمده با این مسئله در بخش های عملیات بهره برداری از نفت و همینطور در روشهای ازدیاد برداشت از مخازن نفت و غالباً در ترزیق های امتزاجی است.
رسوب آسفالتی در برخی میادین نفتی نقاط مختلف جهان در خلال تولید و فراورش نفت از مسائل بسیار جدی محسوب می گردد. در بعضی از میادین چاه هایی وجود داشته است که در آغاز بهره برداری ۳۰۰۰ بشکه در روز دبی تولیدی داشته اند لیکن ظرف مدت کوتاهی پس از تولید ، جریان نفت در آنها قطع شده است . هزینه تعمیر و رفع اشکال این چاه ها از لحاظ اقتصادی بسیار قابل ملاحظه است . اغلب مشاهده شده است که پس از بستن موقت چاه ها و یا اسیدزنی آنها لخته های آسفالتینی باعث انسداد نسبی و در مواردی انسداد کامل چاه ها شده است . در برخی از موارد نیز رسوب آسفالتین در داخل لوله های مغزی مشکلات متعددی ایجاد نموده است که شستشو یا تراشیدن و تمیز کردن لوله های مغزی را جهت حفظ سطح تولید ایجاب کرده است . در یک حالت دیگر مشکلات ناشی از آسفالتین ، از رسوب آن در خلال تولید اولیه گرفته تا رسوب و انعقاد آن در اثر اسیدزنی به چاه ها و تزریق انیدرید کربنیک برای ازدیاد برداشت از نفت مشاهده شده است . حتی برای مخازنی که رسوب آسفالتین در خلال تولید طبیعی یا اولیه گزارش نشده بود . این رسوب در حین پروژه های ازدیاد برداشت در لوله های مغزی چاه های تولیدی مشاهده گردیده است . به عنوان مثال برخی میادین مشخص که با مشکل رسوب آسفالتین مواجه اند عبارتند از :
ـ میدان Prinos ـ شمال دریای اژه ، یونان
ـ میادین Mata Acema و Boscan ، ونزوئلا
ـ میدان Ventura Avenue ، کالیفرنیا
ـ میدان Gachsaran لایه های مخزن آسماری ، ایران
ـ میدان Hassi Messaoud ، الجزایر
از آنجایی که سیلاب زنی امتزاجی دارای پتانسیل بازیابی نفت بیشتری نسبت به روشهای معمول تزریق آب می باشد ، در ایران به دلیل دارا بودن بیش از ۱۳ % کل مخازن گاز دنیا اکثراً به منظور ازدیاد برداشت از روش تزریق گاز طبیعی استفاده می شود . به عنوان مثال می توان به واحدهای تزریق گاز در منطقه جایزان ، تزریق گاز خروجی کارخانه ۱۰۰۰ NGL آغاجری و تزریق گاز پازنان توسط کارخانه ۹۰۰ NGL گچساران جهت تحریک میادین نفتی اشاره کرد . نفت با جذب گاز به مانند هیدروکربنی مایع با کشش سطحی پائین عمل می کند که با رزین ها قابل امتزاج است . بدین ترتیب اجسام حافظ (رزین ها ) از آسفالتین ها جدا شده و آسفالتین ها پس از انعقاد به عنوان یک فاز سنگین رسوب می کنند . گاز به عنوان حلال تشکیل دهنده رسوب عامل برهم زننده تعادل ترمودینامیکی شناخته می شود .
در پاره ای از میادین ، پارامترهای مؤثر دیگر در تشکیل رسوب آسفالتین مانند دما، فشار و….. می توانند عامل جابجایی تعادل ترمودینامیکی و مسبب رسوب آسفالتین شناخته شوند .
احتمال بسته شدن منافذ وکم شدن یا از بین رفتن نفوذ پذیری سیال از درون بستر متخلل سنگ در اثر به وجود آمدن رسوب یاد شده ، باعث می شود که پروژه های ازدیاد برداشت با دید محتاطانه ای نظر شده و به عوارض جانبی در کنار اثرات مثبت آنها در بالا بردن میزان نفت قابل برداشت نیز توجه شود. لازم بود برای رفع مشکلات ناشی از رسوب آسفالتین که سبب انسداد مخازن نفتی ، کاهش نفوذ پذیری ، هزینه های عملیاتی و از دست دادن منابع نفتی می شود ، کارهای تحقیقاتی و مطالعاتی انجام گیرد .
در کارهای تحقیقاتی و مطالعاتی که تاکنون انجام شده اغلب سیستم های ناپیوسته و فاقد محیط متخلخل مد نظر قرار گرفته اند که اصولاً هدفشان پاسخ دادن به این سؤال می باشد که « کی » و در کل « چه مقدار » رسوب تحت شرایط مشخص تشکیل خواهد شد . لذا با این طرز تفکر در امر تحقیق ، مدل های ترمودینامیکی را به کار گرفتند که فقط قادرند رفتار سیستم را به هنگام تعادل پیش بینی کنند و از ارائه رفتار سیستم نسبت به زمان عاجزند .
عدم توجه به سرعت سیال و بستر متخلل سنگ مخزن یکی از جمله عواملی بود که سبب می شد تا معمای بسته شدن اطراف دهانه چاه بدون جواب بماند . در کار حاضر ملاحظه خواهید نمود که این معضل صرفاً در محدوده مکانیک سیالات ، طبیعت رسوب آسفالتین و ساختار محیط متخلخل بوده و تنها کاری که در اینجا از مدل های ترمودینامیکی پیشنهاد شده بر می آید ، این است که مشخص می نماید در شرایط موجود رسوبی تشکیل می شود یا خیر و اگر می شود میزان آن چقدر است ؟
مدل های ترمودینامیکی پیشنهاد شده از طرف شرکت شل و پرفسور منصوری از دانشگاه ایلینوی آمریکا راحت به این سؤال پاسخ می دهند که تحت چه شرایط ترمودینامیکی رسوب آسفالتین ایجاد می شود ؟ ولی قادر نیستند با توجه به مقدار و طبیعت ذرات رسوب پیش بینی کنند حرکت نفت در سازند چگونه بوده و تأثیر آن در بازیافت نهایی چه خواهد بود ؟
از نظر مهندسی مخزن، مهم خطر آفرینی رسوب آسفالتین از نقطه نظر تشکیل و میزان آن نیست ؛ بلکه مهم اینست که رسوبات ایجاد شده به شکلی از محیط متخلخل تخلیه شده و باعث بسته شدن منافذ سنگ مخزن نگردند . چنانچه بوجود آمدن و عبور ذرات ایجاد شده در محیط متخلخل طوری باشد که سیستم متخلخل مخزن مواجهه با کاهش نفوذ پذیری نسبت زمان نگردد . نگرانی که از ناحیه رسوب آسفالتین متوجه مخزن می باشد ، بدون پایه خواهد بود. لذا در کار حاضر از این زاویه به مسئله نگریسته شده و با استفاده از یک دستگاه نیمه صنعتی آزمایشگاهی به طور تجربی در محیط متخلخل آن هم به صورت پیوسته ( Continuos ) حرکت نفت در سازند و تأثیر آن در بازیافت نهایی با توجه به مقدار و طبیعت ذرات رسوبی بررسی شود.
بنابراین در کار حاضر روند کار بدین قرار است که پس از موفقیت در طراحی ، نصب و کارایی سیستم در فشارهای مختلف ، میزان نفوذ پذیری بستر متخلخل در شدت جریانهای مختلف بر حسب زمان طبق قانون دارسی محاسبه می شود . سپس مدلی بسیار جالب که دو تئوری اضافه بر سطح ( Surface Exces ) و به دام افتادن مکانیکی ( Mecanical Entrapment ) را هم زمان بکار می برد ، ارائه می گردد که در نهایت به کمک این مدل ، سیستم توسط یک برنامه قابل انعطاف رایانه ای شبیه سازی می گردد . در ضمن نتایج آزمایشها با پیش بینی های مدل مقایسه و مورد بحث واقع می شوند .تئوری اضافه بر سطح ، پدیده جذب سطحی آسفالتین را و تئوری به دام افتادن مکانیکی ، پدیده های نشست ، کنده شدن ، گلوله برفی و پل زدن را در بستر متخلخل توجیه می کند . در این مدل از پدیده های طبیعی و تکنیک های کلاسیک برای محاسبه پارامترهای مورد نیاز استفاده شده است . این روش در حال حاضر تنها ابزار موجود در بررسی عملکرد و رفتار حرکت نفت در سازند ، با توجه به مقدار و طبیعت ذرات رسوب می با شد که قادراست تأثیر این مقدار رسوب را در بازیافت نهایی پیش بینی کند. محققینی چون پرفسورمنصوری ، رسام دانا ، نیک آذر و …. با ارائه مدل های ترمودینامیکی قصد دارند ضمن شناخت پارامترهای مؤثر در تشکیل رسوب ، میزان آن را در مخازن نفتی وتجهیزات فرآیندی پیش بینی کنند لیکن در اینجا سعی می شود که با تنظیم شدت جریان،رسوبات ایجاد شده از سیستم تخلیه شوندتا سبب کاهش نفوذ پذیری و یا از دست دادن آن وهزینه های عملیاتی نظیر اسید زنی ، پاکسازی و ….. نشوند.
در حال حاضر ضمن پی بردن به راز بسیاری از مجهولات در زمینه طبیعت رسوب آسفالتین ، محیط های متخلخل و مخازنی که با مشکل رسوب مواجه اند را بررسی می کنیم ، پس ازشناخت دقیق مکانیزم نفوذ پذیری و پارامترهای مؤثر برآن ، راه حل های مناسبی برای کاهش نشست یا افزایش نفوذ پذیری مانند انتخاب سیال مناسب جهت تزریق ، تنظیم شدت جریان با تنظیم فشار چاه ، تنظیم فشار تزریقی ، ایجاد سوراخ های مناسب در لوله حفاظ چاه ( Casing ) ، استخراج نفت در چند نقطه مخزن و…. ارائه می شود که باعث کاهش هزینه های عملیاتی و حفظ منابع زیر زمینی برای نسل آینده خواهد شد. اصولاً با شیوه های اولیه و ثانویه بازیافت نفت( O il recovery )در حال حاضر حدود ۳۰% الی ۵۰% نفت موجود را می توان استخراج نمود . اصولاً شیوه های برداشت معمولی ، بیشترین درصد نفت را باقی می گذارد و همین دلیل قوی است برای گسترش و ابداع روش ها و فرآیندهایی که بتواند بازده بیشتر را به همراه داشته باشد . تا کنون تحقیقات آزمایشگاهی متعددی صورت گرفته و شیوه های جدید بهره وری گسترش یافته است . بسیاری از این شیوه ها در مخازن به کار گرفته شده و با موفقیت نیز همراه بوده است . کاربرد این شیوه ها به دنبال تخلیه نفت بوسیله تزریق آب و یا گاز صورت می گیرد. هر فر‎آیند جدیدی اگر به عنوان بهره وری ثانویه بکاربرده شود مؤثرتر خواهد بود مضافاً بر اینکه عمر عملکرد مناسب مخزن با بکار بردن شیوه های جدید افزایش خواهد یافت .
تا کنون روش های بهره وری جدید به لحاظ مسائل و مشکلات اقتصادی با توجه به قیمت تمام شده نفت استخراجی ، در تولید نفت به عنوان مسئله ای مهم ، مطرح نبوده اند . هر چند با افزایش قیمت نفت این روش ها اهمیت بیشتری خواهد یافت .امروزه مشکل می توان بخشی از زندگی را نام برد که به صورت مستقیم و یا غیر مستقیم مشتقات نفتی در آن نقش نداشته باشد .
استفاده ار انواع سوخت ها در صنایع سنگین و سبک و کاربرد روزافزون انواع فرآورده ها و مشتقات نفتی در صنعت دارو سازی ، صنایع غذایی ، صنایع پتروشیمی و صنایع نساجی اهمیت نفت را افزایش داده و نیاز مبرم انسان به دانش علمی و فنی در زمینه ازدیاد برداشت نفت ، صرفه جویی در مصرف و استفاده بهینه از این کالا را محسوس می نماید و این میسر نمی باشد مگر از طریق تحقیق ، بررسی و مطالعه بیشتر دراین زمینه .
هدف کلی آن است که به طور خلاصه تکنولوژی جهت افزایش بازیابی نفت های دور از دسترس در مخازن ، مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد .
دانستن این نکته ضروری که ازدیاد برداشت نفت از مخازن با روشها و پروسس های مختلف ممکن می گردد که این روش ها در همه مخازن قابل اجرا نمی باشد .
معیارهای انتخاب یک پروسس E.O.R بسیار پیچیده بوده و عبارتند از :
پتروفیزیکالی ، شیمی ، رئولوژی ، عوامل محیطی و خواص سیالی که برای هر حالت بخصوص باید مورد توجه قرار گیرد .
وجه تمایز مخازن نفت و گاز می تواند تخلخل و نفوذ پذیری آب نمک ، نحوه اتصالات ، سوراخها ، منافذ ، اندازه ها و اشکال مختلف باشد . این مخازن شامل صخره های مختلفی هستند که عمدتاً صخره های ماسه ای ، صخره های سنگ ماسه ، صخره های کلوخی و صخره های آهکی می باشند که دارای شیارها و فضای مختلف برای عیور سیال می باشند