up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله شکستگي هاي مصنوعي PDF
QR code - شکستگي هاي مصنوعي

شکستگي هاي مصنوعي

آشنايي با مفاهيم ايجاد شکستگي هاي مصنوعي به روش هيدروليکي

● Hydraulic Fracturing
از نقطه نظر مهندسي نفت و گاز و بهره برداري از مخازن هيدروکربوري، افزايش بهره دهي در چاه ها به ويژه در چاه هايي با نفوذ پذيري کم يا چاه هاي آسيب ديده يکي از مهمترين اهداف مي باشد. تا به امروز روش هاي متفاوتي براي افزايش ميزان بهره دهي چاه ها ارائه و انجام شده است که هر يک مي تواند به طريقي موجب بهبود عملکرد چاه ها گردد. از مهمترين روش هاي بهبود بهره دهي چاه ها، اثر گذاشتن بر فيزيک سنگ مخزن مي باشد که در آن سعي مي شود تا ساختار فيزيکي سنگ مخزن بهبود يابد. از جمله مهم ترين اين روش ها مي توان به ايجاد شکستگي هاي مصنوعي در سنگ مخزن اشاره کرد.
همانطور که مي دانيم، نفت و گاز در فضاي حفره ها و شکاف هاي طبيعي در سنگ هاي زير سطح زمين تجمع مي يابد. وقتي که چاهي در درون اين سنگ هاي حاوي سيالات هيدروکربني، حفاري مي شود به علت ايجاد پروفايل فشاري، سيالات بايد از داخل سنگ هاي اطراف چاه به درون چاه حرکت کنند و سپس از درون چاه به سطح زمين منتقل شوند. اگر خلل و فُرج هايي که در سنگ مخزن وجود دارند به هم متصل باشند و سيال به راحتي به درون چاه حرکت کند، سنگ مخزن را سنگي با نفوذ پذيري بالا مي دانيم ولي در مورد نفوذپذيري هاي پايين، سيال به راحتي قادر به حرکت از داخل سنگ مخزن به درون چاه نيست. در اين گونه موارد کانال هاي داخل سنگ، آن گونه که بايد، اجازه ي حرکت سيال را به درون چاه نمي دهند پس چاه بهره وري اقتصادي ندارد زيرا به مقدار لازم از آن چاه سيال نفتي يا گازي توليد نمي شود. به همين دليل نياز به ايجاد شکاف ها و کانال هاي مصنوعي در داخل سنگ مخزن احساس مي شود. که در واقع اين کانال ها توان سنگ مخزن را براي هدايت سيال به درون چاه بالا مي برند، اين کانال ها معمولاً توسط عمليات شکاف هيدروليکي(Hydraulic Fracturing) ايجاد مي شوند.
ايجاد شکستگي مصنوعي يکي از روش هاي رايج در جهت انگيزش چاه ها براي افزايش توليد نفت و گاز مي باشد. در شکاف هيدروليکي، شکاف هايي از ديواره ي چاه به سوي سازند توليدکننده ي نفت و يا گاز ايجاد مي شود. اين تکنولوژي بارها در دنيا مورد استفاده قرار گرفته و هم اکنون نيز در حال به کارگيري است. در حين حفاري هر چاه، به ويژه چاه هاي گازي، هر چه عمق بيشتر مي شود، همراه با عمل حفاري و تکميل چاه حتما بايد از فن آوري ايجاد شکاف هيدروليکي نيز در چاه استفاده کرد. فن آوري شکاف هيدروليکي مي تواند توليد يک چاه را حداقل تا دو برابر افزايش دهد. پيشينه ي استفاده از اين روش به سال ۱۹۴۸ برمي گردد که در يکي از مخازن گازي آمريکا انجام شد. اما اولين بار در سال ۱۹۴۹ از اين روش به صورت تجاري و با بهرهدهي اقتصادي استفاده شد و به خاطر موفقيتي که در افزايش توليد آن چاه نفتي داشت، سريعا گسترش يافت. در حال حاضر بيش از نيمي از چاه هاي گازي و نفتي آمريکا بدون فن آوري شکاف هيدروليکي، قادر به توليد نيستند. امروزه در منطقه آمريکاي شمالي حدود ۲۵۰۰۰ مورد ايجاد شکستگي مصنوعي در سال انجام مي گيرد.
در اين منطقه ايجاد شکستگي هاي مصنوعي در حدود ۵۸% مربوط به چاه هاي گازي و ۳۸% مربوط به چاه هاي نفتي است. توليد نفت در تمام چاه هايي که از تکنولوژي شکاف هيدروليکي استفاده مي کنند ۲ تا ۵ برابر شده است. تا کنون مطالعات زيادي در مورد اين روش صورت گرفته است که نتايج آن در کتاب ها و مقالات متعدد به چاپ رسيده است. استفاده مناسب از اين روش مي تواند در بهبود نفوذپذيري سنگ مخزن و در نتيجه بهبود شاخص بهره دهي چاه ها نقش موثري ايفا نمايد. به اين منظور لازم است تا ضمن بررسي عوامل مختلف تاثير گذار بر بازدهي فرايند ايجاد شکستگي هاي مصنوعي، تاثير اين فرايند بر افزايش بازدهي چاه ها در مخازن ايران مورد بررسي قرار گيرد. از جمله ي مهترين عوامل تاثيرگذار بر روي شکاف هيدروليکي مي توان به موارد زير اشاره کرد:
۱) انتخاب بهترين سيال به منظور ايجاد شکاف و پر کردن شکافها و روشي جهت ايجاد شکستگي در مخازن نفتي و گازي: که تاثير بسيار مهمي در بازده اين عمليات دارد و اگر اين دو عامل به درستي و متناسب با شرايط مخزن صورت نپذيرد، عمليات شکاف هيدروليکي تاثير به سزائي بر روند توليد از مخزن نخواهد داشت. سيالي که براي ايجاد شکاف هاي هيدروليکي بکارمي رود يعني Hydraulic Fracturing Fluid يکي از پيچيده ترين سيالات است که از مواد زيادي تشکيل شده است. يکي از اين مواد پروپن است. پروپن ماده اي است که از ذرات مختلفي مانند سراميک، شيشه و پليمر تشکيل شده است. با ايجاد شکاف در لايه، اين مواد در داخل شکاف ها قرار مي گيرند تا از بسته شدن آن ها جلوگيري کنند.
۲) چگونگي انتخاب يک چاه، سازند يا ميدان مناسب جهت انجام عمليات ايجاد شکستگي مصنوعي: ممکن است نيازي به ايجاد شکاف در همه ي چاه هاي يک مخزن نباشد و لذا به منظور صرفه جوئي اقتصادي انتخاب چاه و سازندي که بايد در آن شکاف مصنوعي ايجاد شود از حساسيت بالايي برخوردار است.
۳) چگونگي اثر خواص مکانيکي سنگ بر عمليات ايجاد شکستگي و در ژئومتري(شکل هندسي) شکستگي هاي ايجاد شده با اين روش: بايد خواص سنگ مخزن به طور کامل تعيين شود تا در موقع ايجاد شکاف مساله ي بازدارنده اي ايجاد نشود و عمليات موفقيت آميز صورت بپذيرد.
۴) چگونگي تاثير شکستگي هاي مصنوعي و طبيعي بر هم: که بايد تاثير آن ها به درستي مورد مطالعه قرار گيرد.
●چگونگي ايجاد شکاف از نقطه نظر مکانيک سنگ:
از لحاظ مکانيک سنگ ايجاد شکاف مصنوعي در سنگ را اين گونه مي توان بيان کرد: هر نوع سنگ سازندي به طور کلي ميزاني از قدرت ( استحکام) را که به ساختار سنگ، فشردگي آن سنگ و سيماني بودنش وابسته است، از خود نشان مي دهد. نيروهايي که تمايل به کنار هم نگه داشتن سنگ ها را دارند شامل ميزان استرس بر روي سنگ ها و استحکام هر سنگ به خودي خود مي باشند. وقتي که چاه پر از سيال مي شود و فشاري از روي سطح بر روي سيال گذاشته مي شود، فشار سيال در مکان سوراخ هاي درون چاه ( Perforation) و حتي حفرات سنگ مخزن افزايش مي يابد. فشار هيدروليکي به صورت مساوي در کليه ي جهات اعمال مي شود. اگر فشار تا اندازه اي افزايش يابد که نيرويي که در اثر اين اعمال فشار ايجاد مي شود، برابر با نيرويي شود که آن نيرو تمايل به نگه داشتن سنگ ها در کنار هم است، در اثر اعمال هر مقدار فشار اضافه تر باعث مي شود که در سنگ مخزن شکستگي ها و شکاف هايي ايجاد شود. گستردگي اين شکاف ها با توجه به ميزان فشاري که بر سيالات است که در اثر تزريق سيال مي باشد، قابل کنترل است. وقتي که فرآيند انجام شد و جريان معکوسي به خاطر توليد سيال در چاه برقرار شد، فشار به صورت تدريجي تا فشار مخزن کاهش مي يابد. هنگامي که اين امر صورت مي پذيرد، نيرويي که تمايل به نگه داشتن سنگ ها در کنار هم دارد، دوباره نيروي غالب شده و شکاف ها بسته خواهند شد. براي جلوگيري از اين حالت، بايد يک سري مواد جامد در داخل شکاف ها قرار داده بشوند که بتوانند شکاف را باز نگه دارند. اين مواد، مواد پر کننده ( Propping agent) ناميده مي شوند. به خاطر اين که نفوذ پذيري اين مواد بسيار بالاتر از نفوذ پذيري سنگ مخزن مي باشد لذا توانايي شکاف هاي پر شده در هدايت سيال به درون چاه باعث افزايش توليد مي شود. در حقيقت ايجاد شکاف عملياتي است بسيار مفيد جهت توليد که در بسياري از چاه ها و ميدان ها قابل اجرا مي باشد که اگر استفاده نشود اين چاه ها و ميادين قابليت توليد اقتصادي نخواهند داشت.
● سازند هاي سازگار با شکاف هيدروليکي:
سازندهايي که عمليات شکاف مصنوعي در آنها قابل اجرا مي باشند تقريبا همه ي سازندها هستند به غير از آن هايي که سازندهاي بسيار نرم مي باشند. مثلا عمليات شکاف به طور موفقيت آميزي تاکنون در سازندهاي ماسه اي، limestone ، دولوميتي، کنگومراها و حتي شيل هاي سخت و شکننده و ... انجام پذيرفته است ولي در سازندهاي با طبيعت پلاستيکي شيل هاي نرم و رس ها انجام نپذيرفته است و ايجاد شکاف در آن ها بسيار سخت مي باشد.
● انواع سيالات شکاف:
سيالات شکاف (Hydraulic Fracturing Fluids)به طور کلي به ۳ دسته ي وسيع تقسيم مي شوند:
۱) پايه آبي
۲) پايه روغني
۳) پايه مخلوط (mixed based)
اين طبقه بندي بر اساس ترکيب اصلي سيال شکاف انجام شده است.
البته ( پايه آبي aqueous – based) فاز اصلي آن يا آب است و يا اسيد و پايه ي مخلوط فاز اصلي اش امولسيون (مخلوط معلق) است.
▪ مواد پر کننده شکاف:
مواد پر کننده نيز ( پروپن ) همانگونه که گفته شد نقش به سزايي در شکاف هيدورليکي دارند. ميزان پروپن مورد نياز، حالتي که اين مواد در داخل شکاف ها قرار مي گيرند و مشخصات اين مواد، ۳ عامل بسيار مهم هستند که در شاخص توليد از چاه نقش حياتي را ايفا مي کنند. ۶مشخصه ي مهم اين مواد پرکننده که بر نتيجه ي عمليات تاثير به سزايي دارند به قرار زيرند:
۱) استحکام ذرات
۲) سايز ذرات
۳) توزيع سايز ذرات
۴) فاکتور گردي ذرات
۵) کيفيت ماده پر کننده ( ميزان ذرات سالم و ناخالصي ها)
۶) دانسيته ي پروپن
● فن آوري ايجاد شکاف:
ايجاد شکاف مصنوعي بسيار سريع در اکثر نقاط گسترش يافت؛ علت اين امر به خاطر ميزان موفقيت نسبي اين پروژه و توليد بيشتر نفت و گاز بود و سپس در طي چندين سال، هزاران چاه در سال با اين فن آوري به توليد پرداختند. امروزه استفاده از اين فناوري به گونه اي است که چندين هزار گالن از سيال و بيشتر از يک ميليون پوند از پروپن ( Propping agent) تزريق مي گردد. البته سرعت تزريق در بعضي مواقع حتي تا ۳۰۰ بشکه در دقيقه هم رسيده است. به طور متوسط سرعت تزريق بين ۲۰ تا ۶۰ بشکه در دقيقه مي باشد. مواد استفاده شده، وسايل مورد نياز جهت ايجاد شکاف و تکنيک استفاده از اين روش بسيار پيچيده مي باشد که در (شکل ۱) نشان داده شده است.

از بين رفتن تداوم استخواني را که در اثر عوامل مختلف پيش مي‌آيد را شکستگي گويند. عللي که منجر به شکستگي مي شوند عبارتند از: ضربه ، انقباض ناگهاني عضلات ...

در گذشته نه چندان دور، پيوند قلب از انساني به انسان ديگر تنها راه نجات بيماراني بود که در حادترين مراحل بيماري قلبي قرار داشتند. اما همواره تعداد متقا ...

● اطلاعات اوليه هدفهاي يک برداشت ژئوفيزيکي عبارتند از تعيين محل ساختارها يا اجسام زمين شناختي زير زمين و در صورت امکان اندازه گيري ابعاد و ويژگيهاي في ...

● اطلاعات اوليه هدفهاي يک برداشت ژئوفيزيکي عبارتند از تعيين محل ساختارها يا اجسام زمين شناختي زير زمين و در صورت امکان اندازه گيري ابعاد و ويژگيهاي في ...

قلب همانند موتوري در بدن ما مي باشد که وظيفه کارکرد همه قسمت ها را بر عهده دارد . اساساٌ قلب پمپ ماهيچه اي مي باشد که اکسيژن و جريان خون را به ريه ها ...

کشف پرتوزايي طبيعي به دست بکرل منجر به عصر جديدي شد عصر اتمي و هسته اي اما نه بي درنگ. پرتوزايي طبيعي تا سالها بعد به درستي شناخته نشد. پژوهشها و نب ...

يکي از بهترين تعريف هايي که از مهندسي برق شده است, اين است که محور اصلي فعاليت هاي مهندسي برق, تبديل يک سيگنال به سيگنال ديگر است که البته اين سيگنال ...

● مقدمه شکافت هسته اي اتم اورانيم ۲۳۵ در واقع در اثر نفوذ يک نوترون حرارتي به درون هسته يک اتم سنگين است که باعث شکافت آن به دوپاره از هسته هاي جديد و ...

دانلود نسخه PDF - شکستگي هاي مصنوعي