up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله مخازن گاز PDF
QR code - مخازن گاز

مخازن گاز

مخازن گاز - ميعاني و چالش هاي پيش رو

● واژگان:
▪ اثر پوسته اي (Skin Effect)
اين اثر باعث کاهش تماس سنگ مخزن با دهانه چاه مي شود و مانند يک لايه ي نازک سطح سنگ که در تماس با چاه است را مي پوشاند.
▪ تحريک چاه(Well Stimulation)
هر فرايندي که طي آن بهره دهي چاه افزايش يابد و سيال با سرعت و انرژي بيشتري وارد چاه شود را تحريک چاه گويند مانند: اسيد کاري، تزريق مواد شيميايي و ...
▪ شاخص توليد( Productivity index)
نسبت سيال توليد شده به سيال موجود در مخزن را گويند.
▪ کشش سطحي(IFT)
نيرويي که بين سطح دو سيال(مانند نفت و آب، نفت و گاز، يا گاز و آب) ايجاد مي شود.
▪ نقطه شبنم(Dew point)
شرايط دما و فشاري که در آن اولين قطره مايع ايجاد مي شود و تا قبل اين نقطه فقط فاز گاز داريم.
▪ Cricondenterm
حداکثر دمايي که در آن سيال به صورت دو فازي(گاز و مايع) است.
▪ Critical point
حداکثر فشاري که در آن سيال به صورت دو فازي(گاز و مايع) است.
▪ Black oil
نفت سنگين.
▪ Volatile oil
نفت سبک.
▪ Gas Condensate
گاز ميعاني.
▪ Wet gas
گاز تر.
▪ Dry gas
گاز خشک.
▪ Isothermal هم دما(دماي ثابت)
معمولاً در مخزن دما تقريباً ثابت است و فرآيند هاي داخل مخزن را به صورت هم دما فرض مي کنند.
اشباع بحراني ميعانات با رسيدن اشباع ميعانات به اين سقف، فاز مايع در قالب لايه ي مايع چسبيده به ديواره شروع به حرکت مي کند.
▪ CVD)Constant Volume Depletion) تخليه با حجم ثابت
در اين آزمايش حجم ثابت گرفته مي شود و با تغيير پارامتر فشار رفتار سيال را بررسي مي کنند.
▪ CCE)Constant Composition Expansion) انبساط با ترکيب ثابت
در اين آزمايش ترکيب سيال حفظ مي شود، و هيچ ترکيبي از سيال خارج نمي شود.
▪ positive coupling effect
گاز در اثر حرکت سريع خود ميعاناتي را که در سر راه خود دارد به درون چاه مي آورد وباعث تخليه ي ميعانات مي شود.که يک اثر مثبت ايجاد مي کند
مخازن گاز - ميعاني و چالش هاي پيش رو
مخازن گاز- ميعاني (Gas-Condensate Reservoir) عموماً در عمق بيشتر و در دما و فشاري بالاتر از مخازن نفتي يافت مي شوند. در سرتاسر جهان مخازن عظيمي از اين نوع در حال بهره برداري است. از آن جمله مي توان به ميدان پارس جنوبي در حاشيه ي جنوبي ايران و به صورت مشترک با کشور قطر اشاره کرد.
پارس جنوبي حدود نيمي از ذخيره ي گاز ايران را به عنوان دومين کشور دارنده ي گاز در جهان در خود جاي داده است. علاوه بر آن حجم انبوه ميعانات قابل استحصال از اين ميدان باعث شد تا رئيس جمهور وقت، به درستي کليد زدن اين پروژه ي عظيم ملي را بزرگترين افتخار دولت خود بداند، اما نتايج حاصل از بيش از سه دهه توليد جهاني از اين نوع مخازن، نشانگر پيچيدگي هاي خاصي در برداشت بهينه و مديريت اين مخازن مي باشد که در اين مقال مروري خلاصه بر آن ها خواهيم داشت.
مخازن گاز- ميعاني را عموما ً در قالب مخازن غير معمول(unconventional reservoir) دسته بندي مي کنند. دليل نام گذاري اين مخازن رفتار غيرمنتظر(Retrograde Behavior) سيالات هيدروکربوري موجود در آن هاست.
در ابتداي بازه ي زماني توليد، اين مخازن مانند مخازن گازي تک فاز رفتار مي کنند، اما با گذشت زمان و برداشت از مخزن، فشار کاهش يافته و اجزاي سنگين تر از فاز گازي جداشده و تجمعي از ميعانات گرانبهاي مياني (Intermediate Components) ( C۲-C۶ ) شامل مولکول هايي که تعداد اتم کربن آن ها بين ۲ تا ۶ است، را شکل مي دهند.
در نمودار فشار- دماي رفتار سيالات هيدروکربوري، ناحيه ي مربوط به سيالات با رفتار غير منتظر، در حد فاصل دماهاي بحراني(critical point) و حداکثر دماي دو فازي(Cricondenterm) واقع شده است.
اگر چه انتظار اين است که با کاهش فشار گاز، گاز حالت خود را حفظ کرده و منبسط شود، اما برخلاف انتظار در اين محدوده ( حد فاصل ميان دماي بحراني و حداکثردماي دوفازي) با کاهش ايزوترمال(هم دما) فشار بر درصد فاز مايع در مخلوط دو فازي افزوده مي شود. اين روند، بسته به ميزان اشباع گاز از ترکيبات مياني، تا سقف انباشت حدود ۲۰% مايع (نقطه N) ادامه يافته و سپس با کاهش بيشتر فشار معکوس شده و فاز مايع به تدريج ناپديد مي شود.
با رسيدن فشار مخزن به فشار نقطه شبنم (نقطه M)، سيال در درون مخزن شروع به ميعان کرده و هيدروکربور مايع به صورت قطراتي در محيط متخلخل پديدار مي شوند و به مرور به شکل يک لايه ي مايع به ديواره ي منافذ سنگ مي چسبند. به دليل نرخ بالاتر افت فشار در نزديکي چاه، تجمع ميعانات در نزديکي چاه بيشتر است.
علاوه بر ناحيه ي مذکور(جداره ي ديوار چاه) که در آن اشباع ميعانات از ميزان اشباع بحراني فزون تر است و در عمل به مانند يک ناحيه ي دو فازي رفتار مي کند (Region۱)، ناحيه ي مياني(Region۲) با ميزان اشباع اندک و ناحيه ي دوردست (Region۳) که سيال در آنجا به طور کامل در فاز گاز باقي مانده و اثر افت فشار را تجربه نکرده است قابل تشخيص اند.
تجمع ميعاني شکل گرفته در ناحيه اول، دو ضرر عمده را موجب مي گردد. اول آن که حجم نسبتاً زيادي از ميعانات بسيار ارزشمند در درون مخزن باقي مانده و امکان برداشت نمي يابد. علاوه بر اين، توده ي ميعاني با تنگ تر کردن مسير جريان گاز و بويژه گلوگاه هاي رابط ميان منافذ سنگ ( Pore Throats)، منجر به کاهش نفوذپذيري مؤثر گاز و نتيجتاً افت شديد قابليت توليد از چاه مي گردد.
به طور کلي، در فشارهاي بالاتر از فشار نقطه ي شبنم، عوامل مؤثر در توليد از يک مخزن به سه فاکتور ضخامت مخزن، نفوذ پذيري مخزن و گرانروي گاز محدود مي شوند. در زير فشار مذکور به دليل دو فازي شدن سيال مخزن، ميزان اشباع بحراني ميعانات(SCC) و نيز شکل منحني هاي نفوذپذيري نسبي گاز و ميعانات (Krg , Krc) در قابليت توليد از مخزن مؤثرند.
در خلال آزمايش هايي با عنوان تخليه با حجم ثابت (CVD)( Constant Volume Depletion) و انبساط با ترکيب ثابت (CCE)( Constant Composition Expansion) ، که در آزمايشگاه بر روي سيال مخزن انجام مي گيرد، درصد ميعانات حاصل از افت تدريجي فشار سيال تعيين مي گردد.
بيشينه ي اين درصد، ملاکيست براي تقسيم بندي مخازن گاز ميعاني به دو گروه فقير (Lean) و غني(Rich). تجارب عملي نشان گر آن است که پديده ي ميعان گاز حتي در مخازن بسيار فقير هم با گذشت زمان به افت شديد بهره وري چاه منجر مي شود.
با افزايش اهميت مخازن گاز- ميعاني، تحقيقات گسترده اي به ويژه پس از دهه ي ۸۰ ميلادي جهت شناسايي عملکرد اين مخازن و مديريت بهينه ي آن ها آغار گرديد. اما به دليل ماهيت پيچيده ي رفتار سيالات در ناحيه ي نزديک به بحراني(Near Critical Condition) ، کمتر به نتايج معتبر و جامعي منتج گرديده است.
راهکارهاي پذيرفته شده جهت توليد صيانتي از مخازن گاز ميعاني را مي توان به دو دسته تقسيم کرد. دسته نخست ناظر به روش هايي جهت جلوگيري از ايجاد تجمع ميعانات در مخزن و دسته ي دوم معطوف به حذف پوسته ي(Skin Effect) ايجاد شده و تحريک چاه ( Well Stimulation) جهت افزايش بهره وري مي باشند.
● روش هاي جلوگيري از تجمع ميعانات در مخزن
در مورد مخازن با نفوذ پذيري بالا ( بيش از ۱۰ تا ۱۵ ميلي دارسي ) اصولاً به دليل نرخ پايين افت فشار در اثر توليد به ميزاني مشخص، نگراني عمده اي از بابت تشکيل تجمع ميعاني در نواحي اطراف چاه وجود ندارد، اما در مواردي که با مخازن فشرده (Tight Reservoir) با نفوذ پذيري کمتر از ۱۰ ميلي دارسي مواجهيم، مي بايست تدابيري براي جلوگيري از تشکيل ميعانات انديشيد.
روش هاي اثبات شده جهت افزايش شاخص بهره وري(Productivity Index )(PI) در مخازن گازي (گاز خشک و گاز- ميعاني) و جلوگيري از آسيب هاي رايج در مخازن گازي-ميعاني شامل:
۱) ايجاد شکاف هاي هيدروليکي (hydraulic fracturing)
بر اساس نتايج تحقيقات، ايجاد شکاف هيدروليکي مي تواند تا سه برابر شاخص بهره دهي از چاه هاي مخازن گاز- ميعاني را در هر دو محدوده ي فشار بالا و پايين فشار نقطه ي شبنم افزايش دهد. شکاف هيدروليکي، متناسب با طول و شاخص بدون بعد رسانايي(Dimensionless Conductivity) خود، مي تواند عملکرد چاه را در بلند مدت بهبود بخشد. در حقيقت ايجاد شکاف در ديواره ي چاه (که در اعماق کم در راستاي عمودي و در اعماق بيش از ۲۰۰۰ فوت در جهت افقي گسترش مي يابند) باعث حذف اثر پوسته اي ناشي از تجمع ميعانات و نير افزايش قابليت هدايت جريان به سوي چاه مي گردد که اين خود عاملي جهت به حداقل رسيدن آشفتگي جريان ( Turbulency) بوده و مانع از افت بهره وري چاه مي شود.
۲) حفر چاه هاي افقي
يکي ديگر از راهکارهاي ارائه شده براي جلوگيري از آسيب هاي رايج در مخازن گاز- ميعاني،حفر چاه هاي افقي است. از جمله فوايد حفر اين گونه چاه ها مي توان به نرخ بيشتر توليد گاز وميعانات با افت فشاري بسيار کمتر از چاه هاي عمودي و در نتيجه جلوگيري از ايجاد پوسته ي ميعاني اشاره کرد. يک چاه افقي به مانند يک شکاف با طول و گشودگي بسيار زياد عمل کرده و سطح تماس چاه با مخزن را افزايش داده و افت فشارناشي از توليد را کاهش مي دهد. مطالعات بسياري در اين زمينه در دست انجام است تا با مقايسه ي شرايط توليد از چاه هاي افقي در مقايسه با چاه هاي عمودي با شکاف هيدروليکي و بدون آن، ميزان کارآيي حفر اين گونه چاه ها در مخازن گاز- ميعاني را ارزيابي کنند.
● روش هاي بهبود بهره وري پس از تشکيل پوسته ي ميعاني
تاکنون دلايل بسياري براي توجيه افت بهره وري از چاه پس از شکل گيري تجمع ميعانات در اطراف آن ذکر شده است. به بيان علمي تر با جدا شدن فاز مايع و رسيدن به اشباع بحراني و متحرک شدن اين فاز، نفوذ پذيري نسبي فاز گاز کاهش چشم گيري مي يابد و اين خود عاملي براي کاهش بهره وري چاه مي باشد. دليل ديگر آن که با خارج شدن سيال از حالت نزديک به بحراني و ايجاد ترکيب دو فازي ، کشش سطحي (IFT) بين دو فاز افزايش يافته و نيروهايي موئينه قوت بيشتري مي گيرند و در مقابل جريان سيال مقاومت ايجاد مي کنند.
راه حل هايي که براي غلبه بر پوسته ميعاني پيشنهاد شده است شامل:
۱) بازگرداني گاز(Gas Recycling)
عمده ترين راه حلي که تا کنون براي فائق آمدن بر پوسته ي ميعاني انديشيده شده، باز گرداني گاز(Gas Recycling) به درون چاه است . بدين ترتيب که پس از مدتي توليد از چاه و افت فشار جريان ته چاه ، براي بازه اي مشخص گاز را بايد به درون چاه تزريق کنند. بهترين منبع براي گاز تزريقي ، گاز توليد شده از همان مخزن است که ميعانات آن گرفته شده باشد. در اين فرآيند در وهله ي اول فشار مخزن بازيابي مي شود و سيال به حالت near-critical (شبه بحراني) نزديک مي شود. در ضمن آن که ميعانات ايجاد شده دوباره در گاز تزريقي حل مي شوند و پوسته ي ايجاد شده تا حدود زيادي ناپديد مي گردد.
۲) عمليات اسيد کاري
روش عمومي ديگري که براي تحريک چاه و حذف پوسته صورت مي گيرد عمليات اسيد کاري است که با شستشوي ديواره ي چاه و حذف پوسته باعث برقراري جريان سيال مي گردد.
۳) تزريق حلال هاي شيميايي
اين روش را مي توان آخرين تکنولوژي ارائه شده براي بهبود عملکرد مخازن گاز ميعاني دانست. نتايج حاصل از يک بررسي موردي نشانگر دو برابر شدن شاخص توليد در ۴ ماهه ي اول تزريق متانول به درون مخزن بوده که در دراز مدت اين تأثير به نرخ بهبود پنجاه درصدي کاهش يافته است.
۴) افزايش سرعت برداشت
در سال ۱۹۹۴، عده اي از محققان در دانشگاه Heriot-Watt اسکاتلند، که در ميان آن ها نام دکتر تهراني و پروفسور دانش، استاد فقيد دانشگاه تهران، نيز به چشم مي خورد، براي اولين بار به نقش مثبت افزايش سرعت برداشت پس از ايجاد تجمع ميعاني در ناحيه ي اطراف چاه، در افزايش نفوذ پذيري نسبي گاز و مايع و در نتيجه افزايش شاخص بهره وري اشاره نمودند. در حالت تک فازي، افزايش سرعت توليد موجب ايجاد جريان آشفته و افزايش نيروهاي لختي (Inertia) مي گردد که به نوبه ي خود مانعي در برابر جريان سيال ايجاد مي کنند، اما آزمايشات نشان داده است در صورت وجود درصد بالايي از ميعانات، اثر تزويج مثبت(Positive Coupling Effect) بر اثر نيروهاي لختي غلبه کرده و جريان سيال دوفازي را بهبود مي بخشند.
آن چه مسلم است، اهميت مخازن گاز ميعاني روز به روز در حال افزايش است و با توجه به ارزش اقتصادي توليدات اين مخازن، نياز به تحقيق و آزمايشات جامع تري جهت رسيدن به نتايجي جامع و کامل، که قابليت عملياتي شدن درمقياس صنعتي را نيز دارا باشند، به وضوح احساس مي شود.
در همين راستا همراه با تلاش هاي بين المللي، در مراکز تحقيقاتي دانشگاه هاي کشور از جمله دانشگاه صنعت نفت، دانشگاه صنعتي شريف، دانشگاه امير کبير و دانشگاه تهران پروژه هايي در مقاطع کارشناسي ارشد و دکترا تعريف و در حال پيگيري است که اميد مي رود نتايج حاصل از آن ها به پيشرفت دانش فني در زمينه ي توليد از مخازن گاز ميعاني بيا نجامد.

اصطلاح عمومي مخزن را مي توان از نظر ساختار به دو دسته کلي مخازن با اجزاء داخلي (مثل پوسته مبدل هاي حرارتي ، ظروف همزن دار ، برج تقطير و ... ) و مخازن ...

اصطلاح عمومي مخزن را مي توان از نظر ساختار به دو دسته کلي مخازن با اجزاء داخلي (مثل پوسته مبدل هاي حرارتي ، ظروف همزن دار ، برج تقطير و ... ) و مخازن ...

مخازن اصطلاح عمومي مخزن را مي توان از نظر ساختار به دو دسته کلي مخازن با اجزاء داخلي (مثل پوسته مبدل هاي حرارتي ، ظروف همزن دار ، برج تقطير و ... ) و ...

● منشا نفت و گاز بشر از قرنها پيش به وجود نفت پي برده بود و اين ماده روغني شکل و اعجاب آميز از دير باز مورد استفاده پيشينيان بوده است. نفت را OIL يا P ...

انجام يک عمليات نمودارگيري موفق به چندين فاکتور مهم بستگي دارد. مهمترين آنها نمونه گرفته شده از سيال سازند، بدون هيچ آلودگي و مخلوط شدگي با مواد ديگر، ...

يکي از مسائلي که با توجه به کاهش فشار و نوع نادر مخازن نفت کشور (کربناته شکافدار و ساختارهاي نفت سنگين) بايد مورد توجه قرار گيرد، انتخاب روش صحيح ازدي ...

در بخش بالا دستي نفت اولين مرحله براي دست يابي به نفت و بهره برداري از آن، اکتشاف مخازن نفتي است. ابتدا با توجه به مطالعات سطحي و صحرايي محيط، مجموعه ...

ريخته گري ريخته گري يکي از مهمترين فرآيند هاي توليد است ، به طوري که مثلا در ايالات متحده آمريکا که يک کشور توسعه يافته صنعتي مي باشد، ريخته گري از نظ ...

دانلود نسخه PDF - مخازن گاز