بررسي و مطالعه امكان پذيري تكميل چاه ها به روش سيستم هوشمند

بررسي و مطالعه امكان پذيري تكميل چاه ها به روش سيستم هوشمند

مهندسي بهره برداري نقش مهمي را در جهت توسعه ميادين نفتي ايفا مي كند. تصميمات در اين بخش از مهندسي نفت يرنوشت مخزن را تعيين مي كند. سيستم چها هاي هوشمتد در سال هاي اخير مورد توجه قرار گرفنه است. از سال 2000 حدود دويست تكميل چاه به روش سيستم هوشمند در جهان در ميادين دريا وخشكي صورت گرفته است. در ابتداي توسعه اين تكنولوژي سيستم هاي كنترل الكتريكي و سنسور هاي الكتريكي به كار برده مي شد اما به دليل غير اعتماد بودن نتايج از رده خارج شدند. هزينه ابزارآلات و سيستم هاي استفاده شده در تكميل چاه به روش سيستم هوشمند حدود 3 تا 4 برابر روش معمولي مي باشد و به همين منظور و با در نظر گرفتن سود و نتايج قابل اعتماد ، شركت ها با احتياط با اين سيستم رو مي كنند.

جهت تصميم گيري در مورد تكميل چاه به روش هوشمند جنبه هاي مختلفي از سوي مسئولين ذيربط مي بايست در نظر گرفته شود كه يكي از مهمترين آن ها توجيه اين سيستم از طريق شبيه سازي مي باشد. اين مطالعه به همين منظور انجام گرفته است.

ميدان نفتي هدف ، در عمق 90 متري آب هاي استراليا قرار دارد. در عمق قله مخزن از سطح مرجع دريا حدود 7480 فوت مي باشد. در اين ميدان فقط چله هاي ارزيابي حفر شده اند. در اين شبيه سازي با توجه به تراكم نفت در مدل مخزن 7 چاه توليدي در نظر گرفته شده است. نفت توليدي در 67 كيلومتري چند راهه ( Manifold‌ ) زير دريا به ساحل تحويل داده مي شود. اين مخزن كلاهك گازي ندارد اما داراي يك آبده قوي مي باشد. مخزن داراي دو لايه است و فشار لايه بالا و لايه پايين مي باشد و سطح تماس آب و نفت در 7670 فوتي از سطح مرجع دريا قرار دارد. ميزان نفت درجا در اين مخزن حدود 532 ميليون يشكه است. شكل 1 مكال لايه ها را با استفاده از داده هاي نمودارگيري نشان مي دهد.

شكل 1- لايه بالا و پايين مخزن

مدل مخزن در ترم افزار ECLIPSE 100

شكل 2 مدل مخزن و مكان چاه هاي قرار داده شده در مدل را نشان مي دهد. هفت چاه عمودي قرار داده شده كه سه چاه بصورت كامينگل از 2 لايه توليد مي كنند و چاه هاي ديگر فقط در لايه بالا تكميل شده اند چرا كه لايه پايين در اين مكان ها در آب قرار دارد. مخزن داراي ناهمگوني ( Heterogeneity ) است. لايه بالا 65 فوت و لايه پايين 20 فوت ضحامت دارد. سازند ماسه اي بوده و بين دولايه يك لايه شيلي قرار دارد. از آنجا كه اين مطالعه از نقطه نظر امكان پذيري تكميل چاه به روش هوشمند صورت گرفته است ، چاه ها عمودي فرض شده اند اما به طور كلي بايد بر اساس طرح توسعه ميدان Field Development Plan نوع و تعداد چاه ها مشخص شوند.

شكل 2- مدل مخزن در Eclipse

مدل نرم افزار Prosper 9.4 براي هر چاه

صفحه اي كه براي وارد كردن داده ها در اين نرم افزار در نظر گرفته شده است داراي چند بخش مي باشد كه شامل اطلاعات كلي در زمينه چاه ، PVT data ، IPR data و Equipment data مي باشد. اين نرم افزار به طور كلي جهت مدل كردن جنبه هاي مختلف چاه و سيال از قبيل PVT ، روابط Vertical Lift Performance ( VLP )و مورد ديگر تهيه شده است.

در اين مدل داده هاي زير به عنوان اطلاعات كلي هر چاه وارد شده است:

در PVT data پارامتر هاي زير وارد گرديده است:

تمام چاه ها با لوله جداري 7 اينچ و لوله مغزي اينچ تكميل شده اند. اين داده ها در بخش Equipment Dataدر Prosper وارد شده اند.

در IPR Data روش دارسي انتخاب شده است. داده هاي استفاده شده در اين قسمت از قرار زير مي باشد:

مدل نرم افزار GAP v6.4 براي شبكه توليد سطحي

نرم افزار ( General Allocation Package ) GAP يك بهينه ساز سيال چند فازي در شبكه توليد سطحي مي باشد. اين نرم افزار داراي قدرتمند ترين و سريعترين موتور بهينه ساز است كه بر اساس Sequental Quandratic Programming ( SQP ) محاسبات رياضي را انجام مي دهد.

بر اساس تعداد چاه ها در مخزن در مدل مخزن بايد سيستم سر چاهي در نرم افزار GAP شبيه سازي شود. سيستم توليد سطحي نيز بايد از جهت اقتصادي و عملي بودن بهينه سازي شود. در اين مطالعه دو مورد متفاوت مورد بررسي قرار گرفته كه يكي تكنيل چاه ها ( شكل 3 ) و ديگري تكميل هوشمند چاه ها ( شكل 4 ) مي باشد.

شكل 3- شبكه توليد سطحي در مدل تكميل معمولي چاه در GAP

شكل 4- شبكه توليد سطحي در مدل تكميل چاه هوشمند در GAP

مدل نرم افزار Resplve

در اين شبيه سازي نقش نرم افزار Resolve به عنوان لينك بين GAP و Eclipse مي باشد. Resolve تمام عناصر سيستم را كنترل مي كند تا بر اساس محدوديت هاي موجود در سيستم ( آب ورودي روزانه به تفكيك كننده ) بتوان يك مطلوب از پيش تعيين شده مانند افزايش توليد نفت رسيد. شكل 5 وضعيت Eclipse و GAP را درResolve نشان مي دهد.

شكل 5- مدل Resolve

اطلاعات كلي استفاده شده در اين شبيه سازي

آهنگ توليد سيال چند فازي از هر چاه 12000 بشكه در روز در نظر گرفته شده است. جدا كننده ها توانايي تفكيك 30000 بشكه آب در روز را دارند. ميزان آب برش جهت بستن چاه 98 درصد قرار داده شده است. هدف اصلي اين شبيه سازي افزايش توليد نفت است. هر شبيه سازي حدود 5 تا 9 ساعت به طول انجاميد تا بر اساس مخدوديت ها ، سيستم به سمت هدف بهينه سازي شود. سيالي كه از دو لايه توليدمي شود لا هم سازگاري دارند.

شبيه سازي تكميل معمولي چاه ها

در اين مرحله تمام چاه ها از سر چاه كنترل مي شوند و كنترل بر روي لايه ها وجود ندارد. اندازه چوك هايي كه به رنگ زرد در شكل 3 نشان داده شده اند توسط GAP بهينه سازي مي شود تا سيستم به هدف شبيه سازي برسد. عناصر بنفش رنگ ، مدل Inflow هر لايه را نشان مي دهد. لوله ها با رنگ آبي و تفكيك كننده ها با رنگ قرمز – سبز نشان داده شده اند.

اين شبيه سازي در مدت 2200 روز از سال 1/1/2006 تا 10/1/2012 با فاصله زماني 5 روز انجام شد. شكل 6 تا 7 نتايج اين شبيه سازي را نشان مي دهد.

توليد نفت تجمعي و ضريب بازيافت مخزن به ترتيب 76/91 ميليون بشكه و 23/17 درصد است.

شكل 6- توليد سيال بر حسب زمان در مدل تكميل معمولي چاه

شكل 7- توليد نفت بر حسب زمان در مدل تكميل معمولي چاه

شبيه سازي تكميل هوشمند چاه

در شكل 4 نشان داده شده است كه چاه هايي كه در دو لايه تكميل شده اند داراي كنترل بر روي هر لايه هستند. دايره هاي قرمز براي مدل Inflow لايه ها نشان دهنده ي اين قابليت كنترل مي باشد. شكل 8 تا 9 نتايج اين شبيه سازي را نشان مي دهد.

توليد نفت تجمعي و بازدهي محزن از سال 1/1/2006 تا 10/1/2012 براي اين شبيه سازي به ترتيب 95/93 ميليون بسكه و 18 درصد مي باشد.

در شكل 10 اثر تكميل هوشمند چاه مشخص شده است. زماني كه محدوديت تفكيك كننده كه تفكيك 30000 بشكه آب در روز قرار داده شده است توسط سيستم درك مي شود لايه يا چاهي كه داراي توليد آب بيشتري است به واسطه اثر هوسمندي به صورت اتوماتيك بسته مي شود كه در اين لايه پاييني چاه شماره 2 بسته شده است. در اين زمان آهنگ توليد لايه بالايي چاه شماره 2 به طور ناگهاني افزايش مي يابد. اين به دليل آن است كه فشار بازگشتي ( Backpressure ) وارده از سوي لايه پاييني بر روي لايه بالايي به واسطه ي بسته شدن اين لايه حذف شده است.

دومين اثر سيستم هوشمند در شكل 10 مشخص شده است . بعد از بسته شدن لايه پاييني چاه شماره 2 ميزان آب ورودي به تفكيك كننده ها به ميزان قابل توجهي كاهش يافت اما بعد از مدتي به دليل توليد آب از چاه هاي ديگر دوباره اين ميزان آب ورودي به 30000 بشكه در روز رسيد كه بهينه ساز نرم افزاري براي مدتي اين ميزان را با كنترل چاه ها و لايه ها ثابت دگه داشت اما لعد از مدتي به دليل غير ممكن بودن تثبيت اين ميزان براي زمان طولاني ، از تاريخ 5/4/2011 تا 19/4/2012 توليد از چاه شماره 3 از STBD 6000 از هر لايه به 4000 رسيد و بعد از 19/4/2012 دوباره به 6000 بازگشت.

شكل 8- توليد سيال بر حسب زمان در مدل تكميل هوشمند چاه

شكل 9- توليد نفت بر حسب زمان در مدل تكميل هوشمند چاه

شكل 10- آهنگ توليد هر لايه در چاه هاي كامينگل بر حسب زمان در مدل هوشمند چاه

شكل 11- رسم همزمان آهنگ توليد هر لايه در چاه هاي كامينگل و توليد آب در تفكيك كننده بر حسب زمان در مدل هوشمند چاه

شكل 12- رسم همزمان توليد نفت تجمعي در مدل تكميل معمولي و هوشمند چاه و توليد آب در تفكيك كننده بر حسب زمان

با تكميل چاه به روش هوشمند ضريب بازيافت مخزن از 22/17 به 18 درصد افزايش يافت. از آنجا كه ميزان نفت درجا در اين مخزن 532 ميليون بشكه است ، 8 درصد افزايش يعني حدود 2/4 ميليون بشكه افزايش توليد در مدت 6 سال است.

اگر قيمت نفت بعد از كسر هزينه هاي تحميلي براي تكميل چاه با سيستم هوشمند و ديگر هزينه ها حدود 40 دلار فرض شود سود حاصله از اين افزايش توليد ، 170 ميليون دلار در مدت 6 سال خواهد بود.

با نگاه به شكل 10 مشاهده مي شود كه اين افزايش توليد در زماني صورت گرفته است كه محدوديت سيستم به حد مجاز خود رسيده است و در اين مرحله ارزش سيستم هوشمند شناخته مي شود. در تكميل چاه به روش معمولي زماني كه محدوديت سيستم ( ميزان آب ورودي به تفكيك كننده ) به حد مجاز خود يعني 30000 بشكه در روز مي رسد چاه هايي كه داراي وضعيت بحراني در توليد آب زياد هستند توسط سيستم نرم افزار از سر چاه چوك مي شوند. چاه هاي كه دو لايه تكميل شده اند اگر يكي از لايه ها آب زيادي توليد كند چوك سطحي باعث مي شود كه توليد هر دو لايه تحت الشعاع قرار گيرد و در نتيجه توليد چاه غير بهينه خواهد بود. اما در سيستم هوشمند كنترل بر روي لايه ها وجود دارد و در تمام لحظات توليد به صورت بهينه صورت خواهد گرفت.

نتيجه حاصله با فرض عمودي بودن چاه ها به دست آمده است كه نتيجه بسيار هوبي به نظر مي رسد. اگر طرح توسعه ميدان ( FDP‌) روي اين مخزن انجام شود و نوع و تعداد چاه ها مشخص شود مطمئناً نتايج بهتري كسب خواهد شد.

نتايج بدست آمده از تكميل هوشمند چاه ها

نتايجي كه از تكميل هوشمند چاه ها در اين ميدان به دست مي آيد عبارتند از:

- حدود 8 درصد افزايش بازدهي در مدت 6 سال

- 4/2 ميليون بشكه افزايش توليد در مدت 6 سال

- سود خالص 170 ميليون دلاري در مدت 6 سال

- زماني كه كنترل بر روي هر لايه وجود دارد بهينه سازي توليد ساده تر و سريعتر خواهد بود.