مخازن تک تخلخلی و مخازن شکاف دار

مقایسه مخازن تک تخلخلی با مخازن شکاف داروجود شکستگی های موجود در مخازن شکاف دار در مقایسه با مخازن تک تخلخلی دارای ویژگیهای زیر است:

الف ـ فرآیند« ریزش ثقلی » و در مخازن شکاف دار در مقایسه با مخازن تک تخلخلی سرعت نسبی بالاتری دارد. دلیل این امر آن است که نفوذپذیری بسیار پایین تر سنگ مخزن در مقایسه با نفوذپذیری شکافها موجب می شود که سطح گاز و نفت در شکافها پایین تر از سطح آب و گاز در بلوکهای ماتریسی نفتی قرار گیرد. به ترتیبی مشابه می توان گفت که سطح آب و نفت در شکاف ها از سطح آب و نفت در بلوکهای ماتریسی بالاتر است .

بر طبق آزمایش های انجام شده در مخازن تخلخلی با نفوذ پذیری مثلا یک میلی دارسی ، جریان «ریزش نقلی » به زبان بسیار طولانی تری در مقایسه با مخازن شکاف دار با همان نفوذپذیری نیاز دارد

ب ـ در سیستم مخازن شکاف دار ، نفت تولید شده از سنگ مخزن، در فاصله های دورتری از «چاههای تولیدی » بدست می آیند لذا بدلیل بهره وری بالا در مخازن شکاف دار، فاصله چاههای تولیدی از یکدیگر به مراتب بیش از فواصل چاههای تخلخی در نظر گرفته می شود .

ج ـ وجود شکاف ها، به تفکیک گاز یا آب از نفت کمک می کند . این امر باعث می شود که میزان گاز اضافی یا آب اضافی در ستون نفت کمتر شده و بدین ترتیب انرژی مخزن با بازدهی بیشتری حفظ می شود.

د ـ فرآیند « همرفت حرارتی » 1در مخازن شکاف دار موجب ایجاد نفت اشباع نشده در ستون نفتی می شود، حتی هنگامی که فشار مخزن به پایین تر از اشباع برسد این فرآیند را اصطلاحاً« کاهش فشار نقطه اشباع» می نامند. در نتیجه تا وقتی که عملاً گازی در مخزن تزریق نمی شود، آثار ریزش ثقلی افزایش می یابد؛ در غیر اینصورت گار ایجاد شده در درون سنگ، نفوذپذیری سنگ را کاهش می دهد.

هـ ـ وجود شکافها باعث یکنواخت تر شدن فشار آب یا گاز یا نفت در مخان شکاف دار می شود، لذا سطوح آب و نفت و گاز یکنواخت تر خواهد شد.

و ـ فرآیند اشاعه « گاز در گاز» یا « نفت در نفت» و یا « گاز در نفت » موجب به تعادل رسیدن ترمودینامیکی هر چه سریعتر سیالات موجود در مخزن می شود. به همین دلیل است که در جریان شبیه سازی این مخازن ، فرآیندهای «همرفت ـ اشاعه» را نمی توان نادیده گرفت.

با توجه به مزیت های فوق ، مخازن شکاف دار با نفوذپذیری کم را می توان از نظر تجاری ، با سرعت زیاد و هزینه ای نسبتاً پایین تر از مخازن تک تخلخلی با همان مشخصات تخلیه کرد.

مخازن شکاف دار دارای معایب زیر نیز هستند:

الف ـ وجود گسستگی های افقی باز یا بسته ، تاثیر فرآیند ریزش ثقلی بین گاز و نفت یا نفت و آب را در مقایسه با مخازن تک تخلخلی کاهش می دهد.

این امر در مقایسه با مخازن تک تخلخلی نشان می دهد که بازیافت نفت با یک ضخامت نفتی مساوی از یک بلوک نفتی در مخزن شکاف دار بازیافتی کمتر از مخازن تک تخلخلی پیوسته دارد. این امر به دلیل وجود « ارتفاع ناحیه نگهدارنده » و « خصوصیت موئینگی سنگ مخزن» است . در واقع در مخازن شکاف دار، ضخامت کل سنگ مخزن در جهت عمودی به قطعات یا بلوکهای جدا از هم تقسیم می شود. و این بلوکها به طور مشابه یا با خصوصیاتی متفاوت تکرار می شوند. در صورتی که در مخازن تک تخلخلی در وضعیت فوق این گونه قطعات جدا از هم وجود ندارد. لذا میزان نفت قابل استحصال در مخازن تک تخلخلی بیش از مخازن شکافدار بوده در حالیکه سرعت استحصال نفت در مخازن شکافدار نسبت به مخازن تک تخلخلی در شرایط مساوی بالاتر است.

بعضی افراد به دلیل عدم شناخت مکانیسم بازیافت نفت در مخازن شکاف دار استنباط نادرستی دارند تصور می کنند که در مخازن شکاف دار همواره یک فشار« موئینگی پیوسته»درون بافتی وجود دارد.تولید از مخازن شکاف دار در کشورهای مختلف نشان می دهد که در بهره برداری درازمدت از آنها، فرآیند« موئینگی پیوسته» در این گونه مخازن قابل توجه نیست ؛ برای مثال، اگر فشار موئینگی درون بافتی پیوسته ای در میادین هفتکل یا آغاجاری وجود می داشت میزان بازیافت نفت از آنها به وسیله گاز به 60 درصد می رسید، در حالی که ضریب بازیافت نفت در میدان هفتکل در پخش گازی، آن به دود 28 درصد و در آغاجاری به 35 درصد می رسد(12)

ب ـ کاربرد روش امتزاجی جهت بالابردن ضریب بازیافت نفت در مخازن شکاف دار، مستلزم استفاده از حجم زیادی کندانسه است که این امر از نظر اقتصادی توجیه پذیر نیست.

بنابراین نتیجه می گیریم که فرآیند جابجائی نفت از طریق گاز یا آب در مخازن شکاف دار و تک تخلخلی مشابه یکدیگر است، با این تفاوت که بازیافت نفت در مخازن کاف دار به دلیل شکستگی سنگ مخزن و کوتاه شدن ارتفاع بلوکهای ماتریسی کمتر از مخازن تک تخلخلی است.

و اما چرا ضریب بازیافت نفت از مخازن ایران در مقایسه با نقاط دیگر جهان پائین تر است؟(24)

قبل از ورود به این بحث لازم است مکانیسم های جابجایی نفت را به دو روش زیر مورد بررسی قرار دهیم.

الف ـ « جابجایی نفت به طرف جلو» یا به عبارت بهتر « جابجایی با استفاده از فشار»

ب ـ جابجایی از طریق « ریزش ثقلی » یا به عبارت بهتر « جابجایی به صورت طبیعی»

که براثر اختلاف وزن مخصوص بین مایع تزریقی و نفت ایجاد می شود. این فرآیند در یک سیسم متخلخل مرتفع به صورت فیزیکی اندازه گیری شده و به لحاط نظری نیز مشخص شده است که اختلاف فاحشی بین بازیافت در دو روش فوق الذکر وجود دارد.به اعتقاد سعیدی (24و12)بازیافت نفت با روش کندتر «ریزش ثقلی » از بازیافت نفت با روش سریع «جابجایی رو به جلو» بیشتر است.

اما در اوایل دوره تولید، روش بازیافت نفت از طریق جابجایی سریع رو به جلو از روش جریان نفت از طریق ریزش ثقلی، عملکرد بهتری دارد. براساس میزان تزریق، بازیافت نفت از طریق ریزش ثقلی می تواند تا دو برابر روش جابجایی رو به جلو یا « استفاده از فشار» باشد.

از مجموعه بررسیها چنین بر می آیند که بازیافت نفت در مخازن تک تخلخلی اصولا تابعی است از نفوذپذیری سنگ مخزن، سرعت جابجایی، فشار موئینگی ومیزان«سیالدوستی»4سنگ مخزن(24) در صورتی که سایر عوامل فوق ثابت فرض شوند.میزان نفت اشباع شده باقیمادنه تابعی از سرعت جابجایی نفت خواهد بود.در این صورت در حالت جابجایی از طریق ریزش ثقلی،میزان نفت باقیمانده کمتر و درحالت جابجایی با فشار یا رو به جلو، میزان نفت باقیمانده بیشتر خواهد بود.

قابل ذکر است که در مخازن شکاف دار، شکستگی ها به مثابه محدوده یا اضلاع بلوکها عمل می کند و به همین دلیل فرآیند جابجایی رو به جلوی نفت در چنین سیستمی به جز در حوزه های خیلی نزدیک به چاههای تزریقی کارآمد نیست.

فرآیند سریع جابجایی نفت به طرف جلو، همراه با فشار موئینگی چندان قابل توجه نیست، زیرا نیروهای «گرانروی » در حال حرکت از نیروهای ناشی از فشار موئینگی بیشتر است. این در حالی است که در فرآیند جابجایی براساس ریزش ثقلی، به علت آهسته بودن جابجایی ، فشار موئینگی نقش بازری در نگهداری نفت در بلوکها ایفا می کند. از طرف دیگر، سرعت بالای تزریق در سیستم تک تخلخلی موجب می شود که سیال تزریقی از بخش میانی خلل و فرج های کوچک عبور نموده و لذا نفت قابل ملاحظه ای بر جای می گذارد.

برای مقایسه عوامل کاهش بازیافت نفت از مخازن ایران با مخازنی که دارای بازیافت بالاتری هستند لزوماً باید این مخازن را تحت شرایط یکسان مقایسه کرد.

«به عنوان مثال ما میدان نفتی « لالی» در ایران را با 10 درصد بازیافت با مخزن «لیک ویو» واقع در آمریکا با 77 درصد بازیافت مقایسه کنیم. مخزن لالی مخزنی سنگ آهکی شکاف دار با میانگین نفوذپذیری 1/0 میلی دارسی با فشار موئینگی بالا و عمدتاً « نفت دوست»4 است، در صورتی که مخزن لیک ویو مخزنی تک تخلخلی از جنس سنگ ماسه ای با نفوذپذیری 2000 میلی دارسی و با فشار موئینگی بسیار پایین و « آب دوست» است(18و19). اگر مخزن لالی در آمریکا کشف و از آن بهره برداری می شد حتی 10 درصد نفت آن را بهره برداری نمی کردند زیرا آنها با استفاده از روش سریع در بهره برداری، این میدان را بسیار کمتر از آنچه که می توانست تولید کند به اتمام می رساندند.

مثال مناسب دیگر مقایسه مخزن شکاف دار « اسپرابری»1 در آمریکا با میانگین نفوذپذیری 1/0 میلی دارسی با میدان نفتی هفتکل در ایران است(3) این دو میدان دارای نفوذپذیری تقریباً یکسان هستند، اما میزان نسبی تولید روزانه از میدان نفتی هفتکل به مراتب پایین تر از میدان اسپرابری در ابتدای بهره برداری می باشد.

ضریب بازیافت نفت به صورت طبیعی در هفتکل حدود 22 درصد است در صورتی که ضریب بازیافت طبیعی نفت در میدان اسپرابری کمتر از 8 درصد بوده است. ولی آنها بیش از 3000 حلقه چاه در این میدان حفر کردند، در حالی که میزان نفت در جا در این میدان 2 میلیارد بشکه و میزان نفت در جا در میدان هفتکل حدود 7 میلیارد بشکه است و حال آن که تنها حدود 40 حلقه چاه در آن حفر شده است. پس از یک دوره کوتاه برداشت نفت به صورت طبیعی از میدان اسپرابری، برای مدتی طولانی آب و متعاقب آن برای مدت کوتاهی 2 CO تزریق شد، در نتیجه کل بازیافت نفت از مخزن فوق تاکنون حدود 12 درصد بوده است.

در صورتی که فشار میدان نفتی هفتکل را به حد اولیه آن در تاج مخزن یعنی psi 1420رسانده شود، ضریب بازیافت نفت این مخزن به بیش از 27 درصد می رسد. از سوی دیگر اگر می توانستیم فشار مخزن هفتکل را به حد اولیه فشار مخزن اسپرابری یعنی معادل psi 2250 افزایش دهیم، ضریب بازیافت نفت مخزن فوق به حدود 35 درصد می توانست برسد(12).

تفاوت اصلی بازیافت نفت در میدانهای هفتکل و اسپرابری نشان دهنده آن است که میدان هفتکل اولاً با سرمایه گذاری بسیار پایین تر به نحو بهتر و صحیح تری بهره برداری شده است و ثانیاً تخلیه سریع از مخازن شکاف دار، همواره شدیدی در بازیافت نفت به دنبال دارد.

نمونه های بالا نشانگر آن است که مخازن ایران با حداکثر ضریب بازدهی، تحت شرایط تخلیه طبیعی قرار داشته اند و نباید آنها با مخازنی که از ویژگی های دیگری برخوردارند مقایسه کرد. در حقیقت ضریب بازیافت نفت در مخازن مشابه در کشور آمریکا یا هر جای دیگر، فاصله بسیار زیادی با ضریب بازیافت نفت در ایران دارد، چنان که به نمونه ای از آن در مورد هفتکل اشاره شد. بنابراین ضریب بازیافت نفت در ایران را نباید با هیچ جای دیگر جهان که دارای خصوصیات مخزنی متفاوت و دارای طبیعت تولیدی خاص خود است و یا از ویژگی های دیگری برخوردارند مقایسه کرد.

براساس اطلاعات منتشر شده موجود در مورد مخازنی که تا حدودی مشابه مخازن ایران هستند می توانیم از روشهای درجه بندی استفاده کنیم تا تخمین بهتری از ضریب بازیافت به دست آوریم. در ذیل به چند نمونه دیگر از این موارد اشاره می کنیم.