كاربرد نمودارهاي نگار توليد در بهره برداري از چا ههاي نفت

كاربرد نمودارهاي نگار توليد در بهره برداري از چا ههاي نفت

نم.وار های تگار تولید یا Production Logging Tests (PLT) دسته ای از روش های نمودار گیری و چاه پیمایی است که در یک چاه تولیدی یا تزریقی تکمیل شده رانده شده و هدف آنها بررسی رفتار و عملکرد سیال در چاه و نواحی اطراف آن است. در واقع بر خلاف نمودارهای ارزیابی سازند ( Formation Evaluation Logs ) که با قسمت سنگ مخزن سروکار دارند و عمدتاً سعی می شود به کمک آنها بتوان پارامترهایی نظیر تخلخل ، اشباع شدگی ، شعاع صدمه دیدیگی ، ضخامت لایه تولیدی و لیتولوژی سازند را بدست آورد ، در نمودار های تولید ما با سیال مخزن سروکار داریم و با ارزیابی جریان سیالات درون لوله تولید (Tubing) ، بیرون لوله و یا حتی بطور مستقیم ارزیابی نحوه تکمیل چاه ( Well Completion ) می پردازیم.

در سالهای اخیر ، استفاده از PLT شامل کاربردهایی از مراحل ابتدایی حفاری تا آخرین مراحل تولید چاه و توسعه مخزن است. بیشترین کاربرد های رایج نمودار های تولید عبارتند از : اندازه گیری پروفایل جریان چاه ، تشخیص مشکلات مکانیکی چاه ، ارزیابی کیفیت تکمیل چاه ، تعیین وضعیت مخزن ، ارزیابی تاثیر عملیات انگیزش چاه ، تعیین زون های تولیدی.

مقدمه

نمودارگیری تولید با استفاده از نمودار دما در دهه 1930 شروع شد. در آن زمان از نمودار دما برای مشحص کردن مقاط یا فواصل ورود سیال به چاه استفاده می شد. به عنوان مثال با دانستن اینکه هنگامی که گاز منبسط می شود ، دمای آن گاهش می یابد و با استفاده از این پدیده نقاط ورود گاز به چاه ، در دهه 1949 ، نمودار های « سرعت سیال » ( دبی سنج ) و « فشار » به نمودار دما اضافه شده اند تا اطلاعات مفصلی از شرایط چاه به دست آید. نوع سیال موجود در چاه می تواند با استفاده از گرادیان یا شیب فشار مشخص شود. مقدار سیال تولید یا تزریق شده به هر لایه از طریق نمودار دبی سنج مشخص می گردد.

در اواسط دهه 1960 ، ابزار های دیگری به PLT اضافه شدند تا اطلاعات دقیق تر و جزئی تری از شرایط چاه به خصوص در جریان چند فازی ارائه دهند. نمودار های چگالی سیال با ظرفیت خازنی ( انباشتگی آب ، Water Holdup ) برای مشخص کردن شرایط پیچیده جریان چند فازی و رفتار هر سیال به کار گزفته شدند. همچنی استفاده از نمودار های « بندش سیمان » برای ارزیابی تکمیل چاه گسترش یافت.

در کنار تحول و پیشرفت ابزارهای PLT ، روش های تفسیر نیز گسترش یافت . این پیشرفت ها به ویژه در زمینه رفتار سیالات و جریان های چند فازی بوده است. تحقیق در زمینه ابزار و روش های تفسیر PLT هنوز هم در حال انجام است.

هر چند در 50 سال گذشته ابزار نمودارگیری تولید پیشرفت قابل ملاحظه ای کرده اند ، اما فن آوری های اندازه گیری خصوصیات سیال هنوز هم در پاره ای موارد محدود است ، خصوصاً هنگامی جریان ، چند فازی برقرار باشد. اکثر روش های تعیین پروفایل جریان ، در مورد جریان های یک فازی نتایج دقیقی می دهند. در جریان های چند فازی شرایط نسبت به جریان یک فازی خیلی پیچیده تر است و نمودار گیری نتایج غیر دقیق و یا حتی اشتباه می دهد. .جود جریان چند فازی از دو جهت عمده باعث پیچیدگی جریان می شود:

اول اینکه : توزیع فاز ها در سطح مقطع لوله یکنواخت نیست.

دوم اینکه : خواص سیال در هر زمان و در هر مکان تغییر می کند. این موضوع تعجب آور یا نا امید کننده نیست چون ما تلاش می کنیم از فاصله دور ، خصوصیات دو یا چند سیال را به طور همزمان در محیط پیچیده چاه اندازه گیری کنیم ، علاوه بر اینکه اندازه گیری سرعت و دیگر خواص سیال حتی در شرایط کنترل شده آزمایشگاه هم مشکل است. باید توجه داشت که در PLT خواص نمونه های کوچکی از سیال چاه اندازه گیری می شود.

1- کاربرد های PLT

PLT می تواند لبزاری قدرتمند در ارزیابی عملکرد چاه و یا مخزن باشد. آگاهی از توانمندی ها و محدودیت های ابزار های PLT و نیز آگاهی از نوع مشکلاتی که با کمک PLT مشخص می شود برای استفاده صحیح و موثر از این لازم است. Wade و همکارانش با اشاره به چاه های تولیدی ، کاربرد PLT را در یافتن پاسخ این سوال دانسته اند که « چه مقدار از چه نوع سیال هایی و از چه ناحیه ای وارد چاه می شود ؟ »

نمودارهای توليد کاربردهای بسيار گسترده و وسيعی دارند. ما در استفاده از نمودارهای توليد با هيچ گونه محدوديتی مواجه نیستیم ، و این نمودار ها بخوبی در چاه های حفره باز و دارای لوله جداری و نیز در چاههای توليدی و تزريقی و همچنين در چاه های افقی ، عمودی و جهت دار و بطور کلی از زمان شروع حفاری تا هنگامیکه چاه در مرحله ازدیاد برداشت قرار می گیرد قابل استفاده مي باشند. اما عمدتاً از اين نمودارها براي شناسايی مشکلات چاه های تولیدی و تعیین پروفایل تولید استفاده می شود.

ابزار های مورد استفاده در نموار های تولید عبارتند از : دما ، فشار ، سرعت سنج پروانه ای ، کالیپر ، اشعه گاما ، چگالی سیال و پس ماند آب. همانطور که در شکل (1) نشان داده شده است به منظور صرفه جویی در زمان و هزینه ، این سنسور ها می توانند با هم ترکیب شده و به عنوان یک ابزار از طریق کابل چاه پیمایی به درون چاه فرستاده شوند و همزمان داده های سیال و فشار را که مستقیماً به مقدار و ماهیت تولید از هر نقطه ورودی و خروجی به چاه می باشد ثبت کنند.

شکل 1- شماتیکی از ابزار نمودار تولید که از چندین سنسور تشکیل شده است

در این بخش کاربرد های PLT در در پایش عملکرد مخزن ، ارزیابی نحوه تکمیل چاه ، برنامه ریزی و ارزیابی عملیات تعمیر چاه ( Workover ) و تشخیص مشکلات چاه و مخزن بررسی می شود. کاربرد های PLT از نظر زمانی به سه بخش تقسیم می شود:

1-1- کاربرد های PLT هنگام حفاری و تکمیل چاه :

هر چند به نظر می رسد هنگام تکمیل چاه می توان اقدام به راندن نمودار PLT کرد ، با این وجود حتی در مراحل اولیه حفاری هم می توان از PLT استفاده نمود. از ابتدای حفاری ، PLT را می توان برای مشخص کردن ناحیه هرزروی گل حفاری ( Mud Lost ) و نیز تشخیص فوران زیر زمینی ( Underground Blowout ) به کار برد. تقریباً همه عملیات تکمیل چاه شامل : سیمانکاری ، Gravel Packing ، مشبک کاری ، و انگیزش چاه ( Stimulation ) را می توان به کمک PLT ارزیابی کرد، از جمله :

- تشخیص منطقه هرزروی گل حفاری ( Lost Circulation Zone )

- تشخیص فوران های زیر زمینی ( Underground Blowout )

- تشخیص ابتدای سیمان یا حد بالای سیمان ( Cement Top ) پشت لوله های جداری و آستری

- ارزیابی بندش و کیفیت سیمان ( Cement Bond Quality )

- ارزیابی Gravel Pack

- ارزیابی محل و عملکرد مشبک ها ( Perforations )

- مشکلات مکانیکی مانند سوراخ شدگی لوله ها ، نشت مجرابند و خوردگی و غیره.

1-2- کاربرد های PLT هنگام تولید یا تزریق سیال

کاربرد اولیه PLT در تشخیص مشکلات چاه و عملکرد مخزن در طول عمر تولیدی یا تزریقی یک چاه است. این بخش به دو بخش فرعی تقسیم می شود :

1) کاربرد های PLT در جریان یک فازی

2) در جریان چند فازی.

اکثر چاه های تزریقی یک فازی اند مانند تزریق آب یا گاز. گاهی ممکن است سیال تزریقی دو فازی باشد مانند تزریق بخار آب که مقداری از آن میعان می شود یا تزریق دی اکسید کربن. چاه های تولیدی به ندرت یک فازی هستند و اکثراً به صورت دو فاری آب – نفت یا نفت – گاز و یا حتی سه فازی آب – نفت – گاز هستند. به طور کلی به ندرت ممکن است یک چاه تولیدی یک فازی باشد و در هر حال بهتر است پیچیدگی های جریان چند فازی در نظر گرفته شود.

1-2-1- کاربرد در جریان یک فازی

همانطور که گفته شد اکثر چاه های تزریقی دارای سیال یک فازی هستند و تعداد کمی از چاه های تولیدی فقط یک سیال تولید می کنند. لذا استفاده از PL در چاه های با جریان یک فازی عمدتاً شامل چاه هاید تزریقی است.

Stratton و همکاران کاربرد های PL را چنین خلاصه کرده اند:

در چاه های تزریقی بیش تر آب به عنوان سیال جابجا کننده برای برداشت ثانویه ، نگهداشت فشار مخزن و یا دفع آب های زائد تزریق می شود. سیال تزریقی علاوه بر آب ممکن است هیدروکربن مایع ، گاز ، هوا و یا ترکیبی از ار مایع و گاز باشد ، مانند : بخار آب اشباع. سیال تزریقی هر چه باشد ، هدف اصلی PLT تعیین پروفایل تزریق سیال است ، یعنی چه مقدار از سیال در کجای چاه تزریق شود. پس از آنکه پروفایل تزریق معین شد ، اغلب لازم است بررسی های لازم برای مشکلات مکانیکی چاه از قبیل : آسیب ها و نشتی های لوله جداری و آستری ، توپک ها ، سیمان بندی ضعیف و نیز جریان سیال بین فواصل جدا شده صورت گیرد.

1-2-2- کاربرد در جریان چند فازی

در نزدیکی عمق نهایی چاه ( در بخش مخزنی چاه ) جایی که نمودار PL رانده می شود ، وجود چند سیال بسیار محتمل است. علاوه بر نفت ، آب نیز معمولاً تولید می شود. در چاه هایی که فشار كمتر از فشار اشباع يا نقطه حباب است گاز توليد مي شود. بنابراين در هنگام برنامه ريزي براي راندن PL و نیز هنگام تفسیر آن، احتمال وجود فازهايي غير از نفت بايد مد نظر قرار گيرد.

در مورد جریان چند فازی هم مانند یک فازی ، هدف اصلی از PL تعیین پروفایل سیال تولید شده ولی با این تفاوت که باید درصد هر سیال و محل ورود هر سیال به چاه هم به طور جداگانه مشحص شود.

برای تعیین درصد هر فاز معمولاً از نمودار های چگالی سیال و یا ظرفیت خازنی سیال استفاده می شود. این نمودار ها به همراه یکی از نمودار های دبی سنج ( از قبیل پروانه Spinner یا Radioactive Tracer ) رانده می شوند تا مقدار هر سیال را مشخص کنند. برای تشخیص محل ورود سیال به چاه از نمودار دما استفاده می شود. در چاه هایی با جریان چند فازی ، PL می تواند در تشخیص مشکلاتی مانند آب و یا گاز اضافی به کار رود.

1-3- کاربرد هنگام تعمیر چاه

PLT می تواند در برنامه ریزی و ارزش یابی عملیات تعمیر چاه ها نقش کلیدی داشته باشد. به عنوان مثال عملیات ازریق سیمان ، مشبک کاری مجدد ، اسید کاری ، لایه شکافی و عملیات بهبود پروفایل سیال می تواند با PLT ارزیابی شود. شکل 2 مهمترین مشکلات شایع در چاه های تولیدی را نشان می دهد.

شکل 2- مشکلات معمول در چاه های تولیدی که با استفاده از PLT قابل تشخیص هستند

2- داده های مورد نیاز

ارزش یک نمودار PLT هنگامی زیاد می شود که حاوی اطلاعات و داده های کافی برای یک تفسیر مستقل باشد.

این اطلاعات عبارتند از:

1) شرح نحوه تکمیل چاه ( لوله های جداری و آستری ، فواصل مشبک شده ، عمق ها و غیره )

2) شرایط تولید یا تزریق

3) خواص سیالات چاه ( چگالی ، فشار اشباع ، ضریب سازندی ، مقدار گاز محلول و غیره )

4) شرح ابزار های نمودار گیری ( ابعاد فیزیکی و قطر ها ، دقت و کالیبراسیون ابزار ، روش نمودار گیری )

5) داده های حام ابزار نمودار گیری ( داده های پردازش نشده )

نمودار های نگار تولید یا PLT اطلاعات کامل و دقیقی از وضعیت لایه های تولیدی ، نوع و مقدار سیال تولید شده از هر لایه ، مشکلات چاه از نظر جریانی و رفتار جریانی سیالات هنگام خروج از مخزن و بالا آمدن در ستون چاه را دز بر دازد. نمودار های نگار تولید با راندن ابزار ویژه نمودار گیری در چاه و ثبت مقادیر اندازه گیری شده انجام می شود. داده های اولیه حاصل از ابزار نمودار گیری به صورت خام است و برای تفسیر صحیح باید ایتدا مورد پردازش قرار گیرند. بخشی از پردازش مربوط به نحوه اندازه گیری ابزار درون چاهی است و بخش مهم دیگر مربوط به رژیم جریان و ویژگی های هندسی چاه است.