شبیه سازی روش تزریق متناوب غیر امتزاجی آب وگاز در یکی از مخازن جنوب غرب ایران

مقدمه

یکی از روش های ازدیاد برداشت نفت ، فرآیند تزریق متناوب آب – گاز Water Alternating Gas می باشد که برای افزایش سطح تماس مخازن توسط سیال جابه جا کننده ، گاز را به طور نوبتی با آب تزریق می شود. این روش تزریق ، بازیافت نفت را با منترل بهتر قابلیت تحرک و افزایش میزان سطح جاروب شده و افزایش بازده جاب جایی میکروسکو÷ی ( در حالت امتزاجی ) بهبود می بخشد. علاوه بر کنترل بهتر تحرک پذیری ، بازیافت نفت در تزریق تناوبی آب گاز ( در مخازن واقعی ) ، به علت تماس سطح های جاروب نشده ، به خصوص بازیابی نفت های حبس شده در حفره های کوچک سنگ مخزن به وسیله بالا رفتن گاز و ÷ایین آمدن آب به طرف ته مخزن می باشد. همچنین در سال های اخیر گاز تولید شده دوبازه از طریق چاه های تزریق آب به مزن با گردانده می شود تا میزان بازیافت نفت افزایش یافته و نیز باعث نگه داشتن فشار مخزن شود.

گزارش های کمی ، از ناموفق بودن این روش تزریق موجود می باشد اما مشکلات عملیاتی همواره وجود داشته است. به علاوه پیچیدگی درعملیات تزریق و Gravity Override فرآیند WAG را مشکل ساخته و به دلیل اختلاف دانسیته بالای فازهای گاز و آب ، تفکیک ثقلی اجتناب ناپذیر است. اولین فرآیند تزرق متناوب آب و گاز در کانادا ، در سال 1957 گزارش شد و موفقیت WAG را نشان داد.

تهرانی و همکارانش مجم.عه ای از برنامه های تحقیق و توسعه را به همراه شبیه سازی مدل آزمایشگاهی انجام داده اند که بتوانند توابع نفوذ پذیری نسبی و فشار موئینه سه فازی را محاسبه کنند.

نتایج حاصل نشان داد که در مدت سیلاب زنی ، تولید نفت به جای جا به جایی پیستونی با جریان فیلمی کنترل می شود. در سطوح حفره و در مدت تزریق آب ، کانال های گاز به علت رشد فیلم آب ، باریک شده و به علت اثر متقابل نیروهای موئینه و نوسانات فشاری گاز ، حباب های گازی در گلوگاه بسیاری از حفره ها تقسیم می شوند. در این تحقیق بخش قابل توجهی از نفت بعد از تعداد کمی از چرخه های تزریق WAG بازیافت شد.

در سال 2001 آزمایشی در میکرومدل شیشه ای فشار بالا ، برای بررسی اثر تغییر تر شوندگی انجام شد. توزیع جریان سیال مورد بررسی قرار گرفت . اشباع سیال در مراحل مختلف اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که بازیافت نفت در تزریق WAG در مدل نفت دوست و مدل با تر شوندگی مختلط بیشترین مقدار را به هماره دارد.

Nadeon و Singhal تزریق متناوب آب و گاز را به وسیله اجرای یک آزمایش در میدان دولانگ مورد بررسی قرار دادند. مطالعات نشان داد که تزریق متناوب غیر امتزاجی آب و گاز ، دارای ÷تانسیل بالقوه جاروبی سیلاب هدایت می کند. در این تحقیق ، تزریق متناوب غیر امتزاجی آب و گاز ، با استفاده از گاز های تولیدی انجام شد. مطالعات شبیه سازی ، افزایش بازیافت نفت را به اندازه 1 تا 5 درصد نفت اولیه درجا با بکار گیری فرآیند WAG نشان داد.

1- خواص سیال مخزن

اندازه گیری خواص سیال توسط نرم افزار PVTi امجام گرفته است. در مدل شبیه ساز نفت سیاه ، خواص سیال به وسیله جداول PVT تعریف می شود که در یردارنده ضرایب حجمی سازند و نسبت گاز به نفت محلول در فشار های مختلف می باشد. در مدل سازی نفت سیاه ، PVT سیال مخزن به عنوان تابعی از فشار می باشد. بنابر این آزمایشات Differential Liberatio و روابط آنها به طور متداول در محاسبات خواص سیال مخزن استفاده می شوند. عدم قطعیتی که همراه با ÷ارامتر هایی مثل ضرایب حجمی ، ویسکوزیته ، نسبت گاز به نفت محلول و دانسیته سیال می باشد را می توان با استفاده از معادلات معتبر کاهش داد. در اینجا از معادله سه پارامتری پینگ – رابینسون استفاده شده و نوع رابطه ( Correlation ) ویسکوزیته ، پدرسون بوده است.

÷س از اعمال معادله حالت و ورود اجزا و درصد مولی آنها شبیه سازی انجام و نتایج حاصل ، با داده های آزمایشگاهی مقایسه شدند. با در نظر گرفتن پارامتر ها به عنولن متغییر تطابق خوبی از خواص سیال و حجم نسبی نفت در شکل های 1 و2 نشان داده شده است.

مدل مورد نظر از سازند ایلام و گروه بنگستان بوده و دارای نفت با درجه 32 API و دمای 150 درجه فارنهایت می باشد ( جدول 1 ).

جدول 1- شرایط اولیه مخزن

2- توصیف مدل

برای ساخت مدل استاتیک مخزن از نرم افزار Flogrid استفاده شد. ÷س از ورود اطلاعات اولیه ( تراوایی ، تخلخل و عمق ) که حاصل از بررسی های زمین شناسی و پتروفیزیکی بوده ، نوع شبکه بندی Corner Point انتخاب شد که نسبت به Block Center از دقت بیشتری برخوردار است. سپس با انجام Up scaling متوسط خواص مخزن مثل تراوایی ، تخلخل و NTG به هر گرید اختصاص داده شد.

شکل 1- تغییرات نسبت گاز به نفت محلول بر اثر فشار

شکل 2- تغییرات حجم نسبی نفت و ویسکوزیته بر حسب فشار

شکل 3- نمودار های تراوایی نسبی و فشار موئینگی نفت – آب و نفت – گاز

در شکل 3 نمودار های تراوایی نسبی و فشار موئینگی نفت – آب و نفت – گاز نشان داده شده است. برای انتخاب بهترین شبکه بندی ، آنالیز حساسیت سنجی بر روی مدل انتخابی انجام شد تا هم ضریب بازیافت لهتر شود و هم Run Time کوتاهتر باشد. تعداد و ابعاد گریدبندی انتخابی و متوسط خواص مخزن در جدول 2 قابل مشاهد ه است. در شکل 4 شبکه بندی در لایه های مختلف مخزن نشان داده شده است.

جدول 2- ویژگی های شبکه بندی استفاده شده در شبیه سازی

در نتیجه این مدل دارای 54000 شبکه است که با در نظر گرفتن شکاف ها تعداد آنها به 108000 شبکه رسید. از خروجی های حاصل از مدل استاتیک و خواص سیال مخزن به عنوان ورودی های نرم افزار Eclipse100 استفاده شد. مخزن مورد نظر در ابتدا دارای سه چاه بوده که از اکتبر 1999 تا سال 2006 در حال تولید طبیعی بوده است. به منظور انجام تطابق تاریخچه ، ابتدا آنالیز حساسیت سنجی برای شناخت پارامتر های موثر بر شدت تولید و افت فشار مخزن انجام شد. نتایج حاصل نشان داد که تخلخل و نفوذ پذیری شکاف از عوامل موثر بر میزان شدت تولید و افت فشار مخزن هستند چنان که با کاهش نفوذ پذیری شکاف ، شدت تولید کاهش یافت و افا فشار بیشتری مشاهده شد. عوامل دیگر از جمله سیگما ( پارامتر ارتباط دهنده بین ماتریکس و شکاف ) و نیز فواصل بین شکاف ها ( Dz Matrix ) بررسی شدند. Dz Matrix در مقدار های بسیار کم موجب افت تولید و افت فشار مخزن شده است. در شکل 5 نتایج حاصل از آنالیز حساسیت سنجی نشان داده شده است. برای شبیه سازی مخازن مدل تخلخل دوگانه ( Dual Porosity ) در نظر گرفته شد. در این حالت ، انتقال سیال تنها از شکاف ها صورت می گیرد و ماتریکس ها شکاف ها را تغذیه می کنند. در این مدل با توجه به ستون زیاد مخزن ، فرض شده که مکانیزم ریزش ثقلی در تولید موثر است. با مشخص شدن پارامتر های موثر و مقایسه بین تنها تست فشاری موجود ( یک چاه ) و نتابج حاصل از شبیه سازی ، تطابق تاریخچه انجام شد. اطلاعات شکاف ها ÷س از انجام تطابق در جدول 3 نشان داده شده است. مقدار نفت اولیه درجا حدود 166 MMSTB محاسبه شده است.

جدول 3- ویژگی شکاف ها پس از انجام عملیات تطابق تاریخچه

شکل 5- نمودار تولید مخزن ( الف ) و تغییرات فشار استاتیک ( ب ) در آنالیز حساسیت سنجی

شکل 4- نمایی از شبکه بندی در لایه های مختلف مخزن

3- سناریوی شبیه سازی مخزن

برای انتخاب موقعیت چاه ها ، سعی شد تا حتی الامکان چاه های تولیدی در موقعیتی که نفوذ پذیری سنگ مخزن بیشتر است قرار گیرند. محل قرار گیری چاه های تولید و تزریق در شکل 6 قابل مشاهده است. پنج چاه تولیدی و دو چاه تزریق برای مدل انتخاب شد. در ابتدا مخزت در حالت طبیعی ( با 5 چاه تولیدی ) شبیه سازی شد. حداقل فشار ته چاهی 2000 psi در نظر گرفته شد. محدودیت های اقتصادی که برای بسته شدن چاه ها در نظر گرفته شده به صورت جدول 4 می باشند.

جدول 4- محدودیت های اقتصادی برای چاه های تولیدی

شکل 6- نمایی از موقعیت چاه های تولید و تزریق در مخزن

سناریو های مختلف تزریق آب ، گاز ، تزریق متناوب آب – گاز به مخزن از سال 2006 ( تا سال 2020 ) آغاز و مقدار تولید از 5 چاه 10500 STB/Day در نظر گرفته شد که مقدار تولید هر چاه ، در جدول 5 ذکر شده است. مقدار فشار ته چاهی برای چاه های تزریق آب و گاز 3500 psia بوده است.

جدول 5- مقدار تولید چاه ها

3-1 تزریق گاز

چاه های تولیدی به وسیله مقدار تولید نفت و چاه های تزریقی با شدت تزریق کنترل می شوند. در هر چاه 1000 MSCF/Day گاز به مخزن تزریق می شود. برای انتخاب بهترین لایه ها برای تکمیل چاه های تولید ، سعی شد تا لایه های انتخابی هم ستون نفت مناسب تری داشته و هم از نفوذ پذیری بهتری برخوردار باشند. چاه های تولیدی در لایه های 17 تا 25 تکمیل شدند و تزریق به لایه نفتی به منظور جا به جا کردن نفت صورت گرفت. با توجه به نفت دوست و شکافدار بودن مخزن مکامیزم ریزش ثقلی بسیار موثر عمل کرده و مقدار نفت باقیمانده به طور قابل توجهی کاهش یافته است. در شکل 7 اشباع نفت باقیمانده پس از تزریق گاز قابل مشاهده است.

شکل 7- اشباع نفت باقیمانده پس از تزریق گاز به لایه نفتی

3-2 تزریق آب

در این روش نیز شدت تولید از چاه ها همانند تزریق گاز بوده و چاه های تولیدی ذدر همان لایه های قبلی تکمیل شده اند. تزریق آب با شدت 7000 STB/Day به لایه نفتی انجام گرفت. با توجه به نفت دوست بودن مخزن ، تزریق آب موثر نبوده و کاهش ضریب برداشت در این تزریق ، در اثر رسیدن زود هنگام سیال تزریقی به چاه های تولیدی و بسته شدن چاه های تولیدی به علت محدودیت های اقتصادی موجود ، بوده است. در شکل 8 نفت باقیمانده ÷س از تزریق آب را نشان می دهد.

شکل 8- اشباع نفت باقیمانده پس از تزریق آب به لایه نفتی

3-3 تزریق متناوب آب – گاز WAG

تزریق متناوب آب – گاز با طول چرخه های متفاوت 270 روزه آب – گاز و 60 روزه آب ، 40 روزه گاز با سیستم چرخه ای به مخزن انجام شد. در این روش شدت تزریق گاز 1000 MScf/Day و شدت تزریق آب 7000 STB/Day ( تزریق به لایه نفتی ) در نظر گرفته شد. ابتدا تغییر در اثر طول چرخه های تزریق بررسی گردید ( شکل 10 ) و سپس سه سناریوی مختلف تزریق آب ، گاز و تزریق آب و گاز با یکدیگر مقایسه شدند. ( شکل 11 ). در تزریق تناوبی ، با افزایش طول چرخه های تزریق ، ضریب بازیافت 6/0 درصد افزایش یافت که زشد بازیافت در این تغییر به علت بهتر شدن بازده ماکروسکوپیک ، کاهش نفت باقیمانده و به تاخیر افتادن زمان رسیدن سیال تزریقی به چاه های تولیدی می باشد. در شکل های 9 و 12 اشباع نفت باقیمانده پس از تزریق متناوب و گاز و شدت های تزریق آب و گاز ، در چرخه های متوالی قابل مشاهده است. در تزریق گاز به علت بهتر عمل کردن مکانیزم ریزش ثقلی ضریب برداشت به 6/30 درصد رسیده ، حال آنکه در تزریق تناوبی با طول چرخه های 9 ماه ضریب برداشت مقدار 6/29 درصد را نشان داد. به نفت دوست بودن مخزن ، تزریق آب موثر عمل نکرده و این روش تزریق دارای ضریب برداشتی به مقدار 2/25 درصد بوده است.

شکل 9- اشباع نفت باقیمانده پس از تزریق WAG به لایه نفتی

شکل 10- مقایسه بین انواع سناریوی تزریق WAG به طول چرخه های متفاوت ( 270 روزه آب و گاز ، 60 روزه آب ، 40 روزه گاز ) در تجمع نفت تولیدی

شکل 11- مقایسه بین انواع سناریوی تزریق WAG ، آب و گاز در تجمع نفت تولیدی

شکل 12- شدت های تزریق آب و گاز در چرخه های متوالی WAG

نتایج بدست آمده

روش تزریق متناوب آب و گاز نسبت به تزریق آب بهتر عمل کرده و ضریب برداشت در این روش ، نسبت به تزریق آب به میزان 4/4 درصد افزایش داشته استو

در تزریق تناوبی آب – گاز با افزایش طول چرخه های تزریق ، می توان مقدار اشباع نفت باقیمانده را با افزایش بازده حجمی کاهش داده و در نتیجه ضریب برداشت مخزن را افزایش داد.

در مخازن شکافدار با تر شوندگی نفت دوست ، روش تزریق گاز به علت بهتر عمل کردن ریزش ثقلی و به تاخیر افتادن زمان رسیدن سیال تزریقی به چاه های تولیدی دارای ضریب برداشت بالاتری است اما در عین حال روش تزریق متناوب آب – گاز با توجه به مقدار بازده برداشت مناسب ، می تواند موجب کاهش هزینه گاز مصرفی و افزایش سود آوری طرح شود.

روش تزریق آب در مخازن شکافدار نفت دوست بازده مناسبی نداشته و مقدار اشباع نفت باقیمانده در این روش نسبت به سایر روش های تزریق بیشتر بوده است.

برای دریافت اصل مقاله از طریق ارتباط با ما اقدام نمائید