ارزيابي كيفيت و سازگاري داده هاي PVT هيدروكربن

چكيده

از اطلاعات PVTهيدروكربن براي طيف گسنرده اي از برنامه هاي كاربردي مهندسي مخزن از جمله ارزيابي اوليه حجمي، ارزيابي چاه آزمايي، محاسبات موازنه مواد و معادله حالت مشخصه سيال استفاده مي شود. كيفيت بالا، اطلاعات PVT دقيق مي تواند عدم قطعيت در خواص سيال مخزن را كاهش دهد، بنيادي را براي مطالعات مخزن بسازد و بهره وري سرمايه گذاري را بهبود ببخشد. اطلاعات PVT ضعيف مي تواند به دليل دوباره كاري و مطاعات اضافي زمان را از دست بدهد، برنامه و طرح هاي توسعه ناكافي و سرمايه گذاري هاي نا كارآمد منجر شود. در حاليكه دستيابي حجم گاز نمونه هاي سيال مخزن اولين قدم در بدست آوردن اطلاعات PVT مي باشد، درك و شناسايي كيفيت اطلاعات PVT يك بار در آزمايشگاه براي تعيين اطلاعاتي كه اعمال مي شود ضروري است.

تعدادي از تكنيك ها وجود دارند كه مي توانند براي ارزيابي كيفيت داده هاي PVT له كار گرفته شوند و تجارب زيادي در استفاده از اين تكنيك ها در طول سال هاي گذشته به دست آمده است.

مثال ها و تصاوير مربوط به به ارزيابي كيفيت داده ها براي تركيبات سيال و اطلاعات فلش، اطلاعات PVT نفت، و PVT گاز هاي ميعاني ارائه شده است.

مقدمه

روش هاي شرح داده شده، در درجه اول براي ارزيابي كيفيت داده هاي PVT براي مشخصه معادله حالت سيال استفاده شده ، اما اين روش ها كاربرد بسيار گسترده اي از جمله بعنوان يك تخمين مناسب PVT براي برآورد حجم درجا، بررسي محاسبات مهندسي مخزن، و اقدامات نظارتي است. هنگامي كه اطلاعات PVT آرمايشگاهي اوليه به مهندس مخزن ارائه شد، اين روش ها مي تواند براي بسط اطلاعات استفاده شوند. مهندس پس از آن مي تواند از اين اطلاعات براي گرفتن نتايج به آزمايشگاه ارائه دهد و هنگامي كه اندازه گيري ها يا محاسبات آزمايشگاهي لازم باشد دوباره از آنها استفاده كرد.

پارامترهاي معادله حالت گاهي اوقات مي تواند براي مطابقت با اندازه گيري هاي PVT كه از نظر فيزيكي واقع بينانه نيست تنظمي شوند. وقتي يك كعادله حالت بيش از حد با داده هاي بد تنظيم شود، حداقل دو موضوع به وجود مي آيد: اول، كيفيت مطابقت با اطلاعات كيفيت خوب باقي مانده اغلب بدتر است. دوم و مهمتر اينكه ، توانايي براي پيش بيني خواص خارج از طيف وسيعي از اندازه گيري ها، به مشكل روبرو خواهد شد. با استفاده از اين كيفيت و سازگاري روش هاي ارزيابي، معمولاً اختلاف مي تواند حل و فصل شود. بنابراين امكان بهبود كيفيت پيش بيني خواص و مشخصه هاي اغلب نمونه هاي سيال مخزن و اطلاعات PVT آزمايشگاهي در طي يك دوره زماني بدست مي آيد. ارزيابي جامع داده ها اغلب پس از اينكه داده ها توسط آزمايشات گرفته شدند با استفاده از روش هاي مختلف صورت مي گيرد. اين مورد اغلب منجر به تفاوت در اندازه گيري هاي بين آزمايشگاهي و يا مجموعه داده ها مي شود كه بياد حل و فصل گردد. موقعي كه تفاوت در اين داده ها مشاهده كردد، روش هاي شرح داده شده مي تواند براي حل و فصل اين تفاوت ها مفيد باشد و شناسايي داده هاي مناسب توسط برنامه هاي مهندسي مخزن انجام مي شود.

تفسير

روش هاي شرح داده شده شامل موارد زير مي باشد اما محدود به آنها نمي باشد:

- چك كردن موازنه مواد و منحني هاي هافمن براي ارزيابي سازگاري داده هاي تركيبي و فلش

- روش هاي گرافيكي به منظور ارزيابي سازگاري بين كاهش حجم ثابت و داده هاي انبساط تركيب ثابت براي گاز ميعاني با مراحل بكار گرفته شده براي داده هاي خروجي سيال، داده هاي Z-factor ، و داده هاي چگالي

- مرجع روش هاي ترجمه حجم براي ضريب حجمي سازند و راه حل اندازه گيري GOR سازند براي ارزيابي كيفيت داده ها در فشار پايين و اطمينان از اينكه داده هاي آزاد شده ديفرانسيلي كه براي نفت ها استفاده ميشود مناسب است.

- روش هاي كراس پلات براي مقايسه داده ها از منابع مختلف.

تركيب و اطلاعات فلش:

يكي از اولين مراحل براي ارزيابي داده هاي PVT آزمايشگاهي جهت ارزيابي سازگاري تركيبات است. در گذشته، يك آزمايش ساده براي اطمينان از آنها به يكي اضافه شده است. اين بخصوص در مواقعي كه گزارش تايپ مي شود، اهميت دارد و خطاهاي مربوط به حروف چيني آنها مي تواند منجر به تركيب اشتباه شود. امروزه ، با اين حال، زماني كه توسط صفحات گسترده گزارش داده مي شود، محاسبات جمع معمولاً بطور خودكاذ انجام مي شود و خطاهاي مربوط به حروفچيني در حال حاضر غير معمول است. البته تفاوت در تركيبات از گزارش هاي PVT معمولاً كوچك و مربوط به آمار و ارقام بجاي اشتباهات وجود دارد.

دو روش ديگر براي ارزيابي سازگاري داده هاي تركيب و فلش براي مدت زمان طولاني است كه به كار مي روند، اما امرزوه هم بسيار مفيد هستند. اين روش ها، آزمايش هاي موازنه مواد و طرح هافمن مي باشند. طرح موازنه مواد بعنوان يك معيار دقيق براي هماهنگي استفاده مي شود در حاليكه طرح هافمن ، يك ارزيابي كيفي از كيفيت داده هاست. هر يك از اين روش ها با جزييات بيشتر تحت آزمون هاي موازنه مواد شرح داده شده است:

تست موازنه مواد اغلب يك آزمون دقيق براي ارزيابي ثبات تركيبي بين تركيب خوراك و بخار جداكننده و تركيبات سيال استفاده مي شود. اين تست جز معيار موازنه مواد تركيب مشتق شده است. اين معادله بصورت زير مرتب شده است:

Fzi = Lxi +Vyi

F: كل مول خوراك

L: كل مول از سيال جدا كننده

V: كل مول از بخار جداكننده

Zi: كسر مولي تركيب i در خوراك

Xi: كسر مولي تركيب i در سيال

Yi: كسر مولي تركيب i در بخار

اين معادله بصورت زير مرتب شده است:

yi/zi = F/V – (L/V)(xi/zi)

منحني yi/zi بر حسب xi/zi بايد يك خط راست با شيب –L/V بر اساس F/V رسم شود. هر گونه انجراف از خط مستقيم نشان دهنده اختلاف موازنه مواد مي باشد. تركيبات سيال مخزن بطور معمول از نوتركيبي رياضي فلش و بخار و تركيبات سيال محاسبه مي شود. وقتي كه تركيبات خوراك از نوتركيبي رياضي بخار جداكننده و تركيبات سيال جداكننده محاسبه شده باشد يك خط كاملاً مستقيم بايد در طرح مشاهده شود.

در اين مورد، طرح گاهي اوقات براي شناسايي اختلاف در تركيب گزارش شده مفيد مي باشد. متقابل شيب خط مي تواند براي محاسبه GOR و مقايسه با GOR گزارش شده مورد استفاده قرار بگيرد. چگالي سيال وزن مولكولي بايد بصورت تبديل از مول به بشكه ارائه شود. وقتي تركيب خوراك واقعاً مستقل از تركيب سيال و بخار باشد، تست موازنه مواد زمينه را براي يك بررسي خوب فراهم مي سازد. جدول 1، تركيبات را براي مثال گاز ميعاني و شكل 1 نتيجه طرح موازنه مواد هنگامي كه yi/zi در مقابل xi/zi رسم شود را نشان مي دهد. در اين مورد ، تركيبات well stream نتيجه نوتركيبي رياضي سيال و بخار جدا كننده بوده بنابر اين خط راست در منحني نبايد تعجب برانگيز باشد. شيب خط در شكل 0.622056 مي باشد ، كه مي ت.اند به يك GOR با 16,708 SCF/sep bbl تبديل گردد. توسط شيب منفي متقابل و تبديل آن به واحدهاي اندازه گيري، GOR محاسبه شده تقريباً 0.5% بالاتر از GOR گزارش شده 16616.8 مي باشد.

در حاليكه دقيق نيست ولي GOR محاسبه شده در اين مثال به اندازه كافي نزديك است كه وزن مولكولي سيال، چگالي سيال و نسبت نوتركيبي با GOR گزارش شده منطقي به نظر مي رسد. تست موازنه مواد مي تواند موقعي كه تركيب خوراك به طور مستقل از تركيبات فلش و جداكننده براي ارزيابي سازگاري اندازه گيري شده باشد مفيدتر مي باشد. هنگامي كه اين مورد، انحراف داده ها از خط راست است نشان دهنده well stream گاز سيال خطاها يا عدم قطعيت در اندازه گيري ها در تركيبات وابسته هستند.

منحني هاي هافمن:

آزمايش كيفي براي ارزيابي سازگاري داده (y/x) مقدار K، اغلب به عنوان پلات هافمن در نظر گرفته مي شود. اين روش در سال 1953 توسط هافمن و همكارانش منتشر شده و بر اساس يك تكنيك توسعه يافته در سال 1930 توسط S.E Buckley شركت نفت و پالايش Humble انجام شده است. اين روش با بهره گيري از يك پلات تك خط لاگي مقدار K در مثابل ضريب هافمن F ميباشد. F بصورت زير تعريف شده است:

F = (log(Pc)-log(14.7))(1/Tb-1/T)/(1/Tb-1/Tc)

كه در اين معادله:

K: مقدار K ((y/x)

P: فشار جداكننده (psia)

T: دماي جدا كننده (R)

Tb: دماي جوش (R)

Tc: دماي بحراني (R)

Pc: فشار بحراني (psia)

هنگامي كه منحني K در مقابل F براي هر تركيب رسم شد، نتيجه بايد يك خط راست براي هيدروكربن هي سبك نزديك باشد. هيدروكربن هاي غير سبك بايد نزديك به رفتار هيدروكربن هاي سبك باشد، اما نه لزوماً در همان خط. ايزو و نرمال بوتان و پنتان اغلب از هر دو طرف سنگين تر رخ مي دهد، اما انحناي شديد مي تواند اغلب نشان دهنده تلفات در اجزاي سنگين فاز بخار باشد.

تركيبات از جدول 1 نمايندگي ميعانات گازي مثال 1 بوده و همچنين براي توليد پلات هافمن نشان داده شده در شكل 2 استفاده مي شود. نقطه جوش نرمال، دماي بحراني، و فشار بحراني از مقادير استاندارد براي تركيبات سبك بوده و در ارتباط استاندارد براي تركيب C6+ بوده است. مقادير K توليد شده با استفاده از يك معادله حالت نيز با اطلاعات منتشر شده رسم مي شوند. در اين حالت، داده هاي گزارش شده به يك خط مستقيم با مسائل داده هاي داده هاي غير آشكار كشيده مي شوند. يكي ديگر از مجموعه تركيبات در مثال دوم، در اين مورد براي يك نفت، در جدول 2 ارائه شده است.

پلات موازنه مواد براي اين تركيبات در شكل 3 نشان داده شده است.همانطور كه انتظار مي رود براي تركيبات و نوتركيبي رياضي ، تمام نقاط بر روي خط راست كشيده مي شوند و هيچ اختلاف واضحي از طرح هافمن قابل مشاهده نيست. در حالي كه طرح سازگار به نظر مي رسد، GOR محاسبه شده از شيب خط حدود 5% بالاتر از GOR گزارش شده مي باشد (604 scf/bbl و 572 scf/bbl) اين اختلاف طبيعي اغلب مي تواند ناشي از گزارش نادرست يا وزن هاي مولكولي اشتباه سيال باشد و اغلب منجر به بروز مشكل در هنگام تلاش براي مطابفت پيش بيني ها با معادله حالت مي شود.

پلات هافمن نشان داده شده در شكل 4 همچنين براي نفت مثال 2 از جدول 2 ساخته شده است. در اين مورد، نقاط متان و اتان به نظر مي رسد به طور متفاوتي نسبت به تركيبات هيدروكربني بيشتر كشيده شده اند. نيتروژن و دي اكسيد كربن بيشتر از حدانتظار منحرف شده اند. مهندس مخزن در ابتدا مشكل بيشتري در كاليبره كردن پيش بيني هاي معادله حالت براي اين و ديگر اطلاعات داشته اند. هنگامي كه موازنه مواد و پلات هافمن ساخته شوند، اختلاف در تركيب آشكار شده و اطلاعات از اين چاه با استفاده از اطلاعات چاه ديگر تطابق داده شده است.

تفاوت بين داده هاي تجربي و مورد استفاده در پلات هافمن مي تواند با توجه به شرايط ناپايدار در طي آزمايش يا تركيبات نادرست محوصلات جداكننده باشد.

شرايط جداكننده ناپايدار حين آزمايش مي تواند منجر به تركيبي شود كه در تعادل با يكديگر نيستند. در اين مورد، تركيب خوراك محاسبه شده هنوز هم ممكن است درست باشد اما مقادير گزارش شده براي GOR ، چگالي سيال و وزن مولكولي سيال مي تواند صرف نظر شود. اگر تركيبات محوصل جداكننده بطور نادرست اندازه گيري شده باشد بنابراين از تركيب خوراك بايد صرف نظر شود.

آزمون سازگاري براي داده هاي ميعانات گازي

نويسندگان ديگري در موضوع ارزيابي داده هاي ميعانات گازي نوشته اند ، اما بيشتر ارزيابي داده هاي تركيبي مانند ويتسون و با استفاده از داده ها ، moses متمركز شده اند. ناحيه اي كه به آن زياد توجه شده است ارزيابي داده هاي خواص Bulk از انبساط تركيب ثابت (CCE) و تست كاهش حجم ثابت (CVD) است. داده هاي تست هاي آزمايشگاهي اغلب براي كاليبره كردن و يا تنظيم مدل هاي معادله حالت استفاده مي شوند و درك كيفيت داده هاي Bulk يك جنبه مهم از فرآيند هاي تنظيم است. ديد قابل توجهي مي تواند به طور همزمان تفاوت خواص مختلف از آزمايشات را از يكديگر تشخيص دهد.

يكي از خواص كه معمولا!، در طول تنظيم معادله حالت مهم مي باشد داده هاي مربوط به تركيب سيال حين آزمايشات CCE و CVD مي باشد. در حاليكه اطلاعات ترك سيال CVD تقريباً هميشه براي حجم نقطه شبنم نسبي بيان ميشود، اطلاعات ترك سيال CCE ممكن است براي حجم نقطه شبنم، حجم كل، يا هردو ، نسبي گزارش شود.

همزمان با رسم داده هاي ترك سيال براي نقطه شبنم از دو آزمايش مقدار كوچكي مي دهد، اما رسم داده هاي ترك سيال از CCE نسبي براي حجم كل با داده هاي ترك سيال از CVD نسبي براي حجم نقطه شبنم جهت ارائه ديد درستي از دو آزمايش مي دهد.

هنگام پلات در اين روش، بايد ويژگي هاي زير به نمايش گذاشته شوند:

- نقاط شبنم بايد يكسان باشد

- ترك سيال CVD بايد بزرگتر از ترك سيال CCE باشد (بر اساس حجم كل)

- ترك سيال ماكزيمم CVD بايد در فشار پايين تر ترك سيال ماكزيمم CCD رخ دهد.

بخش اوليه رتورگراد در نقطه شبنم آغاز مي شود. كاهش فشار مي تواند تقريباً يكسان براي دو آزمايش در فشار بالا باشد، اما CVD بايد ترك سيال بيشتري از سيالات متراكم داشته باشد. توضيح ساده براي اين رفتار اين است كه تركيب فاز گاز از فاز مايع وقتي تراكم رتروگراد آغاز مي شود، كمتر است. گاز Leaner در طول آزمايش CVD خارج مي شود و در نتيجه يك تركيب كه غني از تركيب اصلي است در آزمايش CCE باقي مي ماند. از آنجا كه تركيب كل براي شكل 5 اطلاعات CCE و CVD از گاز ميعاني مثال 1 را نشان مي دهد و يك تصويري از رفتار ترك سيال سازگار براي گاز ميعاني را نشان مي دهد. ترك سيال نشان داده شده از شكل 5 نسبت به حجم كل در سلول هر دو CVD و CCE رسم شده است.

در مورد ترك سيال CVD، حجك كل و حجم نقطه شبنم نيز همان بديهي است. توجه داشته باشيد كه اين مقايسه تنها نشان مي دهد كه داده هاي ترك سيال از دو آزمايش با يكديگر سازگار هستند. تست براي هر دو آزمون با دقت نيست.

از سوي ديگر هنگامي كه داده هاي CCE و CVD تضاد همديگر باشند، حداقل يكي از اين آزمايشات نادرست است.

شكل 6 داده هاي تركيب سيال براي يك گاز ميعاني غني را نشان مي دهد، اطلاعات ترك سيال از آزمايشات CCE نسبت به حجم نقطه شبنم در ابتدا گزارش شده بود. زماني كه اين داده ها ، توسط مربعات باز به عنوان CCE خام در شكل، با ترك سيال CVD مقايسه شود، توسط الماس هاي جامد ، مي تواند به دست آيند. با تبديل داده هاي ترك سيال CCE نسبت به حجم كل مقايسه بين داده هاي ترك سيال CVD و CCE خيلي بيشتر معنا دار خواهد بود. اين تبديل از طريق تقسيم ترك سيال نسبت به حجم نقطه شبنم توسط حجم نسبي، V/Vsat ، در هر فشار براي بدست آوردن ترك سيال نسبت به حجم كل انجام شده كه معادله بصورت زير شرح داده شده:

Liquid dropout (% of total volume) = Liquid dropout (% of dew point volume)/(V/Vsat)

مربعات توپر در شكل 6 نشان دهنده همان داده هاي ترك سيال CCE نسبت به حجم كل مي باشد. در اين مورد، حقايقي كه داده هاي ترك سيال CCE در ابتدا بيشتر است، موجب عبور داده هاي ترك سيال CVD به پايين ناحيه رتروگراد مي شود و به اين معني است كه داده هاي ترك سيال دو آزمايشس باهم هماهنگ نيستند.

تا زماني كه يكي يا هر دو آزمايش نادرست باشند ، تست نمي تواند يك دليل واضح براي فراهم نبودن يك آزمايش دقيق باشد. در مورد اين گاز ميعاني خاص، نمونه هاي ديگري در دسترس بوده اند كه اطلاعات سازگار چون اين اطلاعات خاص، براي تنظيم معادله حالت نمي دهند. وقتي كه از يك معادله حالت به داده هاي در دسترس ديگر تنظيم شده بود، مقايسه با معادله تنظيم شده حالت نشان مي دهد كه اولين اندازه گيري ترك سيال CVD در 3400 psia اشتباه بوده است.

پيش بيني هاي نظري با يك معادله حالت يك تصوير شفاف از رفتار مورد انتظار ارائه مي دهد. شكل 7 پيش بيني هاي نظري همين گاز ميعاني غني را با استفاده از تنظيم يك معادله حالت نشان مي دهد. خط توپر نشان دهنده ترك سيال CVD نظري و خط مربعات نشان دهنده ترك سيال CCE نسبت به حجم نقطه شبنم مي باشد. در حاليكه روند ترك سيال نسبت به حجم نقطه شبنم معمولاً براي CCE بزرگتر از CVD در ابتداست، آن را نيز مي توان در طول Revaporization توسط ويتسون ارزيابي سازگاري داده هاي سخت، شرح داده شوند.