ازدياد برداشت مخازن شكافدار نفت سنگين

در شرایط نامطلوب برداشت نظیر ویسکوزیته زیاد نفت،کشش میان سطحی بالای آب ـ نفت،نفوذپذیری پایین،نفت دوست بودن شبکه و عدم پیوستگی در شکافهای مخزن،اضافه کردن موادی جهت ازدیاد برداشت نفت اجتناب ناپذیر خواهد بود. در این حالت برای افزایش برداشت نفت توسط نیروهای موئینگی و گرانشی، تزریق آب و گاز از گزینه های مورد نظر در مهندسی مخزن است. از طرفی دیگر، این فرآیندها کارایی چندانی در برداشت نفت از مخازن نفت دوست شامل نفت سنگین ندارند. در این مورد از تزریق امتزاجی گاز،تزریق مواد شیمیایی و حرارتی جهت فایق آمدن بر این مشکلات استفاده می شود.

در این فصل،روشهای مختلف ازدیاد برداشت نفت سنگین و پارامترهای موثر بر آن از قبیل نوع سنگ مخزن،ویسکوزیته نفت و شرایط عملیاتی بر پایه مشاهدات تجربی ارائه شده است. علاوه بر آن،فرآیندهای فوق از لحاظ اقتصادی نیز با یکدیگر مقایسه شده اند.

مقدمه

برداشت نفت از مخازن شکافدار طبیعی توسط اثر متقابل سیال موجود در شکاف و نفت شبکه حاصل می شود. سیال موجود در شکاف به عنوان نیروی جاروب کننده نفت شبکه به خارج، توسط جابجایی ویسکوز،انتقال جرم یا جابجایی موئینگی عمل می کند. نوع جابجایی توسط خواص شبکه سنگ و سیالات آن مشخص می گردد. اگر شبکه آب دوست باشد و به اندازه کافی آب در شکاف موجود باشد، مکانیسم غالب نفت، آشام موئینگی خواهد بود. البته بسته به اندازه شبکه، ترشوندگی و جهت گیری شکاف ممکن است ریزش ثقلی هم مکانیسم غالب گردد. در صورتیکه شرایط امتزاج پذیری حاکم باشد،انتقال جرم بین سیال موجود در شکاف و نفت درون شبکه می تواند انجام گیرد.

اگر اثر متقابل نیروی موئینگی غالب شود، عدد بدون بعد زیر که توسط Kyte و Mattax ارائه شده است،فرآیند زیر را توصیف می نماید:

(1)

همچنینMa در سال 1997 طول مشخصهc L به جای L را جانشین نمود.Babadagli ترشوندگی را با استفاده از معرف ترشوندگی، (&)f، با انجام اصلاحاتی در رابطه 1 به صورت زیر بیان نمود:

(2)

در تحقیقات قبلی انجام شده تأثیر بسیاری از این پارامترها بر روی آشام موئینگی بررسی شده اند. این پارامترها به خواص سنگ مانند نفوذپذیری شبکه،ترشوندگی،یگنواختی و شرایط مرزی شبکه است. این پارامترها به خواص سیالات از قبیل شیمی آب، ویسکوزیته فازها و کشش میان سطحی نیز وابسته است. این خواص نرخ برداشت و برداشت نهایی فرایند آشام موئینگی نعیین می نماید. با افزایش اندازه ماتریس و غالب شدن نیروی گرانشی، نرخ فرآیند طبق رابطه زیر محاسبه می شود:

(3)

در حالت کلی، با تزریق سورفکتانت به مخزن کشش میان سطحی کاهش می یابد. مهقول است که این پدیده باعثکاهش نرخ آشام موئینگی مطابق معادله (2) گردد. همچنین، روشن است که کاهش در ویسکوزیته نفت بخاطر تزریق سیال دما بالا، نرخ برداشت نفت توسط آشام را بهبود می بخشد. در این تحقیق اثر مواد تزریقی از قبیل: آب داغ،گاز و مواد شیمیایی (پلیمر یا سورفکتانت) بر روی بهبود برداشت نفت سنگین از شبکه بررسی شده است.

ارزیابی روشهای ازدیاد برداشت:

سیلاب زنی با آب:

هنگامی که آب به داخل یک مخزن شکافدار طبیعی تزریق می شودف در اثر نیروی ارشمیدس، آب جایگزین نفت داخل شبکه می شود. این اندرکش می تواند به روشهای متفاوتی ـ بسته به خواص شبکه ـ صورت گیرد. در صورتیکه شبکه آب دوست باشد،توسط آشام موئینگی آب داخل شبکه شده و نفت را از آن خارج می نماید اما اگر شبکه نفت دوست باشد، نفت توسط گرادیان فشار خارجی خارج می گردد. سنگ کربناته دریای شمال نیز گزینه خوبی برای سیلاب زنی با آب جهت ازدیاد برداشت نفت توسط آشام موئینگی است. اگر چه مخزن از نوع کربناته است، اما برداشت قابل توجهی از آن مشاهده شده است. یکی از مهمترین محدودیت های برداشت نفت موجود در شبکه در طی تزریق آب، ویسکوزیته نفت است. ویسکوزیته بالای نفت نرخ آشام را کاهش می دهد. در این مطالعه تعدادی از آزمایش ها بر روی نمونه های مختلف سنگی با استفاده از نفت خام سنگین انجام شده اند. جهت مقایسه،آزمایش های مشابهی نیز با استفاده نفت خام سبک نیز صورت گرفته است. در مقایسه برداشت نفت سبک و سنگین از نمونه های ماسه سنگی و آهکی همانطوریکه قابل انتظار است، نمونه نفت دوست منجر به تولید و برداشت نفت کمتری به نسبت نمونه آب دوست می شود.

مقایسه برداشت نفت سبک و سنگین از یک نوع سنگ مخزن نشان می دهد که برداشت نفت سنگین به دلیل کشش سطحی بالاتر و نفت دوست بودن شبکه پایین است. در مرحله بعدی،اثر رژیم جریان بر میزان بررسی شده است. در این حالت، اثر متقابل فاز آبی با شبکه فقط از قسمت جانبی و به صورت غیر همسو می باشد. ویسکوزیته بالای نفت نه تنها نرخ برداشت را کاهش می دهد بلکه منجر به کاهش برداشت نهایی نفت سنگین نیز می شود.

اثر شرایط مرزی شبکه بر روی نرخ برداشت و برداشت نهایی در مخازن نفت سنگین نسبت به نفت سبک چشمگیرتر است.

مواد شیمیایی جهت ازدیاد برداشت نفت:

سورفکتانت:

ایده تزریق محلول سورفکتانتی جهت بهبود آشام در مخازن کربناته شکافدار طبیعی برای میادین نفتی دریای شمال و ایالات متحده آمریکا پیشنهاد شد. این مطالعات با محدودیتهایی فقط در مقیاس آزمایشگاهی و نه در مقیاس میدانی مواجه بودند. در حالت کلی، اثر مثبت پایین آوردن کشش میان سطحی بخاطر اضافه کردن سورفکتانت بر روی برداشت نهایی در این بررسی ها مشاهده گردید. از طریفی دیگر،اثر منفی پایین آوردن کشش میان سطحی بر روی نرخ برداشت مطابق معادله (2) واضح است. در این تحقیق، بر خلاف روش سیلاب زنی با آب، نمونه سنگین برای هر دو حالت آب دوست و نفت دوست بکار گرفته شد. برای نفت سبک،محلول سورفکتانتی عملکرد مشابهی با محلول آب نمک از خود نشان می دهد. این پدیده به دلیل کاهش کشش میان سطحی قابل توجیه است.

iBabadaglمنفی کشش میان سطحی بر روی نرخ آشام را در مورد نفت سبک شدیدتر مشاهده نمود. زیرا کشش میان سطحی نفت سنگین با سورفکتانت می باشد. او همچنین مشاهده نمود که اگرچه تغییر مشخصی در برداشت نهایی مشاهده نمی گردد، اما نرخ برداشت به طور جدی با اضافه کردن سورفکتانت کاهش می یابد. لذا ایده تزریق مواد شیمیایی برای برداشت نفت سبک به دلیل افزایش اندک برداشت نهایی منتفی است. در مورد نفت سنگین هم اضافه نمودن سورفکتانت منجر به افزایش مشخصی در نرخ آشام و برداشت نهایی می گردد. اثر اضافه نمودن سورفکتانت بر روی آشام موئینگی برای نمونه آهکی (نفت دوست) مورد بررسی قرار گرفت. برای نفت سبک،افزایش قابل توجهی در برداشت نهایی صورت گرفته است. همچنین نرخ آشام سریعتر برای مورد با کشش میان سطحی پایین دیده شده است. برای نفت سنگین وضعیت بدین گونه نمی باشد. در این حالت به دلیل ترشوندگی نامطلوب نمونه، برداشت با آب نمک کمتر از 2% است. اضافه نمودن سورفکتانت منجر به افزایش اندک در برداشت نهایی و نرخ برداشت می شود اما ظاهرا این عملکرد برداشت از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

با توجه به گفته های فوق، تزریق سورفکتانت برای مخازن ماسه سنگی و جهت برداشت نفت سنگین توصیه می شود.

پلیمر:

تزریق محلول پلیمر به عنوان فاز آبی برای برداشت نفت سبک در شرایط مختلف و در مقیاس آزمایشگاهی انجام گرفته است. برای نفتهای سبک تنها مورد میدانی گزارش شده، تزریق محلول پلیمر درpowder River Basin واقع درwyoming برای ماکسیمم نمودن برداشت نفت است. در این مطالعه، محلول پلیمر به عنوان محلول آبی، برای هر دو نمونه ماسه سنگی و نفت سنگین موجود در آن سنگ آهکی مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج برای نمونه ماسه سنگیBerea، محلول پلیمر منجر به افزایش قابل توجهی درنرخ برداشت شده است اما برداشت نهایی چندان تحت تأثیر قرار نگرفته است. این پدیده می توان مربوط به رانش قوی تر موئینگی توسط اضافه کردن محلول ویسکوز باشد. کاهش کشش میان سطحی بخاطر اضافه نموئن پلیمراست.

هنگامی که محلول های پلیمری و سورفکتانتی از لحاظ عملکردی مقایسه می شوند، می توان چنین نتیجه گیری نمود که سورفکتانت از لحاظ بازدهی مطلوب تر است. ارزیابی اقتصادی فرآیند نیاز به هزینه و مقدار شیمیایی مصرف شده دارد. اثرات محلول پلیمر بر روی نفت سنگین در نمونه آهکی است. محلول پلیمری حتی برای نفت سبک هم عملکرد ضعیف تری دارد. هنگامی که عملکرد محلول پلیمری در نمونه های آهکی و ماسه سنگی برای نفت سبک مقایسه می شود،منطقی است که اثر جذب سطحی را مورد سوال قرار دهیم. جذب سطحی پلیمرها بر روی نمونه آهکی بیشتر از ماسه سنگی بوده و لذا برداشت نفت توسط آشام در آنها کندتر است.

هنگامی که محلول های پلیمری و سورفکتانتی از لحاظ عملکردی مقایسه می شوند، می توان چنین نتیجه گیری نمود. که سورفکتانت از لحاظ بازدهی مطلوب تر است. ارزیابی اقتصادی فرآیند نیاز به هزینه و مقدار شیمیایی مصرف شده دارد. اثرات محلول پلیمر بر روی نفت سنگین در نمونه آهکی است.محلول پلیمری حتی برای نفت سبک هم عملکرد ضعیف تری دارد. هنگامی که عملکرد محلول پلیمری در نمونه های آهکی و ماسه سنگی برای نفت سبک مقایسه می شود، منطقی است که اثر جذب سطحی را مورد سوال قرار دهیم. جذب سطحی پلیمرها بر روی نمونه آهکی بیشتر از ماسه سنگی بوده و لذا برداشت نفت توسط آشام در آنها کندتر است.

روشهای حرارتی:

تزریق سیالات با دمای بالا به داخل مخازن شکافدار جهت برداشت نفت از شبکه،به عنوان یک روش موثر ازدیاد برداشت نفت بررسی شده است و مطالعات زیادی بر روی فرآیند انجام گرفته است. کاربردهایی از این روش نیز در مقیاس میدانی گزارش شده است. درک پدیده برداشت نفت از شبکه برای روشهای حرارتی پیچیده تر از تزریق آب و مواد شیمیایی است. علت این پیچیدگی به خاطر مکانیسم های مختلف و سهم هر مکانیسم در برداشت کلی عنوان کرد. نوع سنگ،دما،شرایط پیوسته تغییر یافتگی در مخزن تحت حرارت و... همه از جمله عوامل موثر بر روی فرآیند می باشند. در این جا،اثر آب داغ بر روی برداشت نفت سنگین از شبکه ماسه سنگی بررسی شده است.با تزریق بخار آب داغ،میزان برداشت نهایی و نرخ آشام توسط تزریق بخار آب داغ ارتقا داده شده است. قابل انتظار است که ارتقا آشام موئینگی توسط کاهش ویسکوزیته نفت و کشش میان سطحی باعث افزایش برداشت نهایی می گردد.

در مقایسه با پلیمر و سورفکتانت،آب داغ منجر به برداشت نهایی بالاتر و نرخ آشام بیشتر می شود. برای نمونه آهکی،آب داغ نرخ برداشت را بهبود می بخشد ولی اثر شاخصی بر روی برداشت نهایی ندارد. برای نمونه نفت سنگین،برداشت نهایی فقط در حدود 7% به هنگام استفاده از آب داغ افزایش می یابد. کاربرد عملی دیگر این فرآیندـ مخصوصا در سنگ های آب دوست ـ تزریق آب و به دنبال آن تزریق آب داغ می باشد. این عمل منجر به اقتصادی کردن بیشتر فرآیند بخاطر هزینه پایین تزریق آب می گردد.

تزریق آب داغ و بخار آب را مورد آزمایش قرار دادند. آنها مشاهده نمودند که افزایش در برداشت نهایی بخاطر انبساط حرارتی در هر دو مورد رخ می دهد. برای شبکه های نفت دوست کربناته، بهبود آشام موئینگی مهمترین فاکتور است. تزریق بخار آب منجر به برداشت دوگانه در مخازن آهکی می شود و این می تواند به عنوان ابزاری جهت به چالش انداختن مخازن کربناته شکافدار طبیعی بکار رود.

تزریق گاز:

گاز می تواند جهت خارج کردن نفت از شبکه به داخل شکاف مخزن تزریق شود. فاز گازی معمولا فاز تر نشده است و در این حالت برداشت نفت توسط فرآیند ریزش ثقلی و در اثر اختلاف دانسیته آب و نفت و گاز صورت می گیرد. این پدیده منجر به نرخ برداشت پایین تر به نسبت دیگر مکانیسم های ممکن مخصوصا برای نفت سنگین می شود و می تواند توسط حرارت دادن یا تزریق امتزاجی بهبود داده شود. گاز نیتروژن عمدتا به داخل مخازن شکافدار طبیعی جهت نگهداری فشار مخزن تزریق می گردد.(بخاطر هزینه پایین و در دسترس بودن). اگر شرایط امتزاجی حاصل شود،نفت می تواند توسط مکانیسم نفوذ گاز به داخل شبکه تولید شود. گاز تزریقی دیگر،گاز متان می باشد.

morelمشاهده نمود که در این مورد برداشت نفت به نسبت حالت قبل سریعتر صورت می گیرد. در مطالعات قبلی نمونه های سبک نفتی به عنوان نفت موجود در شبکه استفاده شدند. در مطالعه حاضر،هیچ آزمایشی بر روی برداشت نفت شبکه توسط جابجایی امتزاجی انجام نشده است. بایستی تأکید کرد که گازهای متان و نیتروژن جهت حالت امتزاجی با نفت سنگین مشکل و سخت عمل می کنند. دیگر حلالها می توانند تست شوند،اما فرآیند بایستی اقتصادی باشد. تزریق حلال (یا گاز امتزاجی) می تواند به روشهای حرارتی در مخازن کربناته شامل نفت سنگین بکار گرفته شود.

نتايج :

این فصل روشهای ازدیاد برداشت نفت را برای برداشت نفت سنگین از مخازن شکافدار طبیعی بررسی نمود. آنالیز و مقایسه برداشت آشام موئینگی با آب نمک،سورفکتانت و محلول پلیمر و آب داغ برای نمونه های مختلف سنگی و تحت شرایط مختلف مرزی شبکه انجام گرفتند. مشاهده شد که توجه به استفاده از روشهای ازدیاد برداشت در مخازن نفت سنگین نسبت به نفت سبک قابل تأمل تر است. بیشتر نفت سبک،می تواند حتی از مخازن ماسه سنگی آب دوست به کمک روشهای ازدیاد برداشت حرارتی و شیمیایی، برداشت گردد. آب داغ منجر به برداشت سریعتر و برداشت نهایی بالاتری به نسبت تزریق محلول سورفکتانت شده است. تزریق پلیمر منجر به افزایش نرخ برداشت گردیده است در حالیکه در میزان برداشت نهایی تغییر چندانی مشاهده نشده است. همچنین،برای مخازن کربناته نفت دوست، آب داغ باعث برداشت سریعتر نفت سنگین در اثر انبساط حرارتی می گردد.