بررسی روش های مدیریت و مشکلات و راهکارهای تولید در مخازن گازی میعانی

مقدمه:

همزمان با افت فشار مخزن به زیر نقطه شبنم تشکیل میعانات در مخزن آغاز می شود. در جریان گذرا می توان حرکت موج افت فشار را در سه ناحیه بررسی کرد.

در نواحی دور از دهانه چاه که هنوز اثری از افت فشار به آنها نرسیده است و جریان سیال به صورت تک فازی است، ناحیه بعد منطقه ای است که فشار آن به زیر نقطه شبنم رسیده و میعانات شروع به تفکیک شدن از فاز گاز کرده اند، ولی به دلیل کم بودن تحرک پذیری آنها؛ عمدتا در گلوگاه های محیط متخلخل سنگ تجمع می یابند. ناحیه سوم محدوده مجاور چاه است که تجمع میعانات به حدی رسیده که قابلیت حرکت به سمت چاه را دارد و از طرف دیگر نفوذپذیری نسبی سنگ برای گاز کاهش یافته است. در این ناحیه گاز و میعانات برای رسیدن به دهانه چاه با یکدیگر رقابت می کنند.

به تدریج این رقابت سبب افت فشار بیشتر مخزن و از دست رفتن بخشی از میعانات قابل برداشت می شود، با ادامه تولید از میدان اثر افت فشار به تمام مخزن می رسد و رفتار کل مخزن متاثر از این پدیده می شود.

2-3)روش های مورد استفاده در مدیریت مخازن گاز میعانی:

شکافدار کردن هیدرولیک سازندهای سیلیکاته و نیز اسیدکاری سازندهای کربناته از روش های مورد استفاده در کاهش افت فشار تحمیلی به مخزن هستند. شکافدار کردن سازند نبایستی به عنوان یک راه حل دایمی در نظر گرفته شود، زیرا با اعمال افت فشار، تجمع میعانات به جای دور دهانه چاه در مجاورت شکاف های ایجاد شده صورت می گیرد. بررسی مقدار تاثیر شکافدار کردن سازند در بهره دهی میدان SW Rugeley در تگزاس آمریکا در تحقیقی به وسیله شرکت «شلمبرگر» انجام شد.

ارزیابی مدل ساخته شده نشان داد که تجمع میعانات، منجر به افت تولید میدان شده است. همچنین این مدل آنها را قادر ساخت تا اثر افت فشار بر متراکم شدن سازند و در نتیجه کاهش تراوایی را ارزیابی کنند. این تحقیق گرچه ادامه روند افت تولید را پیش بینی می کند ولی بهبود قابل ملاحظه ای را در بهره دهی چاه نسبت به زمان قبل از انجام شکافدار کردن نشان می دهد.

حفاری مورب و افقی از راه های دیگر برای افزایش سطح تماس با سازند و کاهش افت فشار، مورد استفاده قرار گرفته است، زیرا با اجرای این روش ها تجمع میعانات در مجاورت دهانه چاه به تعویق می افتد.

میدان Hatters Pond در آلابامای آمریکا که بهره دهی آن به دلیل تجمع میعانات و آب بین 3 تا 5 برابر مقدار اولیه کاهش یافته بود، با تزریق محلول متانول مورد آزمایش میدانی قرار گرفت. حدود 1000 بشکه متانول با دبی 5-8 بشکه در دقیقه به درون لوله مغزی تزریق شد. ابتدا تولید گاز سه برابر افزایش یافت و سپس تولید گاز و میعانات حدود دو برابر مقدار تولید قبل از تزریق متانول تثبیت شد و این روند به مدت ده ماه ادامه یافت.

میدان گازی Vuktyl که در روسیه واقع شده از سال 1968 در حال تولید بوده است، پیچیدگی های زمین شناسی این میدان از جمله احتمال فرار گاز از برخی لایه ها سبب شد تا «گازپروم» توسعه این میدان را بدون برنامه ای برای تزریق گاز ادامه دهد.

هم اکنون این میدان در مراحل پایانی تولید است و نزدیک به 83 درصد گاز و 33 درصد میعانات گازی در مخزن باقی مانده است. در سال 1988 اولین آزمایش میدانی با تزریق محلولی از پروپان و بوتان به حجم 293000 بشکه و جابه جایی آن با 35 میلیون مترمکعب گاز تفکیک شده در یک چاه انجام گرفت.

مشاهده نتایج در سه چاه و تولید از شش چاه به صورت پایلوت انجام شد. نتایج ژئوفیزیکی بیانگر ورود نامتوازن مواد محلول در چاه تزریقی بود. تحلیل نمونه های به دست آمده از چاه های مشاهده ای و تولیدی نشان داد که محلول و گاز تزریقی تنها به دو چاه مشاهده ای رخنه کرده و عملا تاثیری در چاه های تولیدی نداشته است.

روش دیگری برای بازیافت میعانات در سال 1993 به وسیله تزریق گاز خشک (از خطوط سراسری گاز) اجرا شد، به این ترتیب گاز سازندی توسط گاز تزریقی جابه جا و زمینه تماس گاز خشک با میعانات حاصل شد تا ترکیبات سبک تر شامل C2 تا C4 و نیز روش های سبک از C5 به فاز گاز بپیوندند. نتایج حاصله سبب شد تا تعداد چاه های مورد آزمایش افزایش یابد و تا سال 2005 حدود 10 میلیارد مترمکعب گاز خشک به چاه های پایلوت تزریق شد.

تخمین میزان برداشت میعانات به روش تخلیه طبیعی مخزن، و مقایسه آن با روش اجرا شده حاکی از این بود که از نواحی مورد آزمایش حدود 5/9 میلیون بشکه از ترکیبات C2 تا C4 و 22/1 میلیون بشکه از برش های C+5 بیشتر برداشت شده است.

افت تولیدی میدان گازی Arun در اندونزی که به وسیله شرکت اکسون موبیل از سال 1977 مورد بهره برداری قرار گرفته بود پس از ده سال رخ داد، تزریق بخشی از گاز سبک تولیدی به درون مخزن (از ابتدای بهره برداری) و تشکیل میعانات در پی افت فشار، سبب ایجاد مخزنی با ترکیبات پویا و در حال تغییر شد. بهره دهی برخی چاه ها پس از کاهش فشار به زیر نقطه شبنم افت بسیار شدیدی داشته اند. (شکل 1-3)

به منظور برآورده ساختن تعهد قرارداد تولید گاز موردنیاز طرح های LNG، آزمایش های درون چاهی بر روی تمامی چاه ها بین سال های 1989 تا 1993 انجام پذیرفت. حتی با سبک بودن نسبی گاز (حداکثر مقدار میعانات قابل تفکیک به مقدار یک درصد حجمی بوده است) بهره دهی چاه ها کاهش یافته بود.

بررسی اولیه بر روی داده های خام نشان داد که نمودارهای تراوایی نسبی بر حسب درصد اشباع که از طریق آزمایشگاه به دست آمده بود نیاز به تصحیح دارد. تحقیق بر روی داده های چاه آزمایی و مدل سازی مخزن نشان می داد که منطقه بحرانی که بهره دهی چاه را دچار افت می کند محدوده مجاور چاه است که تجمع میعانات در این ناحیه سبب کاهش تراوایی نسبی گاز می شود و افت بهره دهی را سبب می شود. به منظور بررسی دقیق تر رفتار ناحیه مجاور چاه، ابعاد طراحی شده این ناحیه در مدل شبیه سازی شده با دقت بالاتری بررسی شد که نتایج این تحقیق عبارت از مقدار تجمع میعانات به توان تولید، تراوایی و ظرفیت عبوردهی سازند (kh) بستگی داشت.

در لایه هایی که از ضریب kh بالاتری برخوردار هستند تجمع میعانات بیشتر رخ می دهد (شکل 2-3) و بستن چاه به عنوان یک راهکار جهت تبخیر مجدد میعانات در گاز سبک، مورد ارزیابی قرار گرفت، ولی نتایج شبیه سازی نشان داد که این روش تاثیری در کاهش مقدار میعانات در مجاورت چاه ندارد.

گرچه سطوح کانی های کلسیتی و دولومیتی عمدتا تمایل به ترشوندگی با مایع دارند ولی استفاده از روش های درمانی برای تغییر این خصوصیت و افزایش تمایل سنگ به ترشوندگی با فاز گاز به منظور افزایش بهره دهی میادین گازی میعانی از دهه گذشته مورد توجه بوده است.

سورفکتانت و سیلان توسط محققان شرکت آرامکو مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج آزمایش مغزه های ماسه سنگی که به وسیله محلول 25/1 درصد سیلان مورد درمان شیمیایی قرار گرفته بودند حاکی از افزایش 40 درصدی تراوایی نسبی گاز و بهره دهی بیشتر سنگ بود. مطالعات بر روی ترشوندگی سنگ مغزه (پس از درمان) نشان داد که زاویه تماس برای آب و میعانات گازی در محدوده میانه (°115) قرار گرفته است نشانگر تغییر تمایل ترشوندگی نسبی سنگ به فاز گاز بود. (شکل 3-3). پیش بینی شده که شرکت شورون از این روش در درمان برخی چاه ها استفاده کند.

مقدار اثر بخشی استفاده از سیال تزریقی در بهبود بهره دهی چاه، شعاع درمانی مجاورت چاه و مقدار و دبی تزریقی سیال، زمان مورد نیاز بستن چاه برای موثر شدن درمان، هزینه عملیات و پایداری این روش در زمان تولید از نکاتی هستند که در ارزیابی روش های درمانی مورد توجه قرار می گیرند. درمان چاه های گازی که دچار افت تولید به دلیل تجمع میعانات شده اند به کمک این روش نیازمند آزمایش های میدانی است تا توسعه و کاربرد این فناوری را به اثبات برساند.

به منظور کنترل روند افت فشار مخازن گاز میعانی تزریق مجدد برخی از گاز سبک تولیدی ـ پس از تفکیک میعانات گازی از گاز غنی ـ تا زمان فراهم شدن تاسیسات مورد نیاز انتقال و تزریق گاز و نیز در فصول گرم سال که مصرف کاهش می یابد می تواند به عنوان یک فرایند موقتی در نظر گرفته شود.

این روش می تواند به صورت پایلوت و فقط در نواحی که دچار افت بهره دهی شدید شده اند مورد توجه قرار گیرد. در غیر این صورت بخش قابل توجهی از میعانات ارزشمند قابل تولید از دست می رود، استفاده از روش های شیمیایی درمان چاه می بایست مورد توجه مراکز پژوهشی قرار گیرد تا پس از ارزیابی صحیح از موثر بودن آن، در برخی چاه های منتخب اجرا شوند.

3-3) تولید از مخازن گاز میعانی:

راهکارهای پذیرفته شده جهت تولید صیانتی از مخازن گاز میعانی را می توان به دو دسته تقسیم کرد. دسته نخست ناظر به روش هایی جهت جلوگیری از ایجاد تجمع میعانات در مخزن و دسته ی دوم معطوف به حذف پوسته ی(Skin Effect) ایجاد شده و تحریک چاه (Well Stimulation) جهت افزایش بهره وری می باشند.

1-3-3) روش های جلوگیری از تجمع میعانات در مخزن:

در مورد مخازن با نفوذ پذیری بالا ( بیش از ۱۰ تا ۱۵ میلی دارسی ) اصولاً به دلیل نرخ پایین افت فشار در اثر تولید به میزانی مشخص، نگرانی عمده ای از بابت تشکیل تجمع میعانی در نواحی اطراف چاه وجود ندارد، اما در مواردی که با مخازن فشرده (Tight Reservoir) با نفوذ پذیری کمتر از ۱۰ میلی دارسی مواجهیم، میبایست تدابیری برای جلوگیری از تشکیل میعانات اندیشید.

روش های اثبات شده جهت افزایش شاخص بهره وری(Productivity Index )(PI) در مخازن گازی (گاز خشک و گاز- میعانی) و جلوگیری از آسیبهای رایج در مخازن گازی-میعانی شامل:

1 - ایجاد شکاف های هیدرولیکی (hydraulic fracturing)

بر اساس نتایج تحقیقات، ایجاد شکاف هیدرولیکی می تواند تا سه برابر شاخص بهره دهی از چاه های مخازن گاز- میعانی را در هر دو محدوده ی فشار بالا و پایین فشار نقطه ی شبنم افزایش دهد. شکاف هیدرولیکی، متناسب با طول و شاخص بدون بعد رسانایی(Dimensionless Conductivity) خود، می تواند عملکرد چاه را در بلند مدت بهبود بخشد. در حقیقت ایجاد شکاف در دیواره ی چاه (که در اعماق کم در راستای عمودی و در اعماق بیش از ۲۰۰۰ فوت در جهت افقی گسترش می یابند) باعث حذف اثر پوسته ای ناشی از تجمع میعانات و نیر افزایش قابلیت هدایت جریان به سوی چاه می گردد که این خود عاملی جهت به حداقل رسیدن آشفتگی جریان (Turbulency) بوده و مانع از افت بهره وری چاه می شود.

2 - حفر چاه های افقی:

یکی دیگر از راهکارهای ارائه شده برای جلوگیری از آسیب های رایج در مخازن گاز- میعانی،حفر چاههای افقی است. از جمله فواید حفر این گونه چاه ها می توان به نرخ بیشتر تولید گاز ومیعانات با افت فشاری بسیار کمتر از چاه های عمودی و در نتیجه جلوگیری از ایجاد پوسته ی میعانی اشاره کرد. یک چاه افقی به مانند یک شکاف با طول و گشودگی بسیار زیاد عمل کرده و سطح تماس چاه با مخزن را افزایش داده و افت فشارناشی از تولید را کاهش می دهد. مطالعات بسیاری در این زمینه در دست انجام است تا با مقایسه ی شرایط تولید از چاه های افقی در مقایسه با چاه های عمودی با شکاف هیدرولیکی و بدون آن، میزان کارآیی حفر این گونه چاه ها در مخازن گاز- میعانی را ارزیابی کنند.

2-3-3) روش های بهبود بهره وری پس از تشکیل پوسته ی میعانی:

تاکنون دلایل بسیاری برای توجیه افت بهره وری از چاه پس از شکل گیری تجمع میعانات در اطراف آن ذکر شده است. به بیان علمی تر با جدا شدن فاز مایع و رسیدن به اشباع بحرانی و متحرک شدن این فاز، نفوذ پذیری نسبی فاز گاز کاهش چشم گیری می یابد و این خود عاملی برای کاهش بهره وری چاه می باشد. دلیل دیگر آنکه با خارج شدن سیال از حالت نزدیک به بحرانی و ایجاد ترکیب دو فازی ، کشش سطحی (IFT) بین دو فاز افزایش یافته و نیروهایی موئینه قوت بیشتری می گیرند و در مقابل جریان سیال مقاومت ایجاد می کنند.

راه حلهایی که برای غلبه بر پوسته میعانی پیشنهاد شده است شامل:

1- بازگردانی گاز: (Gas Recycling)

عمده ترین راه حلی که تا کنون برای فائق آمدن بر پوسته ی میعانی اندیشیده شده، باز گردانی گاز(Gas Recycling) به درون چاه است . بدین ترتیب که پس از مدتی تولید از چاه و افت فشار جریان ته چاه ، برای بازه ای مشخص گاز را باید به درون چاه تزریق کنند. بهترین منبع برای گاز تزریقی ، گاز تولید شده از همان مخزن است که میعانات آن گرفته شده باشد. در این فرآیند در وهله ی اول فشار مخزن بازیابی می شود و سیال به حالت near-critical (شبه بحرانی) نزدیک می شود. در ضمن آنکه میعانات ایجاد شده دوباره در گاز تزریقی حل می شوند و پوسته ی ایجاد شده تا حدود زیادی ناپدید می گردد.

2- عملیات اسید کاری :

روش عمومی دیگری که برای تحریک چاه و حذف پوسته صورت می گیرد عملیات اسید کاری است که با شستشوی دیواره ی چاه و حذف پوسته باعث برقراری جریان سیال می گردد.

3- تزریق حلال های شیمیایی:

این روش را می توان آخرین تکنولوژی ارائه شده برای بهبود عملکرد مخازن گاز میعانی دانست. نتایج حاصل از یک بررسی موردی نشانگر دو برابر شدن شاخص تولید در ۴ ماهه ی اول تزریق متانول به درون مخزن بوده که در دراز مدت این تأثیر به نرخ بهبود پنجاه درصدی کاهش یافته است.

4- افزایش سرعت برداشت:

در سال ۱۹۹۴، عده ای از محققان در دانشگاه Heriot-Watt اسکاتلند، که در میان آنها نام دکتر تهرانی و پروفسور دانش، استاد فقید دانشگاه تهران، نیز به چشم می خورد، برای اولین بار به نقش مثبت افزایش سرعت برداشت پس از ایجاد تجمع میعانی در ناحیه ی اطراف چاه، در افزایش نفوذ پذیری نسبی گاز و مایع و در نتیجه افزایش شاخص بهره وری اشاره نمودند. در حالت تک فازی، افزایش سرعت تولید موجب ایجاد جریان آشفته و افزایش نیروهای لختی (Inertia) می گردد که به نوبه ی خود مانعی در برابر جریان سیال ایجاد می کنند، اما آزمایشات نشان داده است در صورت وجود درصد بالایی از میعانات، اثر تزویج مثبت(Positive Coupling Effect) بر اثر نیروهای لختی غلبه کرده و جریان سیال دوفازی را بهبود می بخشند.

آنچه مسلم است، اهمیت مخازن گاز میعانی روز به روز در حال افزایش است و با توجه به ارزش اقتصادی تولیدات این مخازن، نیاز به تحقیق و آزمایشات جامع تری جهت رسیدن به نتایجی جامع و کامل، که قابلیت عملیاتی شدن درمقیاس صنعتی را نیز دارا باشند، به وضوح احساس می شود.