سيلابزني، روشي اقتصادي در افزايش ميزان ذخاير نفتي

ميلياردها بشكه نفت در ساختارهاي مشخص زمين‌شناسي، به دام افتاده‌اند و هدف روش‌هاي ازدياد برداشت (EOR) توليد از اين مخازن است كه به عنوان منبع تأمين انرژي آينده محسوب مي‌شوند.

استفاده صحيح از منابع نفتي كشور، به منظور افزايش طول عمر آنها و برخورداري نسل هاي آينده از اين ذخاير خدادادي، ايجاب مي‌كند تا با مديريت صحيح اين منابع آشنا شويم. از نكات قابل توجه در مديريت مخازن، اتخاذ روش هايي براي حفظ و صيانت مخزن، بالابردن راندمان توليد و سعي بر نگه ‌داشتن آن در حد مطلوب در طول زمان است.

مكانيزم اصلي در روش ازدياد برداشت از مخازن به شيوه سيلاب زني

تاكنون روش هاي زيادي براي ازدياد برداشت از مخازن نفتي ارايه شده است. روش سيلابزني كه به عنوان يكي از روشهاي موثر در ازدياد برداشت مطرح است، با توجه به ماده اي كه براي جاروب كردن مخزن استفاده مي شود به انواع مختلفي تقسيم مي شود. ولي اگر بخواهيم كل فرآيند سيلابزني با سيال مايع را به دو دسته كلي بيان كنيم ، بايد از سيلابزني با آب و سيلابزني با مواد شيميايي نام ببريم.

روش هاي مطلوب

اگرچه در سيلابزني شيميايي نيز عمده سيال حامل مواد شيميايي آب است، ولي به دليل خواص گوناگوني كه مواد شيميايي دارند و تغييراتي كه اين مواد در رفتار بين سازند و سيال ايجاد مي كنند، غالبا نتايج حاصل شده درسيلابزني شيميايي مطلوبتر از سيلابزني با آب است.

سيلابزني فقط با آب ندرتا مي تواند انتظارات ازدياد برداشت را تامين كند و معمولا روش موثر، سيلابزني مواد شيميايي پس از سيلابزني با آب است.

آنچه مسلم است كل روش سيلابزني به عنوان يك فرآيند در طول زمان كمتر تغيير مي كند و آنچه كه عمدتا دستخوش تغيير مي شود، نوع پليمر از لحاظ كارايي بهتر و قيمت ارزانتر است.

تكنيك هاي به كار رفته در روش سيلابزني

با توجه به قيمت‌هاي كنوني روش هاي ازدياد برداشت از مخازن نفتي، تكنولوژي سيلابزني مواد شيميايي شامل گروهي از تكنيك‌هاست كه مي‌تواند براي توليد قسمتي از اين منابع عظيم استفاده شود.

اين تكنيك‌ها در واقع روش‌هايي هستند براي تغيير الگوي جريان سيال تزريق شده كه موجب مي‌شود نفت با در صد بالاتري از مخزن توليد شود. در حالت كلي اين تكنيكها ميزان نفت باقيمانده پس از عمليات سيلابزني را كاهش نمي‌دهند ومبتني بر استفاده از پليمرهايي است كه تبديل به ژل مي‌شوند وتحرك پذيري سيال را كنترل مي كنند.

ديگر تكنيكهاي سيلابزني مواد شيميايي عبارتند از سيلابزني پليمرهاي قليايي، پليمرهايي براي تغيير كشش سطحي و پليمرهاي قليايي براي تغيير كشش سطحي. اين دسته از پليمرها در عين حالي كه ميزان نفت باقي مانده را كاهش مي‌دهند موجب تماس هرچه بيشتر سيال با مخزن مي‌شوند. مادامي كه تجهيزات و مواد شيميايي را مي‌توان تا سر چاه برد، سيلابزني شيميايي مي‌تواند مورد استفاده واقع شود. در اين روش اتصال به خطوط جريان يا ساير تجهيزات زير ساختي، همانگونه كه در تزريق CO2 نياز است، لازم نيست.

در اين ميان بايد به اين نكته توجه داشت كه موفقيت عمليات سيلابزني در گرو فهم درست انجام دهنده كار از مخزن و فرآيند شيميايي است كه قرار است انجام شود.

اجراي عمليات سيلابزني شيميايي بايد در بر گيرنده دانش مهندسي و تجزيه و تحليل اطلاعات زمين شناسي با استفاده از اطلاعات موجود يا اطلاعات سهل الوصول باشد كه شامل آگاهي از نحوه جريان سيال تزريق شده در مخزن، ميزان بازيافت نفت حاصل از عمليات سيلابزني با آب، حجم نفتي كه قرار است با عمليات سيلابزني توليد شود، مقدار آب در دسترس براي انحلال مواد شيميايي و تزريق آن به مخزن و همچنين پتانسيل تزريق‌پذيري چاه است.

پس از آن مهندس مخزن مي‌تواند تصميم بگيرد كه آيا مخزن حاضر، گزينه خوبي براي تزريق مواد شيميايي است يا خير. و اينكه نوع ماده‌اي كه بايد استفاده شود و نحوه انجام عمليات بايد چگونه باشد.

مبناي تصميم گيري

شبيه‌سازي عددي مخزن، مي‌تواند ابزار مناسبي براي تلفيق اطلاعات در اختيار بگذارد. اطلاعات حاصل از ارزيابي‌هاي آزمايشگاهي، نه تنها نوع تكنيكي كه بايد مورد استفاده قرار گيرد را مشخص مي‌كند بلكه تخميني از افزايش توليد نفت را نيز براي تصميم‌گيري درست به دست مي‌دهد. شبيه سازي عددي همچنين گام منطقي بعدي براي تبديل مطالعات آزمايشگاهي به عملكرد ميداني محسوب مي‌شود. اين روش، اعتبار مدل زمين‌شناسي را با تطابق تاريخچه عملكرد ميدان تعيين و تأييد مي‌كند.

همچنين مي تواند صحت انتخاب مواد شيميايي بكار رفته را براساس نتايج آزمايشات انجام شده بر مغزه مشخص كند. سپس پيش‌بيني‌ ميزان ازدياد برداشت مي‌تواند براي بررسي‌هاي اقتصادي مورد استفاده قرار گيرد.

بار مالي پروژه

واحد تزريق سيال و مواد شيميايي در واقع در برگيرنده بيش از 95 درصد هزينه‌هاي كلي است.

زماني كه ارزيابي‌هاي مخزني و مطالعات آ‍زمايشگاهي و شبيه‌سازي عددي نشان داد كه يك تكنولوژي مانع اقتصادي ندارد، طراحي و ساخت تجهيزات مناسب به عنوان گام مهم بعدي مطرح مي شود . محلول شيميايي تزريقي بايد داراي غلظت مناسب بوده و در واقع بيان كننده نتايج مطالعات انجام شده در آزمايشگاه باشد. به علاوه فرآوري آب بايد به عنوان قسمت اصلي واحد اختلاط محسوب شده و به عنوان بخش مهمي از تجهيزات قلمداد شود. اجراي پروژه فقط طراحي، ساخت تجهيزات مناسب فرآورش و تزريق مواد ازدياد برداشت نيست. اجراي پروژه در واقع تكرار موفقيت‌آميز نتايج آزمايشگاه در سطح ميداني است.

ارزيابي نقش كنترل پروژه

حتي با وجود برنامه تزريق مناسب، يك پروژه ممكن است به خاطر ناديده گرفتن عوامل ميداني با شكست مواجه شود. در نهايت كنترل مستمر پروژه به منظور ايجاد تغييرات لازم براي افزايش ميزان نفت توليدي حياتي است.

روش هاي پيش بيني شده براي اندازه گيري عوامل موثر در روش سيلابزني

همه عمليات ازدياد برداشت درصدد بهبود دو عامل صورت مي گيرد، افزايش راندمان حجمي(EV) وافزايش راندمان جابجايي(ED).

تكنولوژي‌هاي سيلابزني شيميايي مي‌تواند بر روي راندمان يكي يا هر دو اين ‌عوامل تأثير بگذارد. سيلاب‌زني براي كنترل تحرك‌پذيري و پليمر ژل گونه راندمان حجمي را بهبود مي‌دهد. سورفكتانت و مواد قليايي راندمان جابجايي را افزايش مي‌دهند. تكنولوژي‌هاي سيلاب‌زني پليمرهاي قليايي، پليمرهاي سورفكتانتي و پليمرهاي سورفكتانتي قليايي هر دو اين عوامل را همزمان بهبود داده و موجب افزايش بازيافت نفت مي‌شوند.

از لحاظ مكانيزمي، تكنولوژي‌هاي پليمري راندمان حجمي را با مسدود كردن جريان سيال به داخل ماتريسهايي با موئينگي بالا و يا تغيير تحرك‌پذيري سيال تزريق شده افزايش مي‌دهند. تحرك‌پذيري سيالات تزريق شده با افزايش ويسكوزيته محلول تزريق شده و كاهش تراوايي ماتريس نسبت به سيال تزريق شده يا هر دو تغيير مي‌كند.

سيلاب‌زني پليمر براي كنترل تحرك‌پذيري در واقع همان تزريق حجم عظيمي از پليمر آنيوني با غلظت كافي براي افزايش ويسكوزيته فاز آبي است كه منجر به كاهش نسبت تحرك تا مقادير مطلوب مي‌شود. تزريق پليمر منجر به توليد 5 درصد تا 10 درصد نفت بيشتر در مخازني مي‌شود كه اين روش در آنها قابل اجراست.

خصوصيات مخزني كه مي توان از عمليات سيلاب‌زني براي كنترل تحرك‌پذيري در آن استفاده كرد

مخزني كه مي توان از عمليات سيلاب‌زني براي كنترل تحرك‌پذيري در آن استفاده كرد بايد شرايط خاصي داشته باشد. از جمله اين كه بايد قبلاً اين مخزن به عنوان كانديداي سيلاب‌زني با آب انتخاب شده باشد، نسبت به تحرك ناسازگار باشد و در نهايت اينكه با وجود اين كه ناهمگوني در مخزن وجود دارد ولي مخزن به حدي شكافدار نباشد كه سيال تزريقي مستقيماً و از خلال اين شكافها به چاه توليدي برسد.

در عمليات تزريق پليمر ژل گونه، تركيبي از عامل ايجاد ژل و عامل ايجاد اتصالات جانبي هر دو با هم به ناحيه گذرده مورد نظر در مخازن نفتي با هدف كاهش تراوايي يا مسدود نمودن مسير براي جريان آب، تزريق مي‌شود. عمليات تهيه ژل عموماً در محل چاه و به حجم محدود انجام مي‌شود و فقط به منظور تغيير تراوايي در اطراف چاه استفاده مي‌شود. مخازني كه داراي شكافهاي بزرگ هستند يا چاههاي تزريقي كه داراي لايه‌هاي گذر ده متعدد مي‌باشند، گزينه‌هاي خوبي براي تزريق ژل به شمار مي آيند.

سورفكتانتها و مواد قليايي، ED را با كاهش كشش سطحي بين نفت و سيال تزريقي افزايش مي‌دهند و موجب مي‌شوند كه ميزان نفتي كه سطح سنگ مخزن را پوشانده است كمتر از حالتي باشد كه در عمليات سيلاب‌زني فقط با آب به آن مي رسيم. سورفكتانت‌ها و مواد قليايي همچنين مي‌توانند ترشوندگي يا تمايل سنگ براي تماس با آب و نفت را تغيير دهند و بدين طريق نيز موجب ازدياد برداشت مي‌شوند.

چگونگي ازدياد برداشت از تزريق مواد قليايي با سورفكتانت يا پليمر به مخازن نفتي

اين روش ها در شش مرحله كلي مي گنجد:

1. واكنش با اجزاء نفت خام و توليد سورفكتانت‌هاي ارزانتر در داخل مخزن

2. بهبود كاركرد سورفكتانت و پليمر از طريق كاهش دادن جذب آنها بر روي سنگ مخزن

3. كاهش اندازه مولكول پليمر كه منجر به وارد شدن سيال تزريقي به گلوگاههاي كوچكتر مي‌شود.

4. افزايش فعاليت پليمر و سورفكتانت با كاهش كاتيونها

5. عملكرد به عنوان آنتي باكتريال متوسط

6. جنبه‌هاي افزايش توليد ديگري كه براي خود تزريق آب به عنوان حامل مواد شيميايي متصور است.

در اين ميان تركيب پليمر با مواد قليايي، سورفكتانت يا هر دو، از همه مكانيزمهاي ازدياد برداشت بهره مي برد .

درمراحل تزريق تركيب پليمر به همراه سورفكتانت و مواد قليايي، مواد قليايي به اضافه سورفكتانت با پليمر مخلوط شده و به ميزان 3/0 تا 4/0 حجم خلل و فرج تزريق شده و متعاقب با آن به مقدار مشابه پليمر تزريق شده است. تزريق انجام شده موجب ايجاد جبهه نفت شده كه به سوي چاه توليدي پيش مي‌رود.

قابل استفاده بودن روش تزريق پليمري

سيلاب‌زني براي كنترل تحرك‌پذيري رپدان (Rapdan) مثال مناسبي براي افزايش سرعت جريان نفت به وسيله تزريق حجم عظيمي از محلول پليمر است. اين مخزن با مساحت 11200 ايكر در سال 1953 كشف شد. اين مخزن داراي 105 ميليون بشكه نفت درجاي اوليه است و آبده فعالي ندارد. با اين وجود، آب موجود در لايه‌هاي گوشه جنوب‌شرقي در حين توليد اوليه توليد مي‌شد. اشباع آب همزاد به طور متوسط حدود 30 درصد است. كل عمليات سيلاب‌زني كه به صورت نمونه انجام شد، توليد را از 409 بشكه در روز در بازه زماني 87-1986 به يك جهش توليد به ميزان 1132 بشكه در روز در سال 1990 رساند و ميزان برش نفت توليدي در اين مدت از 18 درصد به 36 درصد افزايش يافت. در فوريه سال 2009، 8/44 درصد نفت درجاي اوليه به وسيله توليد اوليه، سيلاب‌زني با آب و سيلاب‌زني با پليمر توليد شده بود.

اين در حالي است كه شبيه‌سازهاي عددي پيش‌بيني سيلاب‌زني با آب، با شرايط مشابه حدود 3/31 درصد توليد از نفت درجاي اوليه را محاسبه كرده بودند. اين در حالي است كه تفاوت برداشت حدود 5/13 درصد است هزينه مواد شيميايي، تأسيس واحد مربوطه و عمليات به ازاي هر بشكه اندكي بيش از 2 دلار است.

نقش عوامل ديگر در استفاده از روش سيلابزني

در انتخاب زمان بهينه و تركيب مناسب مواد پليمري، شناخت نوع مخزن، اطلاعات در مورد سنگ مخزن و لايه هاي مخزني حائز اهميت فوق العاده اي است. بدين منظور مناسب است كه قبل از انجام سيلابزني تيمي متشكل از مهندسين مخزن، زمين شناسان و مهندسين بهره برداري تشكيل شده و ابعاد پروژه به دقت سنجيده شود. همچنين براي ارزيابي اثربخشي پروژه، ضروري است ميزان توليد نفت به دقت ثبت و تحليل شود.