روش هاي ازدياد برداشت از مخازن گاز ميعاني
مقدمه:
بر حسب تعريف مخزن گاز ميعاني عبارت از مخازني مي باشد كه در تقسيم بندي انواع مخازن در حد فاصل بين مخازن نفت فرار و مخازن گاز تر قرار داشته باشد و يا به عبارت ديگر دماي مخزن بين دماي بحراني و حداكثر دماي دو فازي (حداكثر دماي چگالش) قرار مي گيرد.
در اين قبيل از مخازن سيالات موجود در مخزن تحت تأثير كاهش فشار مخزن، از خود پديده اي به نام «ميعان قهقرائي» يا «معكوس» نشان مي دهند كه طي آن به محض رسيدن فشار مخزن به فشار نقطه اشباع، مقاديري از هيدروكربورهاي قابل مايع شدن شروع به چگالش از فاز بخار نموده و به صورت غشايي جداره هاي سنگ مخزن را مي پوشانند.
با كاهش فشار مخزن به زير نقطه شبنم، گاز «مخازن گاز ميعاني» شروع به مايع شدن مي كند و به صورت قطرات مايع روي سنگ مخزن پديدار مي گردد. اين مايعات به وجود آمده با كاهش فشار بيشتر افزايش مي يابند، به طوري كه پس از مدتي درصد اشباع آنها از مقدار بحراني بيشتر شده و شروع به حركت مي كنند و در دهانه چاه توليد مي شوند. به وجود آمدن ميعانات گازي در درون مخزن باعث به وجود آمدن مشكلاتي مي شود كه مهمترين و جدي ترين آنها جمع شدن مايعات در درون مخزن و توليد نشدن آنها مي باشد كه از دو جنبه قابل توجه است:
از يك طرف: تشكيل اين ميعانات در درون مخزن، به معني از دست دادن آنها مي باشد، چرا كه ديگر امكان توليد اين ميعانات ممكن نمي باشد و از طرف ديگر بالا رفتن درصد اشباع اين مايعات كاهش دبي جريان گاز را به همراه دارد.
به طور كلي روش هاي گوناگوني براي ازدياد برداشت از مخازن گاز ميعاني وجود دارد كه مهمترين آنها روش تزريق مجدد گاز مي باشد.روش هاي تزريق گاز به دو منظور:
1- نگهداشتن كامل فشار و جلوگيري از كاهش آن
2- جلوگيري از كاهش شديد افت فشار مي باشد.
دقت شود كه در روش اول، فشار مخزن نمي افتد ولي در روش دوم، مخزن كاهش فشاري كمتري نسبت به حالتي كه گاز تزريق نمي شود ، خواهد داشت.
در روش نگهداشتن كامل فشار، گاز توليد شده به درون مخزن تزريق مي گردد و تنها ميعانات گازي از مخزن توليد مي شود و اين گاز توليدي به صورت يك چرخه به درون مخزن تزريق شده و از آن توليد مي گردد.
در هر دوي اين روش ها براي تزريق گاز نياز به امكانات و تجهيزات سرچاهي مي باشد كه به نحوي موجب افزايش هزينه هاي توليد مي گردد، البته لازم به ذكر است كه روش نگهداشتن كامل فشار، موجب افزايش بهره وري گاز ميعاني نسبت به روش نگهداشتن جزئي فشار مي‌گردد. ولي مسلماً اين روش هزينه هاي بيشتري نيز مي طلبد چرا كه برخي از اين مخازن داراي فشار اشباع (نقطه شبنم) بالايي مي باشند.
در روش تزريق گاز خشك (CO2 و N2 و CH4) به مخازن گاز ميعاني، تماس بين گاز خشك تزريق شده و گاز ميعاني منجر به غني شدن گاز خشك بر اثر انتقال جرم مي گردد.
تزريق گاز خشك از لحاظ تجربي موجب تبخير هيدروكربورهاي سنگين و متوسط مي گردد.
همان طور كه گفته شد، به كارگيري روش نگهداشتن كامل فشار هزينه هاي زيادي را در بردارد. يك روش جايگزين مناسب اين است كه ابتدا مخزن را تا فشار مشخص زير فشار اشباع تخليه كرده و پس از آن، شروع به تزريق نماييم. تزريق موجب تبخير ميعانات گازي مخزن مي گردد.
اين روش نه تنها ميزان سرمايه گذاري، تجهيزات و هزينه عمليات را پايين مي آورد بلكه موجب بهبود برداشت ميعانات نيز مي گردد.
فشار بالاي نقطه شبنم و همچنين نفوذپذيري پائين موجب شده كه فشار ته چاهي پايين تر از فشار نقطه شبنم باشد. با اين حال توليد گاز ميعاني با فشار ته چاهي پايين تر از فشار نقطه شبنم از لحاظ جرمي اثري بر روي برداشت نهايي ميعانات ندارد، به شرط اينكه فشار مخزن نگه داشته شود و همچنين مشخصات مطلوب نفوذ پذيري حفظ گردد.
2-6) روش چرخش گاز متان:
محتواي ميعانات مخازن گاز ميعاني، قسمت ارزشمندي به شمار مي رود. اما به خاطر ميعان معكوس، قسمت برزگي از اين ميعانات ممكن است در مخزن باقي بماند،لذا روش چرخش گاز متان در بسياري از مخازن به كار مي رود.
در روش چرخش گاز، ميعانات گازي از گاز تر توليد شده جدا مي شوند و مابقي مجدداً به مخزن تزريق مي شود. گاز برگشتي موجب نگهداشتن فشار مخزن مي گردد و همچنين گاز تر را به سوي چاه هاي توليد مي راند. به دليل اينكه مايعات خارج شده از مخزن به عنوان بخشي از حجم گاز تر محسوب مي شود، عدم تزريق گاز خشك اضافي موجب مي شود تا فشار مخزن به آرامي كاهش يابد و در نهايت براي توليد گاز خشك از فشار مخزن كاسته مي‌شود تا گاز خشك و مقداري از ميعانات باقي مانده كه جارو نشده اند توليد شوند.
با اين وجود اگر چه اين روش راه حل ايده آلي به نظر مي رسد، ولي در عمل داراي مشكلاتي نيز مي باشد:
• درآمد حاصل از گاز به تأخير مي افتد (ممكن است بين 10 تا 20 سال گاز توليد نشود).
• چرخش گاز، هزينه هاي اضافي را تحميل مي كند (چاه هاي بيشتر جهت تزريق، امكانات فشرده سازي گاز و ...)
بايد دانست حتي هنگامي كه فشار بالاتر از نقطه شبنم نگه داشته شود، ميزان برداشت ميعانات به طور قابل ملاحظه اي كمتر از 100% است.
گاز خشك، قابل امتزاج با تمام سيستم هاي گاز ميعاني بوده و به صورت نرمال متان سازنده شاخص گاز خشك مي باشد، چرخش گاز خشك يك نمونه خاص از جابجايي امتزاجي هيدروكربورها، براي بهبود برداشت مي باشد. جابجايي يك سيال با سيال قابل امتزاج ديگر از ديدگاه ميكروسكوپي بسيار مؤثر است و به صورت ايده آل 100% در نظر گرفته مي شود. ضريب بازيافت چرخش گاز ممكن است به چند فاكتور بازيافت تقسيم شود.
E = Ep * Ev
E: بازدهي كلي
Ep: بازدهي ميكروسكوپي
Ev: بازدهي ماكروسكوپي (حجمي)
Ep عبارت است از: مقياس اندازه گيري بازدهي سيال جابجا كننده در به حركت درآوردن نفت در جاهايي كه سيال جابجا كننده با نفت برخورد مي كند و مقياس اندازه گيري چگونگي رابطه برقرار كردن سيال جابجا كننده در جهت عمودي و افقي با سيال مخزن مي‌باشد.
3-6) تزريق گاز دي اكسيد كربن:
تزريق گاز دي اكسيد كربن به ناحيه اطراف چاه، يكي ديگر از روش هاي نگهداشتن فشار و بهبود، مخصوصاً براي كم كردن اثر سد ميعاني مي باشد. در اين روش دي اكسيد كربن، ميعانات در اطراف چاه را خارج كرده و متعاقباً موجب افزايش بهره دهي به سبب برگشتن چاه به توليد مي گردد.
اثر تزريق گاز به مخزن گاز ميعاني منجر به افزايش فشار نقطه شبنم مي شود. استفاده از گاز دي اكسيد كربن به خاطر كمبود منابع آن، قيمت و همچنين رفتار خورنده آن محدود مي‌باشد.
در آزمايشات مدل تركيبي كه براي ارزيابي عملكرد مخازن گاز ميعاني به كار رفته بود، تأثير تزريق گازهاي غير هيدروكربني همانند دي اكسيد كربن، نيتروژن و هوا براي بهبود برداشت از مخازن گاز ميعاني مورد بررسي قرار گرفت.
مدل نشان داد كه گازهاي غير هيدروكربوري قادر به تبخير مؤثر ميعانات هستند و همچنين از بين آنها، دي اكسيد كربن مؤثرترين گاز براي تبخير اجزاي سنگين مي باشد.
4-6) تزريق گاز نيتروژن:
مزيت تزريق گاز نيتروژن فراواني آن، ارزاني نسبي و همچنين خصوصيات مطلوب تزريق از جمله ايمني و غيره خورنده بودن آن مي باشد.
البته تزريق گاز نيتروژن نيز مشكلات مربوط به خود را دارد: فشار نقشه شبنم مخلوط گاز نيتروژن و گاز ميعاني بالاتر از فشار نقطه شبنم گاز اوليه مخزن است لذا باعث مي شود كه بسياري از ميعانات از گاز خارج شوند.
با اين حال مطالعات نشان مي دهد كه، تنها در محدوده منحصر به چند فوت بر اثر پديده هاي پراكندگي و پخش شدگي، مخلوطي بين نيتروژن و گاز ميعاني رخ مي دهد. نقطه شبنم ممكن است در اين ناحيه بالا برود ولي اين ناحيه حجم كمي از مخزن را تشكيل مي دهد و در نتيجه تنها مقدار كمي از ميعانات گازي جدا مي شود.
محاسبات جابجايي نشان مي دهد كه تزريق گاز نيتروژن نتيجه ضعيفتري در بازدهي جابجايي نسبت به گاز خشك دارد. بالاتر بودن ميزان ميعانات خارج شده از گاز و همچنين كاهش قدرت تبخير، موجب كاهش بازدهي در تزريق نيتروژن به مخازن گازي مي گردند.
هنگامي كه گاز براي تزريق در دسترس نبوده و يا براي مصارف ديگر مورد نياز باشد، تزريق نيتروژن مي تواند يك روش جايگزين مناسب براي تزريق گاز محسوب گردد.
5-6) سيلاب زني:
سيلاب زني مي تواند يك روش براي نگه داشتن فشار مخزن باشد به شرط اينكه يك سفره آب زيرزميني فعال زير ناحيه گازي وجود داشته باشد. سيلاب زني بالاي فشار نقطه شبنم براي مخازن غني گاز ميعاني گزينه مناسبي براي بالا بردن برداشت ميعانات گازي است.
6-6) تزريق هوا:
در قسمت قبل امكان استفاده از نيتروژن براي تبخير ميعانات هيدروكربوري گفته شد. تقريباًً نصف هزينه تزريق نيتروژن مربوط به جداسازي نيتروژن از هوا مي باشد. از آنجا كه هوا شامل 79% نيتروژن مي‌باشد، تزريق هوا يك روش اقتصادي به نظر مي رسد.
هوا شامل 20% اكسيژن كه يك گاز واكنش دهنده فعال است مي باشد، وجود مقدار زياد گاز اكسيژن موجب انجام واكنش اكسيداسيون مي شود، با اين حال به دليل كمبود سوخت و همچنين پايين بودن دما احتمال وقوع اكسيداسيون در جا كم مي باشد. وجود اكسيژن در جريان توليدي چاه، موجب افزايش خوردگي تجهيزات و امكانات مي گردد.
7-6) شكاف دهي هيدروليكي:
شكاف دهي هيدروليكي به عنوان يك روش مؤثر براي بهبود بهره دهي در مخازن گاز ميعاني شناخته شده است. ولي اين روش هميشه قابليت انجام يا صرفه اقتصادي ندارد.
اين روش موجب افزايش فشار ته چاه و در نتيجه حفظ بهره وري چاه مي شود و در مودر چاههايي كه در اثر افت فشار به زير نقطه شبنم در آنها توليد ميعانات اتفاق مي افتد، استفاده مي شود.
8-6) فرآيند Water Alternated Gas Injection(WAG):
اين فرآيند يكي از روش هاي بهبود بازدهي جاروب در مخازن شكافدار گاز ميعاني است كه در مطالعات شبيه سازي مورد آزمايش قرار گرفته است.
در مطالعات WAG نشان داده شده كه بازدهي جاروب و برداشت نهايي با تزريق يك حجم از فضاي متخلخل نسبت به روش تزريق گاز خشك، بهبود يافته است (در مخازني كه شامل ناحيه با نفوذپذيري بالا- شكافدار- باشند) افزايش باردهي جاروب در ابتدا به خاطر اين است كه آب با لزجت بالا، تمايل دارد كه به بلاك ناحيه با نفوذ پذيري بالا – شكافدار- برود بنابراين گاز را مجبور به حركت درون ماتريكس مي كند.
با به بكارگيري روش WAG در «مخازن شكافدار گاز ميعاني» نسبت به روش هاي معمولي به طور قابل ملاحظه اي مقدار ميعانات گازي به دست آمده افزايش مي يابد.