بررسي تزريق گاز در مخازن گاز ميعاني و تأثير آن بر روي ميزان توليد از مخزن

مقدمه:

اولين مرحله در مطالعه يك مخزن گاز ميعاني، شناخت سيال مخزن است. در اينگونه مخازن خواص ميعانات گازي به ميزان زيادي تحت تأثير مقدار مايعي است كه تشكيل مي شود و نسبت گاز به مايع (GLR) بسيار عامل تعيين كننده هاي است.

شكل(1-7) خواص عمومي يك سيال مايع گازي را نشان مي دهد. در طول بهره برداري از مخزن و در اثر كاهش فشار مخزن، مايعات گازي در مخزن تشكيل شده و به يك حداكثر مقدار خود مي رسد و سپس مجدداً شروع به كاهش مي نمايد. اين موضوع نشان مي دهد كه در صورت كاهش ميزان فشار به اندازه كافي مجدداً مايعات گازي تشكيل شده به بخار تبديل مي شوند و مي توان آنها را بازيافت نمود.

بهر حال با كاهش فشار مخزن به زير فشار نقطه شبنم ، نمودار عمومي فازي براي سيال ديگر نمي تواند معتبر باشد،‌ بدليل آنكه درصد سيالات در سيستم در طول زمان توليد تغيير مي كند.

آناليز گاز و گاز ميعاني را مي توان عموماً بهتر از نفت انجام داد. اطلاعاتي كه از اين آناليزها بدست مي آيد براي مدل كردن رفتار فازي در شبيه سازي مخزن مورد استفاده قرار مي گيرد. آناليز سيال با تجزيه آن در فشار اتمسفر و اندازه گيري تركيب فاز گازي و فاز مايعات صورت مي گيرد. بخش سنگين موجود در تركيب گازي نيز براي شناخت اجزاء اصلي آن مورد آناليز قرار مي گيرد چرا كه مدلهاي رفتار فازي به اين بخش بسيار حساس مي باشند. در مخازن گاز ميعاني، تزريق گاز و بازگرداني گاز دو روش هستند كه عموماً‌ براي كاهش ميزان تشكيل مايع در مخزن مورد استفاده قرار مي گيرند. تزريق گاز به مخزن را مي توان از همان ابتدا در فشار اوليه مخزن انجام داد (تثبيت كامل فشار مخزن) و يا بعد از اينكه فشار مخزن به زير فشار نقطه شبنم رسيد براي تبخير مايعات گازي تشكيل شده در مخزن و كاهش ميزان تجمع مايعات در مخزن تزريق گاز ( تثبيت جزيي فشار مخزن) را انجام داد.

بازگرداني گاز روشي است كه ساليان سال،‌ در مخازن براي افزايش ميزان بازيافت مورد استفاده قرار مي گيرد ولي افزايش كاربردهاي گاز طبيعي و ارزش و قيمت آن مهندسان را بر آن داشته است كه بدنبال جايگزين مناسبي براي آن جهت تزريق به مخزن باشند. نيتروژن و دي اكسيد كربن دو جايگزين مناسب براي اين منظور مي باشند. اگر چه تزريق نيتروژن نمي تواند همان كارايي تزريق دي اكسيد كربن و متان را داشته باشد. ولي از آنجايي كه اين گاز غير خورنده بود و به سادگي تهيه آن امكانپذير مي باشد مي تواند مورد استفاده قرار گيرد.

در اين مطالعه با استفاده از شبيه سازي تركيبي، سناريوهاي مختلفي با استفاده از تزريق گازهاي گوناگون به يك مخزن گاز ميعاني مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنين تأثير دبي تزريق طول زمان تزريق و فشار تزريق براي چهار نوع گاز (نيتروژن، دي اكسيد كربن ، متان و گاز طبيعي) مورد مطالعه قرار گرفته است. بهترين حالت را بايد با ملاحظه نتايج حاصل از شبيه سازي و در نظر گرفتن ملاحظات اقتصادي از جمله قيمت گاز و مايعات گازي،‌ قيمت گاز تزريقي و هزينه تجهيزات لازم انتخاب نمود.

2-7) اثر انواع گاز تزريقي:

در اين قسمت تأثير سه نوع گاز تزريقي و نيز بارندگي گاز با دبيهاي مختلف به مخزن مورد بررسي قرار گرفته است. بازگرداني گاز با يك دبي برابر با دبي توليدي نيز مي تواند مورد بررسي قرار گيرد. ولي از آنجائيكه معمولاً در عمل در بازگرداني گاز، دبي تزريق از دبي توليد كمتر است اينحالت در نظر گرفته نشده است. همانگونه كه ديده مي شود هنگاميكه دبي تزريق و دبي توليد برابر باشند كارايي گازهاي CO2 و CH4 در بازيافت مايعات گازي تقريباً يكسان است. در مقايسه با حالت مبناء افزايش بازيافت تا 24% نيز مشاهده مي شود. اما در افزايش برداشت توسط تزريق N2 مشاهده مي شود كه اين افزايش حدود 15% است. تزريق گاز به مخزن در دبي بالا ممكن است باعث ميان شكني زود هنگام گازها و كاهش ميزان بازيافت نهايي گردد. در دبيهاي تزريق كمتر به نظر مي رسد كه بازگرداني گاز يكي از راه هاي مؤثر افزايش بازيافت از مخزن است. با كاهش دبي تزريق توانايي گازها در بازيافت ميعانات گازي به يكديگر نزديك مي شود.

3-7) اثر تزريق گاز در فشارهاي مختلف:

عمليات تزريق مي توان در فشار اوليه مخزن ( از همان ابتداي توليد) و يا پس از اينكه فشار مخزن به يك فشار معيني كاهش يافت، شروع شود. در اين حالت با توجه به اينكه فشار تزريق پائينتري مورد نياز است،‌ هزينه تجهيزات لازم نيز كمتر خواهد بود. مدل مورد نظر براي تمامي گازها در فشارهاي تزريق Psi 5248 (فشار اوليه مخزن)، Psi 4500، Psi 3500 و Psi 2500 اجرا گرديد و اثر تزريق گاز در فشارهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. نتايج مربوط به تزريق گاز طبيعي نشان داد كه دبي 8/1 ميليون فوت مكعب استاندارد (75% دبي توليد) با كاهش فشار به 4500 پام، ميزان بازيافت ميعانات گازي كاهش مي يابد اما با كاهش بيشتر فشار به 3500 پام ميزان بازيافت افزايش مي يابد. شكل(7-8)، نشان مي دهد كه در تزريق نيتروژن با كاهش فشار ميزان بازيافت تغيير چنداني نمي كند و نمودارها نزديك هم قرار گرفته اند. ولي در تزريق دي اكسيد كربن و متان ميزان بازيافت با كاهش فشار تزريق كاهش يافته است. شكلهای(6-7) و (8-7)

4-7) اثر دبي تزريق:

در اين قسمت تأثير تزريق گاز در دبيهاي مختلف روي ميزان بازيافت از مخزن براي چهار نوع گاز مورد مطالعه قرار گرفته است. در حالت تزريق دي اكسيد كربن ميزان بازيافت ميعانات گازي براي دو دبي اول تقريباً‌ يكسان است. ميزان بازيافت ميعانات گاز براي حالت تزريق نيتروژن حساسيت چنداني به دبي ندارد؛ به طوريكه تغييرات ميزان بازيافت ميعانات گازي در حالت تزريق نيتروژن براي بيشترين تا كمترين دبي تزريق تنها حدود 5 درصد است اين تغييرات براي حالت تزريق دي اكسيد كربن حدود 14 درصد است. در حالت تزريق گاز متان و بازگرداني گاز، تغيير دبي تزريق، تأثير قابل ملاحظتهايي را بويژه براي حالت بازگرداني داشته است.

5-7) تأثير طول زمان تزريق:

تأثير طول زمان تزريق براي زمانهاي تزريق مختلف 5، 8 و 10 سال براي گازهاي مختلف بررسي گرديده است. براي زمان 8 و 10 سال اختلاف در مقدار بازيافت بسيار كم بوده است. در حالت تزريق نيتروژن با افزايش دوره تزريق از 5 به 8 و 10 سال تغيير قابل ملاحظه ايي در بازيافت ميعانات گازي مشاهده نميشود. براي تزريق CO2 و بازگرداني گاز مدل شبيه سازي شده براي طول زمانهاي تزريق مختلف اجرا گرديده و نتايج نشان داد كه ميزان بازيافت براي طول زمان تزريق 10 و 8 سال تقريباً‌ يكسان مي باشد.

ولي با كاهش زمان تزريق از 8 سال به 5 سال ميزان بازيافت، كاهش قابل ملاحظهايي داشته است. براي تزريق متان،‌ مدل شبيه سازي شده براي طول زمانهاي تزريق مختلف اجرا گرديده و نتايج نشان داد كه ميزان بازيافت براي طول زمان تزريق 10 و 8 سال تقريباً يكسان مي باشد. ولي با كاهش زمان تزريق از 8 سال به 5 سال ميزان بازيافت،‌ كاهش كمي داشته است.

6-7) نتايج:

در اين پروژه كه عمليات تزريق گاز و بازگرداني گاز در يك مخزن گاز ميعاني به منظور افزايش ضريب بازيافت انجام گرديده است، نتايج زير بدست آمده است:

- بازگرداني گاز مؤثرترين راه براي افزايش بازيافت ميعانات گازي است.

- با كاهش دبي تزريق، توانايي گازهاي CO2 و N2 و CH4 و گاز طبيعي در بازيافت ميعانات گازي به يكديگر نزديك مي شود.

- تزريق CO2 باعث رفع تجمع مايعات گازي در نزديكي ديواره چاه گرديده و حتي براي مدت زمان معيني پس از تزريق نيز از تجمع آنها جلوگيري مي كند.

- بازيافت ميعانات گازي با تزريق نيتروژن با تغيير فشار تزريق خيلي كم تغيير مي كند.

- تزريق در فشار اوليه مخزن مي تواند منجر به افزايش بازيافت ميعانات گازي، نسبت به تزريق در فشارهاي كمتر از فشار اوليه مخزن گردد. گر چه در بعضي موارد مانند بازگرداني گاز اين مورد نتيجه گيري نشده است.

- ميزان بازيافت با تزريق نيتروژن، به دبي تزريق حساس نيست، اين بدان معني است كه با تغيير دبي تزريق، ميزان بازيافت كمي تغيير مي كند.

- افزايش طول زمان تزريق از 5 به 8 و 10 سال تأثيري روي ميزان بازيافت ميعانات گازي در حالت تزريق نيتروژن نداشته است. در حالت تزريق CO2 و CH4 و بازگرداني گاز ميزان بازيافت با افزايش طول زمان تزريق افزايش مي يابد. ولي اين افزايش از 8 تا10 سال قابل ملاحظه نيست.