شکل ۷-۱۸: منحنی FWPT برای مخزن ۴ ۱۵۰
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
شکل ۷-۱۹: محل مکان بهینه چاه تزریق در مخزن ۴ ۱۵۰
فصل اول
مقدمه
۱-۱- اهمیت مسئله
تامین انرژی مورد نیاز انسان ها یکی از مسائل مهمی است که با افزایش جمعیت جهان، روز به روز بر اهمیت آن افزوده می شود. منابع تامین انرژی متعددند و می توان آن را به دو دسته کلی منابع تجدید پذیر نظیر باد، آب، انرژی خورشیدی و … و منابع تجدید ناپذیر شامل زغال سنگ، گاز طبیعی و نفت تقسیم بندی کرد. اما علی رغم آن که نقش منابع تجدید پذیر روز به روز در حال پر رنگ تر شدن است، سوخت های فسیلی از جمله نفت همچنان یکی از پرکاربردترین منابع تامین انرژی می باشد که با افزایش برداشت ها رو به اتمام است. به علاوه اکثر میادین نفتی موجود در جهان در مرحله بلوغ بازدهی خود هستند و همچنین تعداد اکتشافات بزرگ مخازن نفت رو به کاهش است. با توجه به حجم تقاضا و محدودیت برداشت ها، توجه هر چه بیشتر به برداشت بهینه، از منابع موجود و کاهش هزینه های عملیاتی و اقتصادی الزامی است. در نتیجه این موضوع باعث شکل گیری مسئله مدیریت مخازن می شود. شکل ۱-۱ بیانگر افزایش میزان تقاضای جهانی برای نفت در طی سال های اخیر می باشد.
شکل ۱-۱: میزان تقاضا برای نفت [۱]
با بهره گرفتن از روش های سنتی مدیریت مخزن، تنها در حدود ۱۰ درصد نفت موجود در مخزن در بازیافت اولیه تولید می شود ( طی رانش نفت به صورت طبیعی ). در بازیافت ثانویه ( تزریق آب یا گاز ) میزان تولید نفت به ۲۰ تا ۴۰ درصد می رسد (DOE 2008). با افزایش قیمت نفت ، بهبود در هر روش مدیریت مخازن به طوری که بتواند میزان تولید و سود را افزایش دهد، مورد توجه است. در نتیجه یکی از موضوعات کلیدی که در مدیریت مخازن مطرح می شود، مکان یابی بهینه، یک یا چند چاه در یک بازه زمانی مشخص به منظور حداکثر کردن میزان تولید و سود حاصل از برداشت با در نظر گرفتن محدودیت های فیزیکی و اقتصادی مسئله می باشد.
در مورد مسئله مکان یابی، مدل سازی و شبیه سازی مخزن از گام های مهم است. هر اندازه مدل مخزن به مدل واقعی نزدیک تر باشد، مکان یابی بهینه مخزن، از دقت بالاتری برخوردار خواهد شد. در اکثر روش های پیشنهادی، مدل سازی مخزن در محورهای مختصات دکارتی، منجر به مدل پیچیده تری می شود. در این پژوهش سعی بر آن است که با ارائه مدل ساده تری برای مخزن بر اساس Streamline ها و بهره جستن از طبیعت حاکم بر حرکت سیال در مخزن، به روندی موثرتر و ساده تر جهت مسئله مکان یابی بهینه چاه ها دست یافت . سرعت و کارایی روش Streamline ، این روش را به یکی از ابزارهای قدرتمند جهت حل مسائل پیچیده بهینه سازی مرتبط با تطبیق تاریخچه مخزن و مکان یابی بهینه چاه ها تبدیل کرده است.
جهت تعریف مسئله مکان یابی بهینه چاه های نفت و بررسی چالش های آن آشنایی با مفاهیم اولیه مخازن نفتی لازم به نظر می رسد. بدین منظور در ادامه این فصل، مروری بر خواص سنگ و سیال مخازن نفتی خواهیم داشت.
۱-۲- مروری بر خواص سنگ و سیال مخازن نفتی
به منظور مکان یابی بهینه چاه های نفت در یک مخزن، نیاز به شبیه سازی مخزن می باشد. در نتیجه لازم است ابتدا مفاهیم و پارامترهای پر اهمیت مخزن معرفی شوند.
۱-۲-۱- زمین شناسی نفت و چگونگی تشکیل مخازن هیدروکربنی
این دانش در مورد چگونگی تشکیل مخازن هیدروکربنی، ویژگی های فیزیکی و شیمیایی هیدرکربن های از جامد تا گاز، چگونگی حرکت و انباشته شدن این مواد در سنگ ها، لایه ها و طبقات گوناگون زمین بحث و گفتگو می کند. هیدورکربن ها در مخازن زیر زمین به صورت دریاچه وجود ندارند بلکه در خلل و فرج لایه های متخلخل رسوبی خاصی از زمین می توانند جمع شوند [۲].
۱-۲-۲- مهاجرت مواد نفتی از رسوبات سنگ مادر به درون سنگ مخزن
ذرات پراکنده ی هیدروکربن ها و آب نمک همراه آن که در رسوبات سنگ مادر قرار دارند، از درون شکاف ها و ترک های موجود در لایه های رسوبی به نقاط با فشار کمتر مهاجرت می کنند. طول مسیر این حرکت گاهی به صدها کیلومتر می رسد.نیروهایی که باعث این حرکت می شوند عبارتند از:
فشردگی لایه های رسوبی
دیاستروفیسم[۱]
نیروی گرانش[۲]
نیروی گرانش سبب می شود تا سیال دارای چگالی کمتر به سمت بالا حرکت کند و در نتیجه سیالات در سنگ مخزن بر حسب چگالی از هم جدا شوند.گاز در قسمت بالای مخزن، نفت در وسط و آب نمک در زیر قرار دارد. این مرحله را مهاجرت ثانویه می نامند.
نیروی موئینگی[۳]
نیروی موئینگی سبب می شود تا سیال تر کننده در خلل و فرج سنگ به سمت بالا حرکت کند. بالا آمدن نفت چراغ در فیتیله بر اساس همین خاصیت است. خاصیت ترکنندگی بستگی به جنس جامد (سنگ مخزن) و جنس و مشخصات سیال (آب ، نفت و گاز) دارد. روی هم رفته آب نسبت به نفت ترکننده تر است و نفت در مقابل گاز ترکننده تر می باشد. بنابراین با وجود سنگین تر بودن آب نسبت به نفت نیروی موئینگی آن را به سمت بالا می کشد تا در نهایت با نیروی گرانش به تعادل برسد [۲].
برای اطلاعات بیشتر درباره نحوه چگونگی تشکیل سنگ های مخزن نفت، پوش سنگ و انواع نفتگیر ها و چگونگی تشکیل آن ها به [۲] مراجعه کنید.
۱-۲-۳- ویژگی های مخازن هیدروکربنی
یک مخزن نفت شامل نفتگیری است که در خلل و فرج آن گاز، نفت و آب شور به نسبت های گوناگون وجود دارد. این فضاها با هم ارتباط دارند به گونه ای که با حفر چاه سیال درون لایه ها می تواند به درون چاه که دارای فشار کمتری است وارد شود.
یک مخزن هیدروکربنی در صورتی قابل برداشت است که دارای ویژگی های زیر باشد:
سنگ مخزن دارای تخلخل و نفوذ پذیری کافی باشد تا سیالات هیدروکربنی بتوانند با سرعت کافی درون آن حرکت کنند.
حجم گاز و نفت موجود در سنگ در مخزن در حد تجاری باشد.
انرژی لازم جهت رانش به سطح زمین را داشته باشد.
پارامترهای پراهمیت مخزن که در شبیه سازی مخزن با آن ها مواجه خواهیم شد، به شرح زیر است.
۱-۲-۴- اشباع
میزان اشباع شدگی[۴] یک فاز که با Sp نشان داده می شود، معادل است با آن کسر حجمی از کل فضای خالی قابل پر شدن که فاز p اشغال کرده است، لذا برای یک مخزن نفتی که عمدتاً شامل سه فاز گاز(g) ، آب(w) و نفت(o) می باشد، رابطه (۱-۱) برقرار است[۳] :
(۱-۱)
۱-۲-۵- نفوذپذیری نسبی[۵]
وقتی بیش از یک سیال در محیط متخلخل حرکت کنند، با پدیده نفوذپذیری نسبی مواجه خواهیم شد. نفوذپذیری نسبی، به صورت نفوذپذیری مؤثر یک سیال در یک درجه ای از اشباع به نفوذپذیری سیال در اشباع صد در صد تعریف می شود:
(۱-۲)
به طوریکه نفوذپذیری نسبی فاز l و نفوذپذیری مطلق می باشد. باید توجه داشت که محدوده تغییرات حداکثر یک و حداقل صفر می باشد. معمولاً برای نفوذپذیری نسبی، مشابه فشار موئینگی، نتایج آزمایشگاهی بر حسب درجه اشباع فاز ارائه می شود، به طور مثال برای سیستم آب-نفت، مقادیر نفوذپذیری نسبی نفت و نفوذپذیری نسبی آب ، به صورت تابعی از درجه اشباع آب بیان می شود (شکل ۱-۲).
شکل ۱-۲: نمایش تابعیت نفوذپذیری نسبی از اشباع[۳]
در شکل ۱-۲ پدیده هیستریزیس[۶] برقرار است، یعنی بسته به اینکه آزمایش بر اساس پرشدن[۷] است یا خالی شدن[۸] ، مقادیر مربوطه فرق می کنند. نقاط حدی و انتهایی منحنی نفوذپذیری نسبی، معروف به مقادیر بازگشت ناپذیر یا تقلیل ناپذیر هستند، یعنی وقتی نفوذپذیری نسبی به سمت صفر میل می کند، مقادیر اشباع شدگی، مقادیر تقلیل ناپذیر هستند. برای شکل ۱-۲ ، مقادیر تقلیل ناپذیر و ، مربوط به فاز آب و نفت می باشند[۴].
۱-۲-۶- تخلخل
تخلخل[۹] که با φ نمایش می دهند، یکی دیگر از ویژگی های سنگ مخزن می باشد که بیانگر نسبت فضای خالی به کل حجم موجود می باشد. آن را از نظر عددی به صورت کسر (کوچکتر از یک) یا درصد بیان می کنند، و به کمک رابطه زیر قابل محاسبه است.
که در رابطه فوق بیانگر حجم توده سنگ و منظور از حجم خالصی است که سنگ پر کرده است [۵].
۱-۲-۷- ترشوندگی[۱۰]
وقتی دو سیال امتزاج ناپذیر[۱۱] در تماس با یک سطح جامد قرار بگیرند، یکی از آن دو از نظر سطح تماس، بیشتر از دیگری به جامد می چسبد و به عبارتی آن را بیشتر تَر می کند. از نظر پدیدارشناسی، این اختلاف ناشی از رقابت و انرژیهای مابین سطحی است. یک میزان و معیار آزمایشگاهی برای این پدیده، زاویه تماس[۱۲] است که با نمایش داده می شود. این زاویه تابع انرژی سطح تماس بین دو فاز جامد و سیال می باشد. به طور مثال برای سیستم آب-نفت-جامد داریم:
(۱-۴)
به طوریکه انرژی بین سطح نفت و جامد، انرژی بین سطح آب و جامد، انرژی بین سطح آب و نفت، زاویه تماس بر حسب درجه می باشد. اگر کوچکتر از ۹۰ درجه باشد، می گوییم سیستم آب-دوست است، یعنی آب بیشتر از نفت، سطح جامد را تر می کند ولی اگر بزرگتر از ۹۰ درجه باشد، سیستم نفت-دوست می باشد و در صورتیکه سیستم خنثی است[۴].
۱-۲-۸- فشار موئینگی[۱۳]
فشار موئینگی، اختلاف فشار حاضر بین دو فاز امتزاج ناپذیر در یک سیستم موئینه می باشد. اگر آن را مثبت فرض کنیم، اختلاف فشار فاز غیر ترکننده و فاز تر کننده می باشد، یعنی:
(۱-۵)
