تزریق گاز به چاه های کم فشار برای افزایش بهره وری

فهرست                                                   صفحه

مقدمه                                                                                    1

فصل دوم:

 روش های ازدیاد برداشت نفت از مخازن                                    17

 فصل سوم: تزریق امتزاجی گاز                                                                25

فصل چهارم:

 روش های تعیین حداقل فشار امتزاج                                      45

فصل پنجم:

 افزایش بازیافت نفت با تزریق هوای گرم                                    54

فصل ششم:

بررسی آثار تورمی تزریق گاز بر فشار اشباع و ضریب

انبساط حجمی نفت مخزن

                                                                                          67

فصل هفتم:

کاربرد روش میکروبی در ازدیاد برداشت مخازن نفتی                   75

منابع

 منابع:

استفاده از منابع وجزوات موجود در کارخانه های فشار ضعیف و فشار قوی و ایستگاه های تقویت فشار.

مقــدمــه

نفت و گاز طبیعی حداقل تا یکصد سال آینده به عنوان عمده ترین منابع انرژی در جهان باقی خواهد ماند . در ایران به عنوان کشوری که بیش از 10% کل مخازن نفت جهان و 13% کل مخازن گاز دنیا را دارا است ، صنایع نفت و گاز و صنایع وابسته به آنها در درجه اول اهمیت قرار دارند . پس از عملیات حفر چاه و اصابت آن به مخزن نفت به دلیل فشار زیاد موجود درمخزن ؛ جریان نفت به سوی دهانه خروجی چاه سرازیر می شود . این مرحله از استخراج که عامل آن فشار داخل خود مخزن است به بازیافت اولیه                                                      (   primary recovery ) نفت موسوم است ، با افزایش تولید و کاهش فشار ؛ میزان تولید نیز کاهش می یابد تا اینکه فشار به حدی می رسد که دیگر تولید نفت اقتصادی نمی باشد . در این مرحله ممکن است از 30 تا 50 درصد کل نفت مخزن استخراج شود علاوه بر فشار مخزن عوامل دیگری مانند خواص سنگ مخزن و میزان تخلخل آن و همچنین دمای مخزن نیز در میزان تولید مؤثرند .

به عنوان مثال ؛ کل نفت مخازن آمریکا حدود 109 * 400 بشکه بوده است که تا سال 1970 حدود 109 * 100 بشکه آن توسط روش های اولیه استخراج شده اند . البته هر چه میزان گاز آزاد در مخزن بیشتر باشد مقدار تولید نفت توسط این روش بیشتر است زیرا تغییر حجم گاز در مقابل تغییر فشار بسیار ناچیز است . به عنوان مثال در ایالت پنسیلوانیای آمریکا به دلیل پائین بودن نفوذ پذیری ( کمتر از 50 میلی دارسی ) و انرژی کم مخزن که ناشی از پائین بودن مقدار گاز طبیعی آزاد است . میزان نفت استخراج شده با روشهای اولیه بین 5 تا 25 درصد کل نفت بوده است و به همین دلیل در ایالت نامبرده روشهای مرحله دوم ( SECONDARY RECOVERY ) از سال 1900 شروع شده است . از روشهای مؤثر در مرحله دوم یکی سیلابزنی آبی ودیگری سیلابزنی گازی یا تزریق گاز است . در روش سیلابزنی آبی ؛ آب با فشار زیاد در چاههای اطراف تولید نفت وارد مخزن شده و نیروی محرکه لازم برای استخراج نفت را بوجود می آورد . معمولاً در اطراف هر چاه نفت چهار چاه برای تزریق آب وجود دارد .

O  چاه آب ورودی* چاههای تزریقی                                        OOOO 

                                                                                                            *  *   *   *

    O O O O                                                                                  

                                                                                                            *  *   *   *

      O O O O                                                                                 

 در روش سیلابزنی گازی ، گاز ( مانند گاز طبیعی ) با فشار به جای آب وارد مخزن شده و نفت را به طرف چاه خروجی به جریان می اندازد . در کشور ونزوئلا حدود 50% گاز طبیعی تولید شده دوباره به چاههای نفت برای استخراج در مرحله دوم بر می گردند . نحوه تزریق گاز شبیه تزریق آب به صورت چاههای پنجگانه است . در مواردی که گرانروی نفت خیلی بالا باشد از تزریق بخار آب به جای آب استفاده می شود ، با کاهش گرانروی نفت ، جریان آن راحت تر صورت گرفته و سرعت تولید بالا می رود . پس از استخراج به کمک روشهای مرحله دوم هنوز هم حدود 30 الی 50 درصد نفت می تواند به صورت استخراج نشده در مخزن باقی بماند . در اینجاست که استخراج نفت به کمک روشهای مرحله سوم                   ( Thirdly  recovery )  صورت می پذیرد .

یکی از روشهای مرحله سوم ، تزریق محلول مایسلار ( Micellar  Solution   ) است که پس از تزریق آن محلولهای پلیمری به عنوان محلول بافر به چاه تزریق می شود. در آمریکا ممکن است روشهای استفاده از محلول مایسلار تا 50 درصد کل روشهای مرحله سوم را شامل شود.

محلول مایسلار مخلوطی از آب ، مواد فعال سطحی ، مواد کمکی فعال سطحی ، نفت و نمک است . در روشهای جدید تهیه محلول مایسلار ، نفت ، نمک و مواد کمکی فعال سطحی ، حذف گردیده اند. محلولهای مایسلار نیروی تنش سطحی بین آب و نفت را تا حدود 001/0 دین بر سانتیمتر مربع یا کمتر از آن کاهش می دهند.

گرانروی محلول پلیمری حدود 2  تا 5 برابر گرانروی نفت است . غلظت پلیمر حدود 1000 میلی گرم در لیتر جهت تهیه محلولهای مایسلار برای تولید هر بشکه نفت در سال 1957 می باشد . در حال حاضر پلی آکریلیمیدها  ( Polyacrylimides   ) و زیست پلیمرها در محلول بافر استفاده می شود. مواد فعال سطحی معمولاً سولفوناتهای نفتی سدیم هستند و از لحاظ خواص و ساختار شیمیایی شبیه شوینده ها می باشند . از الکلها برای مواد کمکی فعال سطحی استفاده می شود . هزینه این کار در آمریکا حدود 5/1 دلار بوده است . انتظار می رود تا سال 2000 در آمریکا حدود 2 میلیون بشکه نفت در روز با استفاده از محلولهای مایسلار استخراج شود .

یکی دیگر از روشهای مرحله سوم روش احتراق زیر زمینی است. طی این روش اکسیژن موجود در هوا در زیر زمین با هیدروکربنها می سوزد و مقداری انرژی و گاز تولید می کند تا فشار مخزن بالا می رود . گرما همچنین گرانروی را کاهش داده و جریان نفت راحت تر صورت می گیرد . یک روش دیگر مرحله سوم که اخیراً مورد توجه فراوان قرار گرفته است، روش تزریق گاز دی اکسید کربن می باشد که جزیی از روش امتزاج پذیر است .                     گاز دی اکسید کربن بسیار ارزان بوده ، در نفت نیز حل می شود و گرانروی آن را کاهش می دهد . از روشهای دیگر مرحله سوم ، انفجارهای هسته ای در زیر زمین است که این انفجارها شکاف مصنوعی در سنگ ها بوجود می آورد و جریان نفت را ساده تر می کند .

یکی از مهمترین مسائلی که به هنگام بکارگیری مراحل بازیافت نفت ایجاد می شود ، مشکل رسوب آسفالتین می باشد . آسفالتین ها در نفت به وسیلة رزین ها تحت شرایط مطلوب بصورت معلق نگاه داشته می شوند. در واقع می توان پدیده تعلیق و یا حلالیت ذرات آسفالتین در نفت خام را یک پدیده ترمودینامیکی تعادلی عنوان نمود و تغییر در هر عاملی که این تعادل را بر هم زند ، می تواند حالت تعلیق را از میان برده و سبب بروز پدیده تجمع ذرات آسفالتین به یکدیگر و در نهایت رسوب آنها شود.

استخراج نفت بخصوص شیوه های بکارگیری در روشهای مرحله دوم و سوم بازیافت نفت اغلب باعث ایجاد برخی تغییرات در رفتار جریان ، خواص تعادلی فازها و خواص سنگ مخزن می شوند که این تغییرات می توانند تعادل ترمودینامیکی را بر هم زنند و سبب تشکیل رسوب آسفالتین در سنگ مخزن شوند .

آسفالتین ترکیبی است آروماتیک با چند بنزنی ( Polyormatic   ) با وزن مولکولی بالا که در هپتان نرمال نامحلول اما در تولوئن محلول می باشد . پارامترهای مؤثر در تشکیل رسوب آسفالتین شامل ترکیب درصد یا غلظت ، دما ، فشار ، حلال تشکیل دهنده رسوب و مشخصه های هیدرودینامیکی و پتانسیل جریانی و……