بررسی مختصر روشهای ازدیاد برداشت در مخازن کربناته شکافدار

[hmdjml]

مقدمه روش های تولید نفت از مخازن نفتی عمدتاً به سه دسته تولید اولیه ، تولید ثانویه و تولید ثالثیه تقسیم می شوند . در تولید اولیه یا تولید طبیعی ، از انرژی طبیعی خود مخزن برای تولید نفت استفاده و از هیچ منبع انرژی خارجی استفاده نمی شود . مکانیسم های این نوع تولید عبارتند از : انبساط سیال نفتی ، انبساط سنگ و آب همراه ، رانش گاز محلول ، رانش آبران ، رانش کلاهک گازی و ریزش ثقلی . میانگین ضریب بازیافت در این شیوه تولید ،کم و برای مخازن ایران حدود 20 درصد است . روش های تولید نفت از میادین نفتی عمدتاً به سه دسته تولید اولیه (Primary recovery) ، تولید ثانویه (Secondary recovery) و ازدیاد برداشت (Tertiary recovery or EOR) تقسیم بندی می شوند . روش های ازدیاد برداشت نیز خود به پنج دسته کلی کنترل تحرک پذیری (Mobility control)، حرارتی (Thermal ) ، شیمیایی (Chemical، امتزاجی (Miscible)، میکروبی (MEOR)) ، تقسیم می شوند . هر کدام از روش های یاد شده ازدیاد برداشت نفت ، برای برخی از میادین با خصوصیات خاص مناسب می باشد . افزون بر این برخی روش های ازدیاد برداشت همراه با مسائل زیست محیطی نیز هستند . به عنوان مثال در روش تزریق بخار به مخازن نفتی ، مشکلاتی همچون آلودگی حاصله از تولید بخار در سطح و نیز دفع میعانات آبی همراه نفت در چاه تولیدی وجود دارد. بازیافت ثانویه ناشی از افزایش انرژی طبیعی مخزن از طریق تزریق آب یا گاز ، به منظور جابجایی و حرکت نفت به سمت چاه تولیدی است . در این نوع بازیافت ، تزریق گاز به درون کلاهک گازی به منظور تثبیت فشار و انبساط کلاهک و یا به درون ستون نفت چاهها به منظور جابه جایی غیر امتزاجی نفت صورت نمی گیرد .روش های تولید ثالثیه که به آنها ازدیاد برداشت نفت (Enhance oil recovery ) یا به اختصار EOR نیز گفته می شود ، به آن دسته از روش های تولید اطلاق می شود که پس از تولید اولیه و تولید ثانویه اعمال شده و هدف از آن ها تو لید نفتی است که تا کنون توسط روش های پیشین تولید نشده است . در این روش انرژی یا مواد خارجی به مخزن اعمال می شود و در نتیجه ی آن تغییرات اساسی فیزیکی و شیمیایی در خصوصیات سنگ سیال و مخزن پدید می آید . Willhite روش های ثالثیه را به پنج دسته تقسیم کرده که عبارتند از:
1- تزریق آب و کنترل تحرک پذیری
2- روش های حرارتی : تزریق بخار ،تزریق آب گرم ،احتراق درجا ...
3- روش های شیمیایی : تزریق پلیمر ، تزریق سرفکتانت ، تزریق آلکالین و ...
4- روش های امتزاجی : تزریق گاز طبیعی ، نیتروژن ، دی اکسید کربن و ...
5- روش هاش میکروبی
طی یک تقسیم بندی دیگر روش های ثالثیه به دو دسته حرارتی و غیر حرارتی تقسیم بندی می شوند.
روش های EOR در مخازن کربناته شکافدار
نفت موجود در مخازن شکافدار به دو بخش متمایز تقسیم می شود که شامل شکاف ها و بلوک های ماتریسی است . در مبحث تولید از مخازن شکافدار ، مشکل اصلی تولید نفت از بلوک های ماتریسی است که بر عکس شکاف ها که دارای تراوایی بالا و تخلخل پایین هستند ، دارای تراوایی پایین و تخلخل بالا می باشند .
همچنین باید توجه کرد که راندمان روش های EOR در مخازن شکافدار متفاوت با مخازن غیر شکافدار معمولی است . شکاف ها در برخی روش ها تحت شرایط خاصی ، سبب افزایش راندمان و در برخی نیز کاهش راندمان را به دنبال دارند . برای سخن گفتن پیرامون راندمان روش های EOR در مخازن شکافدار ، ابتدا لازم است تا عوامل تأثیر گذار بر روی ضریب بازیابی (recovery factor) را معرفی نمود . در مخازن شکافدار ، ضریب بازیابی تابعی از پارامتر های مختلفی همچون تخلخل ، تراوایی ، ویسکوزیته ، نسبت تحرک پذیری ، اشباع آب ،(آب دوست یا نفت دوست) ، توزیع شکاف ، سایز بلاک ها مکانیسم های رانش و استراتژی مدیریت مخزن (همچون بهینه سازی دبی تزریق و تولید و روش EOR ) است] 3[ . برای روشن شدن موضوع تأثیر یکی از پارامتر های یاد شده را بحث می کنیم . اگر مخازن نفتی آب دوست باشند جابجایی نفت توسط گاز بسیار بالاتر از جابجایی توسط آب است به گونه ای که درصد تولید نفت با گاز در میادین تست شده به 78 درصد نیز نرسیده ولی این عدد در تولید نفت با آب از 50 یا 55 درصد فراتر نمی رود .

 

[hmdjml]

تزریق بخار در مخازن کربناته شکافدار: در روش هایی حرارتی همچون تزریق آب گرم یا بخار به درون شکاف ها ، مقدار قابل توجهی از نفت می تواند از المان های ماتریس و در نتیجه تولید نفت ایفا می کند . علاوه بر این ، در دمای تزریقی بخار به مخازن کربناته تجزیه شده و مقدار قابل توجهی از co[SUB]2[/SUB] آزاد می شود که سبب بهبود جابجای و تولید نفت می شود .
K.D.Dreher و همکارانش (1986) با انجام آزمایش های تزریق بخار به مغزه ها دریافتند که بازیافت نفت از هر دوی مغزه های هوموژن و مغزه های شکافدار با افزایش دمای بخار افزایش می یابد . در این آزمایش ها مقدار نفت بازیافتی در 2000 درجه فارنهایت 30 درصد نفت در جا بود. همچنین به ازای تزریق هر 1 مول از آب در دمای بخار 1 مول گاز CO[SUB]2[/SUB] در خروجی مغزه تولید شده . K.D.Dreher در ادامه پارامتر های موثر بر دبی تولیدی نفت و نسبت آب به نفت تولیدی را سایزگرید بلاک های ماتریس ، دبی تزریق بخار ، اشباع ها و توزیع های اولیه و مقدار CO[SUB]2[/SUB] تولیدی می داند]5 [. پژوهشگران مختلفی نشان داده اند که برای حجم مشخصی از مخزن و سایز گرید بلاک ها ، یک دبی تزریق بهینه وجود داشته و رسانایی گرمایی از شکاف ها به ماتریس فاکتور کنترل کننده است]5،6[. همچنین علیرضا مولایی و همکارانش (2007) بازیافت نفت از ماتریس مستقل از گراویته نفت بوده و سبب جذابیت یکسان تزریق گاز در مخازن شکافدار نفت سبک و نفت سنگین می شود.
تزریق آب در مخازن کربناته شکافدار
بیشتر مخازن کربناته ، از نوع شکافدار ونفت دوست هستند . اگر این مخازن کربناته به صورت جزیی شکافدار باشند می توان از تزریق آب استفاده کرد . در چنین شرایطی از چاههای جهت دار استفاده می کنند تا جهت جریان آب عمود بر شکاف ها باشد . تزریق آب در مخازن کربناته که شدیدا ً شکاف خورده و نفت دوست هستند ، موثر و کاربردی نیست بیشتر مخازن کربناته ، از نوع شکافدار ونفت دوست هستند . اگر این مخازن کربناته به صورت جزیی شکافدار باشند می توان از تزریق آب استفاده کرد . در چنین شرایطی از چاههای جهت دار استفاده می کنند تا جهت جریان آب عمود بر شکاف ها باشد . تزریق آب در مخازن کربناته که شدیدا ً شکاف خورده و نفت دوست هستند ، موثر و کاربردی نیست ]4[ . دلیل این امر حرکت آب تزریقی در شکاف ها و عدم ورود به حفرات ماتریس است . یکی از روش های بازیافت نفت از مخازن کربناته به شدت شکاف خورده نفت دوست ، استفاده از مواد فعال سطح به منظور تغییر "تر شوندگی" سنگ مخزن از نفت دوست به آب دوست از طریق آشام جریان متقابل و ریزش ثقلی است . روش دیگر برای کاربردی نمودن تزریق آب در این مخازن ، کاستن "نیروی کششی سطحی "بین آب تزریقی و نفت درجا از طریق افزودنی های حلال در آب است . اکثر افزودنی های یادشده هنگامی موثر هستند که آب مخزن دارای میزان نمک کمی باشد . نویری (2008) بیان می کند که آب های مخازن نفتی ایران دارای نمک اشباع شده در حد بیش از 300000ppm هستند که این امر کاربرد این افزودنی ها را برای این مخازن ایران (جذب بالای افزودنی ها و کاهش اثر آنها) و گران قیمت بودن افزودنی ها است.
احتراق درجا در مخازن کربناته شکافدار :
در اوایل ، اجرای میدانی روش احتراق درجا در مخازن کربناته شکافدار ، به دلیل راه گزینی (Channeling) هوای تزریقی از درون شکاف ها و Breakthrough زود هنگام آن ، به شکست انجامید]8 [. در سال های بعد Schulte و همکارانش (1982) کاربرد روش احتراق در جا در مخازن شکافدار (همچون مخازن خاورمیانه : کشور های ایران و عمان ) را به صورت آزمایشگاهی تست کرده و به دلیل راه گزینی هوای تزریقی از درون شکاف ها و کنار گذاشتن نفت درجا ، کاربرد موفقیت آمیز این روش را در مخازن شکافدار غیر متحمل دانستند ]9 [. بعد ها Schulte و همکارانش نشان دادند که احتراق در جا برای مخازن شکافدار مناسب ، و همراه درصد بازیافت بالایی در نواحی جاروب شده است . در آزمایشات انجام شده توسط این پژوهشگران Breakthrough اکسیژن در صورتی اتفاق می افتد که دبی هوای تزریقی از دبی بحرانی تزریق فراتر رود . این دبی بحرانی توسط مقدار بازشدگی شکاف ها کنترل می شود.

 

[hmdjml]

تزریق امتزاجی گاز در مخازن کربناته شکافدار. در مخازن شکافدار ، طی تزریق سیالات امتزاج پذیر با نفت در فرایند های EOR ، بازیافت نفت و انتقال سیالات تزریقی توسط خواص ماتریس و شکاف کنترل می شود . در چنین سیستم هایی انتقال بین شکاف و ماتریس به خاطر نفوذ و انتقال جرم مهمترین مکانیسم تولید نفت است .
اولین مطالب منتشر شده پیرامون استفاده از روشهای تزریق امتزاجی در مخازن شکافدار مربوط به سال 1348 (1969) به بعد است ]12 [. با ورود مفهوم شکاف ها در مخزن ، فرآیند جابه جایی دیگر تنها به خصوصیات سیال وابسته نیست بلکه ژئو متری شکاف – ماتریس ، سایز و برهم کنش و سایز پدیده های فیزیکی نیز نقش مهمی را ایفا می کنند ]13 [. تزریق امتزاجی گاز در صورتیکه به صورت صحیح انجام شود سبب از بین رفتن نیروههای کشش سطحی و در نتیجه افزایش 100 درصدی راندمان میکروسکوپیک می شود . چرا که در چنین شرایطی میزان نفت باقیمانده در فضای خالی (S[SUB]or[/SUB]) به صفر می رسد . بدیهی است این نوع EOR بهترین روش ممکن می تواند باشد . به دلیل فراوانی ذخایر گازی در ایران (ایران با داشتن 18 درصد از کل ذخایر گاز جهان پس از روسیه ، دارای رتبه ی دوم می باشد ) و قیمت ارزان آن در ایران محدودیت تامین گاز برای روش های تزریق گاز وجود ندارد .
تزریق غیر امتزاجی گاز در مخازن کربناته شکافدار
نمونه ای از کاربرد این روش در مخازن کربناته شکافدار منطقه ، تزریق غیر امتزاجی گاز [SUB]2[/SUB]CO به میدان Bati raman ، بزرگترین میدان ترکیه است که در سال 1365 صورت گرفت و و در آن زمان بزرگترین پروژه ی تزریق غیرامتزاجی CO[SUB]2 [/SUB]در دنیا بود ]14 [. همچنین به دلیل وجود مخازن عظیم CO[SUB]2[/SUB] در آمریکا از سالها قبل تزریق CO[SUB]2[/SUB] در این کشور به صورت امتزاجی و غیر امتزاجی انجام می شود . CO[SUB]2[/SUB] به دلیل خواص ترمودینامیکی خاص در فشار حدودا ً 5و17 در نفت قابل امتزاج است که درصد بازیافت نفت را تا حدود 80% بالا می برد . به دلیل اثرات گلخانه ای گاز CO[SUB]2[/SUB] و افزایش دمای کره ی زمین در سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است . 65% گاز تزریقی به مخازن آمریکا را CO[SUB]2[/SUB] تشکیل می دهد . 47% گاز تزریقی همزمان آب و گاز زا CO[SUB]2[/SUB] تشکیل می دهد . براساس آمارهای موجود کشور ما سیزدهمین تولید کننده CO[SUB]2[/SUB] در کشور خواهد کرد (جدول 1).
جدول 1 : کشور های منتشر کننده بیشترین گاز CO[SUB]2[/SUB]

ردیف	کشور	انتشار سالانه CO[SUB]2[/SUB] ، هزار تن	درصدکل انتشار ، درصد
1	آمریکا	6049435	2و22
2	چین تایوان	5010170	4و18
3	روسیه	1524993	6 و5
4	هند	1342962	9و4
5	ژاپن	1257963	6 و4
6	آلمان	860522	1و3
7	کانادا	639403	3و2
8	انگلیس	587561	2و2
9	کره جنوبی	465643	7و1
10	ایتالیا	449948	7و1
11	مکزیک	438022	6و1
12	آفریقای جنوبی	437032	6 و1
13	ایران	433571	6 و 1

 

[hmdjml]

تزریق مواد شیمیایی در مخازن کربناته شکافدار

به دلیل راندمان پایین تزریق آب در اغلب مخازن شکافدار که به دلیل ناهماهنگی های زمین شناسی و نیز نفت دوست بودن سنگ ها است ، می توان از تزریق مواد شیمیایی به منظور تغییر ترشوندگی مخزن استفاده کرد . این روش یکی از کاراترین روش های EOR برای مخازن شکافدار است ، ولی مقدار قابل توجهی از نفت درون مخزن باقی می ماند]15 [.
روش های EOR و مسائل زیست محیطی همراه
به نظر نگارندگان عمده مشکلات زیست محیطی روش های EOR از مخازن نفتی ، مربوط به روش های حرارتی همچون تزریق بخار آب ، آب گرم و احتراق درجا است . البته این ادعا به معنی ایمن بودن زیست محیطی سایر روش ها نیست چرا که برای نمونه در روشی همچون MEOR یا ازدیاد برداشت میکروبی ، گازهای تولیدی حاصله از گسترش میکروب در مخزن ( در برخی موارد هیدروژن سولفوره H[SUB]2[/SUB]S ) در صورتیکه همراه نفت تولید شوند در برخی حالات بسیار خطرناک هستند . در ادامه به توضیح بیشتر این روش ها پرداخته می شود .
روش تزریق بخار یکی از روش های EOR از مخازن نفت سنگین است . در این شیوه با افزایش حرارت نفت مخزن ، ویسکوزیته نفت کاهش یافته و به جابجایی و تولید نفت کمک می شود . علی رغم اینکه این روش ویسکوزیته نفت را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهد ، اما مسائل زیست محیطی همراه به مقداری از ارزش آن می کاهد . برای تولید بخار آب درسطح نیاز به سوزاندن سوخت های فسیلی است که نسبت بالای بخار به نفت یا SOR مستلزم صرف انرژی زیادی است . این میزان زیاد مصرف و سوزاندن سوخت های فسیلی سبب انتشار گازهای گلخانه ای خطرناک در محل چاه تزریقی می شود . علاوه براین در چاه تولیدی نیز همراه نفت متحرک شده ، میعانات آبی حاصل از چگال شدن بخار آب تزریقی در مخزن وجود دارد که جداسازی و دفع این آب ها علاوه بر مصرف هزینه مسائل زیست محیطی خاص خود را به دنبال دارد.
در تزریق آب گرم به مخزن نیز برای تولید حرارت مورد نیاز ، نیاز به سوزاندن سوخت های فسیلی است که سبب انتشار گازهای گلخانه ای و سمی در هوا می شود . در روش احتراق درجا نیز به دلیل گازهای احتراقی در درون مخزن وتولید آنها در چاه تولیدی ، بحث آلودگی های حاصله و خطرات زیست محیطی به میان می آید .
تنها روش EOR که نه تنها برای محیط زیست خطرناک نبوده و حتی به کاهش آلودگی های هوا نیز کمک می کند تزریق Co[SUB]2[/SUB] به مخازن نفتی است . در این روش که مناسب کشور های صنعتی است ، Co[SUB]2[/SUB] موجود در هوا جذب و به مخزن تزریق می شود.
نتیجه گیری
در این مقاله مشکلات زیست محیطی همراه روش های EOR مورد بررسی قرار گرفت . عمده مشکلات زیست محیطی روش های EOR ، مربوط به روش های حرارتی همچون تزریق بخار آب ، آب گرم و احتراق در جا است . افزون بر این روش های مختلف EOR و کاربرد آنها در مخازن کربناته شکافدار مورد بررسی قرار گرفت . به نظر می رسد که روش تزریق گاز CO[SUB]2[/SUB] به صورت امتزاجی بهترین روش شناخته شده فعلی برای اعمال در مخازن شکافدار باشد . با تزریق CO[SUB]2[/SUB] به مخازن علاوه بر افزایش برداشت می توان میزان CO[SUB]2[/SUB] موجود در اتمسفر را تا میزان چشمگیری کاهش داد . علاوه بر این مشکل زیست محیطی خاصی همراه روش تزریق امتزاجی گاز وجود ندارد ، در حالیکه سایر روش های EOR (همچون روش های حرارتی ) با آلودگی محیط زیست همراهند.

 

[MOΣIN]

Improved oil recovery from carbonate reservoirs

Improved oil recovery from carbonate reservoirs

Carbonate rocks (chalk and limestone) account for more than half of the world's hydrocarbon reserves
Identifying and understanding the important mechanisms which control recovery and retention in a given reservoir is important for successful oil product

Most carbonate reservoirs have a dual character of matrix and fractures. The matrix provides the main oil storage capacity, whilst the fractures provide the principal flow paths

This dual nature makes carbonate reservoirs notoriously difficult to produce efficiently and oil recovery is often poor

The emphasis in Statoil has been on understanding these mechanisms in fractured carbonate reservoirs when gas or water is injected to serve as the displacing fluid. Factors which control both microscopic and macroscopic sweep efficiency must be considered

Effects of depletion, repressurisation by gas or water injection, and full pressure maintenance have been studied by the group

In many naturally fractured carbonate fields, wettability is found to favour gas rather water injection. In other words, oil not water wets the reservoir rock

Remaining matrix oil saturations in a cross-section of a dual porosity reservoir model at the end of history. The purpose of the work is investigate the effect of a given model concept and drainage strategy. Red colour indicates high oil saturation. The vertical lines indicate well locations

Studies have investigated ways of improving oil recovery through gas or water injection, and have yielded expertise in simulation and upscaling of multiphase flow in naturally fractured carbonate reservoirs

Gas injection can be performed using a gas which is equilibrium or non-equilibrium with respect to the reservoir oil

Studies performed by Statoil include small-scale sensitivities with different injection gas compositions, the effect of diffusion, and equilibrium and non-equilibrium gas injection at different pressures

The displacement process is much more complicated for a non-equilibrium gas than with an equilibrium one. Compositional effects affecting ultimate recovery include vaporisation of the oil, density variations, and gas-oil interfacial tension (IFT) changes

Several non-equilibrium injection gases have been applied in simulation studies, ranging from nitrogen dioxide to various hydrocarbon and carbon dioxide mixtures

It has been found that such gases may have a big potential for improved oil recovery, and these results have been supported by experimental laboratory work
​