تبلیغات تبلیغات .:: پل ارتباطی ما با شما ::.
-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-
در ابتدای قرن بیستم, حفاری دوار جایگزین روشهای قدیمی در صنعت نفت و گاز گردید. گرچه از آن زمان تاكنون پیشرفتهای ارزشمندی در این صنعت حاصل گردیده است، اما به هرحال از روشی مكانیكی بر پایة همان اصول اولیه استفاده می شود.
استفاده از لیزر برای ایجاد منافذ در ساختار بستر سنگها، روشی كاملاً متفاوت را می طلبد. در روش جدید حفاری از اشعهپردازی استفاده میگردد، در این روش رشته های لیزر روی سطح سنگ تابیده میشود و توسط تعدادی عدسی كه در جهت جریان تابش اشعه قرار دارند، كنترل میشوند.
سرعت
حفاری، ۱۰ الی ۱۰۰ برابر سریع تر قبل از اینكه در دهه های ۸۰ و۹۰ میلادی
پیشرفتهای مهمی در تكنولوژی لیزر به عنوان سلاح دفاعی در ارتش آمریكا صورت
گیرد، مفهوم حفاری توسط لیزر تنها در تصور مهندسان نفت وجود داشت. اما هم
اكنون محققان معتقدند كه تكنولوژی جدید، توان نفوذ اشعه لیزر در سنگ را با
سرعتی معادل ۱۰ الی ۱۰۰ برابر روش صنعتی متداول ممكن نموده است. این امر
باعث كاهش بسیار زیاد هزینه ها نسبت به روش حفاری مكانیكی خواهد شد.
امروزه، هزینة حفاری یك چاه گاز یا نفت در خشكی حدود چهارصد هزار دلار و در دریا حدود چهار و نیم میلیون دلار است. هزینة انجام شده در حفاری های عمیقتر، در شرایط ویژة ساختمان بستر به مراتب افزایش مییابد. از طرف دیگر، افزایش سرعت حفاری باعث كاهش مدت زمان عملیات شده و میزان استفاده از لوازم و دكل حفاری و همچنین هزینهها را تقلیل میدهد. همچنین با كاهش زمان، بازیافت باقیماندة گاز و نفت موجود در مخازن نیز اقتصادی خواهد بود.
به عقیدة محققان، اشعة لیزر بدنة سنگها را ذوب میكند و پوششی سرامیكی در دیوارة چاه به وجود میآورد. بدین ترتیب هزینة خرید و نصب Casing فولادی حذف میگردد. سیستم های لیزری دارای حسگرهای مختلفی در موضع حفاری هستند كه شامل سیستم های تصویری و نمایشگر است كه امكان ارتباط با سطح زمین را از طریق كابلهای فیبر نوری ممكن میسازد.
محورهای طرح تحقیقاتی
اولین
مسئله ای كه به ذهن اهل فن میرسد، تخمین انرژی لازم برای تولید اشعه
پرانرژی لیزر است كه توانایی انجام حفاری را داشته باشد. نتایج طرح
تحقیقاتی قبلی كه توسط مؤسسه تكنولوژی گاز (GTI) منتشر شده است، نشاندهندة
این امر است كه میزان انرژی لازم برای شكستن یا پودر نمودن سنگ بسیار زیاد
است.
یكی از مهمترین اهداف تحقیق جدید، اندازه گیری دقیقتر انرژی مورد نیاز برای انتقال اشعه از سطح زمین به قعر دریا است؛ بطوری كه بتوان همان توان موجود را در عمق ۱۰۰۰ متری زیر زمین نیز تولید كرد.
هدف دوم در این مطالعه، پاسخگویی به این سؤال است كه: آیا فرستادن پرتو لیزر با پالس های سریع می تواند سرعت نفوذ را در سنگ نسبت به حالت تابش پیوسته افزایش دهد؟ سؤال سوم این است كه: در حضور سیالات حفاری، چه میزان انرژی برای نفوذ در سنگها مورد نیاز است؟ در اكثر مخازن، سیالاتی با چگالی زیاد به نام"گل حفاری" تزریق میگردد كه وظیفة شستشوی سنگهای خرد شده را به عهده دارند و از طرف دیگر آب را از سیالات هیدروكربنی باارزش دور نگاه میدارند، تلاش محققان در راستای یافتن میزان انرژی لازم برای تبخیر كردن و دور نگاه داشتن این سیالات است.
در مرحلة بعد، هدف پروژه بررسی راهكارهای دیگر برای استفاده از لیزر در حفاری است. به عنوان مثال، بعد از حفر یك چاه، حفرههایی در ساختار مخزن ایجاد می شود تا هیدروكربن ها به بیرون نفوذ كنند. هدف از این كار بررسی امكان ایجاد این حفره ها توسط لیزر است.
دولت فدرال آمریكا مبلغی در حدود پانصد هزار دلار و مؤسسه تحقیقاتی GTI، دویست و چهارده هزار دلار در این طرح مطالعاتی ۳ ساله سرمایه گذاری نموده اند. علاوه بر این دانشگاهها، مؤسسات تحقیقاتی و سرویسهای انرژی و نفتی دیگری نیز در این طرح تحقیقاتی مشاركت دارند.
دلایل استفاده از لیزر مؤسسه تحقیقاتی GTI، علت استفاده از تكنولوژی لیزر و سرمایه گذاری در این زمینه را این چنین بیان میكند:
۱- تحقیقات وسیع صورت گرفته توسط ارتش آمریكا در مورد لیزرهای پرقدرت، پنجرهای از فرصتهای فراوان را برای استفاده از این سرمایة ارزشمند می گشاید و زمینة این تجربه را در صنایع آمریكا در مقیاس تجاری فراهم می كند.
۲- تكنولوژی های كمكی، مانند فیبر نوری و Coiled Tubing به سطحی از پیشرفت رسیده اند كه احتمال اقتصادی بودن استفاده از لیزر در حفاری نفت و گاز را افزایش می دهند. این مسئله خود عامل بسیار مهمی در تشویق صاحبان صنایع به سرمایه گذاری در این زمینه است.
به نقل از سایت انجمن حفاری ایران
ذخایر طبیعی نفت و گاز تا کنون در دنیای کنونی با توجه به تجدید ناپذیر بودن آنها لزوم بکارگیری روش های نوین و بهینه در اکتشاف ، استخراج و بهره برداری ار این مخازن را امری ضروری و اجتناب ناپذیر ساخته است. بدون تردید افت فشار ناشی از برداشت زیاد از این مخازن موجب می شود تا روش های حفاری سنتی فرا تعادلی بتدریج کارایی خود را از دست بدهند. زیرا حفاری فرا تعادلی برای دستیابی به مخزن باعث بروز ضایعات جبران ناپذیر به سنگ مخزن و همچنین منجر به افزایش بیش از حد هزینه ها می شود. یکی از راه های اصلی برای بدست آوردن راندمان بالا در حفاری چاه ها و نیز تکمیل و تعمیر چاه های جدید و قدیم بدون صدمه زدن به مخزن ،/ حفاری فرو تعادلی یا زیر تعادلی ( Under Balanced Drilling ) می باشد. در این فصل ضمن بر شمردن مزایای این روش حفاری نسبت به روش متداول و معرفی سازند های کاندید ،/ نحوه انتخاب سیالات حفاری فروتعادلی و شاخص های تعیین کننده دبی های بهینه عملیاتی مورد بررسی قرار می گیرد و نتیجه محاسبات انجام شده با استفاده از نرم افزار Wellflo برای میدان نفتی پارسی ارائه خواهد شد.
از سال 1287 خورشیدی كه اولین چاه نفت ایران درمسجد سلیمان حفاری شد تا كنون، كلیه عملیات های حفاری و تكمیل چاهها به روش حفاری سنتی فرا تعادلی ( Over Balanced Drilling) بوده است. در این روش به دلیل بیشتر بودن فشار ته چاهی سیال حفاری از فشار سازند، همیشه هجوم سیال حفاری به درون سازند وجود دارد. معمولا" در سازندهایی كه بالای پوش سنگ (CapRock) قرار دارند، اگر چه ضایعات حاصل از این هجوم، در فرآیند تولید هیدروكربن تاثیر بسزایی ندارند، لیكن موجب افزایش بیش از حد هزینه های حفاری می گردند. اما این ضایعات در سازندهای زیر پوش سنگ كه حاوی هیدروكربن هستند(مخزن) به شدت باعث آسیب دیدگی غیر قابل جبران سنگ مخزن و در نتیجه كاهش شاخص بهره دهی چاه (PI) می شوند. برای جلوگیری از این آسیب دیدگیها باید از هجوم سیال حفاری به درون سازند، یعنی هرزروی آن جلوگیری نمود. برای این كار باید فشار سیال حفاری در ته چاه كمتر از فشار سازند نگهداشته شود. این روش حفاری فروتعادلی(Under Balanced Drilling) نامیده می شود.
اگرچه بعضی از اشکال عملیات حفاری فروتعادلی نظیرحفاری با هوا،حفاری با گل هوا زده و...بیش از نیم قرن است که مورد استفاده قرار می گیرند،ولی روش حفاری زیر فشار تعادل در مخزن به شکل مدرن آن و با ابداع دستگاه فورانگیر دورانی از سال 1988میلادی در دریای شمال آغاز گردید.
میادین نفتی ایران كه در اثر سالها تولید متوالی از مخزن، دچار افت فشار متوسط مخزن گردیده اند نامزد مناسبی برای حفاری فروتعادلی به شمار می آیند که از جمله می توان به میادین گچساران،بی بی حکیمه،کرنج، پارسی، لب سفید، دهلران، دانان، سرکان و مالكوه اشاره نمود.
مخازن نفتی این میادین اكثرا" دارای شكافهای طبیعی هستند و میزان تراوایی و تخلخل سنگ مخزن در دامنه نسبتا" خوبی قرار دارند. ولی فشارآنها در اثر سالها تولید به حدی كاهش یافته كه هنگام حفاری به روش مرسوم فرا تعادلی، تمام سیال حفاری به درون مخزن هجوم می برد، و علاوه بر آسیبهای فراوان به مخزن، مانع از ادامه عملیات حفاری می گردد. هم اكنون انجام عملیات حفاری در میادین كرنج و پارسی به روش سنتی و معمول فرا تعادلی كاملا" از بین رفته است و با اینكه میزان شاخص بهره دهی در این میادین بسیار زیاد و دارای پتانسیل بالایی برای تولید نفت هستند، لیكن امكان دسترسی به لایه های تولیدی وجود ندارد و نیاز به استفاده از فناوری نوین حفاری فروتعادلی كاملا" احساس می شود. در میادین گچساران و بی بی حكیمه نیز كه مخازن نفتی آنها در زمره مخازن شكافدار طبیعی هستند، عملیات حفاری در فواصل انتهایی چاه معمولاً بدون برگشت(روش کور) صورت می گیرد که در بعضی حالات رشته حفاری درون چاه گیر می کند و آزاد نمی شود و منجر به بریدن و عملیات مانده یابی و صرف هزینه های گزاف می شود.
مطالعات در خصوص بکارگیری روش حفاری فروتعادلی برای میادین نفتی ایران از سال 1998آغاز شد. در سال 2002 میلادی این مطالعات به صورت ویژه و کاربردی ادامه یافت که در نتیجه تجهیزات و ماشین آلات مورد نیاز طراحی و انتخاب گردیدند و در دی ماه سال 1383 برای اولین باردرکشور،تکنولوژی حفاری فروتعادلی در چاه شماره 333 میدان گچساران بدست متخصصین داخلی و پرسنل شرکت ملی حفاری ایران با موفقیت کامل بکار گرفته شد.
مبانی فناوری حفاری فرو تعادلی
اكثر چاههای نفت و گاز با روش حفاری دورانی كه در آن مته سنگ را می شكافد حفاری می شوند. در این روش، سیال حفاری از طریق رشته حفاری به درون چاه پمپ شده و از طریق دالیز به همراه كنده های حفاری شده سنگ به سطح زمین می آیند. در عملیات حفاری فرا تعادلی، سیال حفاری دارای عملكردهای دیگری شامل: پایداری دیواره چاه، خنك كردن مته و مهمتر از همه، كنترل سیالات سازند می باشد. اگر فشار سیال سازند و فشار هیدروستاتیك سیال حفاری در یك چاه با هم برابر باشند، چاه را در حالت متعادل می نامند. بدیهی است كه در چنین حالتی هیچگونه جریانی از سازند به درون چاه یا بالعكس وجود ندارد. تركیب و خواص سیال حفاری اغلب طوری انتخاب می شود كه فشار هیدروستاتیك آن بیشتر از فشار سیال درون سازند باشد. در این حالت فشار فراتعادلی سیال حفاری از ورود سیالات سازند به درون چاه در حین عملیات حفاری جلوگیری می کند ولی جریانی از سمت چاه به طرف سازند وجود دارد. به منظور محدود کردن این جریان موادی به سیال حفاری افزوده می شود که با تشکیل «کیک کم تراوا» از شدت این جریان می کاهد.
حفاری زیر تعادلی(Under Balanced Drilling)، نوعی عملیات حفاری می باشد كه در آن، فشار سیال حفاری درون چاه کمتر از فشار سیال سازند نگه داشته می شود که در چنین حالتی در هنگامی که یک لایه تراوا حفاری می شود،سیالات سازند به درون چاه جریان می یابند. بر همین اساس ، حفاری زیر فشار تعادل مخزن گاهی اوقات «حفاری در حال جریان» نیز نامیده می شود.
مزایای حفاری فرو تعادلی
مزایای روش حفاری فروتعادلی در مقایسه با روش حفاری فرا تعادلی عبارتند از:
كاهش آسیب دیدگی سازند
بهره دهی قابل انتظار یك چاه اغلب در اثر آسیب دیدگی سازند اطراف چاه و كم شدن تراوایی كاهش می یابد. این آسیب دیدگی ممكن است به علت ورود مایعات ، جامدات یا هر دو به درون سازند باشد. در روش حفاری فروتعادلی(UBD ) چنین صدماتی وجود ندارد ، ولی این بدین معنا نیست كه احتمال آسیب دیدگی سازند از جانب سیال حفاری بطور كامل برطرف شده است ، چرا كه در بعضی حالات ، اختلاف پتانسیل شیمیایی بین سیال حفاری و سیال سازند باعث ورود آب سیال حفاری به درون سازند میشود و آسیب دیدگی را بوجود میآورد. همچنین در روش UBDممکن است در هنگام قطع گردش سیال حفاری حالت فوق تعادل بوجود آید و باعث آسیب دیدگی سازند شود.
همچنین با انجام حفاری فروتعادلی میتوان از اثرات مخرب تهاجم مواد جامد و سیال حفاری كه باعث تغییر خاصیت ترشوندگی سنگ،تغییر تراواییهای نسبی و مسدود شدن خلل و فرج سنگ میشوند، جلوگیری نمود. این تغییرات باعث كاهش تراوایی مؤثر سیال مطلوب (نفت یا گاز) در مخزن میگردد. یک چاه نمونه که تحت حفاری فراتعادلی قرار گرفته است روزانه 100 تا 150 بشکه تولید میکند در حالی که اگر همین چاه به روش فروتعادلی حفاری شود بین 1000 تا 1500 بشکه در روز تولید خواهد کرد.
افزایش سرعت حفاری
حفاری به روش فروتعادلی، سرعت حفاری (ROP) را افزایش می دهد. این به دلیل استفاده از سیالات سبك تر در عملیات حفاری فروتعادلی در مقایسه با سیالات سنگین در عملیات حفاری فرا تعادلی می باشد. زیرا حفاری فروتعادلی از ایجاد فشار بالای تعادلی، روی سنگی كه زیر مته قرار دارد، جلوگیری می كند. از میان رفتن همین فشار محدود كننده باعث می شود كه برش سنگ برای دندانه های مته آسانتر گردد و در نتیجه براده های تولید شده، از ماندن در ته چاه رهایی یابند. این پدیده به تمیز شدن ته چاه كمك می كند و موجب افزایش میزان نفوذ پذیری مته حفاری و در نتیجه باعث پیشرفت و ازدیاد سرعت حفاری می گردد.
كاهش هرزروی سیال حفاری
حفاری فروتعادلی، یكی از راههای مؤثر برای به حداقل رساندن میزان هرزروی گل در حفاری مخازن نفت و گاز كه بطور طبیعی شكافدار هستند و یا مخازن تخلیه شده می باشد. معمولا" هرزروی سیال حفاری در زمانی كه سیال حفاری به انتهای حفره باز سازند وارد شود، بیش از زمانی است كه به سطح بر می گردد. این امكان برای هرزروی سیال حفاری هنگامی كه به درون یك ناحیه با تراوایی زیاد وارد می شود، افزایش می یابد. همچنین سیال حفاری ممكن است در شكافهای طبیعی كه دیواره چاه را قطع می كنند یا شكافهایی كه در اثر فشار اضافی گل حفاری بوجود می آیند، وارد شوند. هرزروی گل در عملیات معمولی حفاری بسیار گران تمام میشود، چرا كه سیال از دست رفته باید جایگزین شود و با اضافه كردن مواد LCM , مسیر هرزروی مسدود گردد. بنابراین چون در روش حفاری فروتعادلی هیچگونه نیروی فیزیكی برای رانش سیال حفاری به درون سازند وجود ندارد، میزان هرزروی سیال حفاری به كمترین حد ممكن می رسد.
افزایش عمر مته
هنگامی كه به جای گل حفاری معمولی از سیالات سبك شده حفاری استفاده شود، عمر مته افزایش مییابد. مقاومت تراكمی سنگ در اثر فشار فراتعادلی سیال حفاری، زیاد میشود. این محدودیت فشار در حین حفاری فروتعادلی وجود ندارد. بنابراین در مقایسه با حفاری متداول ، سنگ به آسانی می تواند بوسیله دندانههای مته خرد شود.
به عبارت دیگر رفع محدودیت فشار این امكان را برای كندههای حفاری فراهم میآورد كه بطور آسانتری با سیال حفاری همراه شوند و این باعث میشود كه كار آسیاب مجدد خرده سنگها بوسیله دندانههای مته به حداقل برسد . بنابراین مقدار كار لازم برای حفاری یك حجم معین از سنگ كاهش می یابد و افزایش بازده حفاری، سبب افزایش متراژ حفاری پیش از پایان عمر مته میگردد.
به حداقل رساندن گیر اختلاف فشاری
در روشهای حفاری معمولی، بدلیل رسوب جامدات درون گل حفاری، یك اندود گل(Mud Cake) بر روی دیواره چاه تشكیل میشود . در چنین حالتی رشته حفاری به دلیل بیشتر بودن فشار سیال حفاری نسبت به فشار سازند، به اندود گل روی دیواره میچسبد و قسمت زیادی از سطح جانبی آن در این حالت گیر میافتد. در بعضی حالات برای آزاد كردن رشته حفاری ممكن است نیروی محوری بیشتری نسبت به مقاومت كششی لولهها لازم باشد. این حالت را «گیر اختلاف فشاری» مینامند. در حین انجام حفاری فروتعادلی،هیچ گونه اندود گلی تشكیل نمیشود. بنابراین پدیده گیر اختلاف فشاری در حفاری به روشUBD روی نمی دهد.
بهبود ارزیابی سازند
در حفاری فروتعادلی، حفاری سازندی كه دارای هیدروكربن باشد، باعث می شود نسبت حجم هیدروكربن به حجم كل سیال درون چاه افزایش یافته و به سطح زمین بیاید. در نتیجه با مشاهده مستقیم سیال بازگشتی حفاری، وسیله ای برای كشف فوری نواحی دارای هیدروكربن فراهم می شود. هنگامی كه چاه بصورت فراتعادلی حفاری شود، ممكن است به گونهای از كنار این نواحی تولیدی عبور شود. بدلیل برگشت سریع سیال حفاری كه كنده های حفاری و سیالات سازند را با خود به همراه دارد، عمق نواحی نفت ده و گاز ده را می توان با استفاده از روش حفاری فروتعادلی با دقت بیشتری تعیین كرد. در صورتی كه در روشهای حفاری فرا تعادلی، نواحی دارای هیدروكدبن، با استفاده از آنالیز كنده های حفاری، آنالیز مغزه های حفاری و نمودارگیری یا لایه آزمایی با ساق مته (Drill Stem Test) مشخص می شوند. به علاوه،كاهش و یا حذف اثرات تهاجم سیال حفاری به سازند و آسیبدیدگی سازند كه از مزایای حفاری فروتعادلی میباشد، به تفسیر بهتر نمودارهای حفرهباز كمك مینماید.
نیاز كمتر به انگیزش چاه
در روش حفاری فرا تعادلی، پس از اتمام عملیات حفاری، به منظور افزایش بهره دهی چاه، عملیات انگیزش مانند اسیدكاری انجام می شود. به این ترتیب با كاهش آسیب دیدگی سازند در روش UBD از صرف هزینه های اضافی برای انگیزش چاه جلوگیری خواهد شد.
تولید زود هنگام نفت
در حفاری به روش فرو تعادلی با فراهم بودن تجهیزات سطحی مناسب، می توان به محض ورود به یك ناحیه بهره ده هیدروكربن را دریافت نمود. هنگامی كه عملیات حفاری برای نفوذ به نواحی بیشتر ادامه می یابد، نفت تولیدی جمع می شود. در چاههایی كه بصورت فروتعادلی حفاری میشوند، این امكان وجود دارد كه بتوان در حین حفاری از آنها بهرهبرداری نمود.
مزایای زیست محیطی
حفاری به روش UBD از آلودگی احتمالی محیط بوسیله گل حفاری، در خلال حفاری و بعد از آن جلوگیری میكند؛ چرا كه سیالات هیدروکربنی كه در حین حفاری فروتعادلی از سازند تولید میشوند با استفاده از سیستمهای سطحی بسته، جمع آوری و تفکیک می شوند و به این ترتیب میزان آلودگی محیط زیست به حداقل می رسد.
دستیابی به مزایای فوق، به خصوصیات مخزن و سازندهایی كه حفاری می شوند بستگی دارد.
چاههای كاندید حفاری فروتعادلی در ایران
بر اساس مطالعات انجام شده ، و با توجه به وضعیت مخازن نفت و گاز كشور و با در نظر گرفتن مزایای روش حفاری فروتعادلی، چاههایی كه در ایران می توانند كاندید UBD باشند عبارتند از:
1- در چاههای اكتشافی وقتی كه هدف از عملیات حفاری، رسیدن به مخازن واقع در اعماق بیشتر كه در زیر نواحی تولیدی با فشار كمتر قرار دارند، باشد. حفاری به روش معمول باعث ایجاد مشكلات بزرگی چون هرزروی سیال حفاری و همچنین گیر لولههای حفاری در نواحی بالایی می گردد. به عنوان مثال، در چاه بی بی حكیمه 120، كه به منظور دستیابی به مخزن فهلیان حفاری شد ، پس از رسیدن به انتهای مخزن آسماری، 79000 بشكه گل پلیمری، 19000 بشكه انواع پیل و 4000 بشكه دوغاب سیمان به درون مخزن هرز رقت.
2- در چاههایی كه گرادیان فشار سازند و گرادیان فشار شكست در قسمت مخزن به یكدیگر نزدیك باشند.
3- هر سازندی كه امكان صدمه دیدگی داشته باشد، مخصوصا" مخازن تركدار طبیعی كه به صورت عمودی یا افقی به روش معمولی حفاری می شوند. بنابراین چاههای میادین گچساران، بی بی حكیمه و دهلران كاندید های خوبی برای استفاده از روش حفاری فروتعادلی می باشند. نكته قابل ذكر اینستكه آسیب دیدگی شكافهای تولیدی مخازن می تواند خیلی شدید باشد. همچنین، مخازن آهكی و ماسه ای نیز در روش حفاری فرا تعادلی متحمل آسیب های فراوانی می شوند.
4- مخازنی كه دارای سنگ مخزن با تراوایی كم (كمتر از md 800 برای) و استحکام زیاد می باشند. زیرا چنین مخازنی بعد از حفاری نیاز به انگیزش از نوع Hydraulic Fracturing دارند.
5- مخازنی که دارای سنگ مخزن از نوع Highly Fractured می باشند. بکارگیری حفاری فروتعادلی درچنین مخازنی امکان ادامه یافتن حفاری پس از رسیدن به اولین شکاف را بدون مشکل هرزروی فراهم می آورد.
6- سازندهایی که در اثر سالها تولید متوالی از مخزن، دچار افت فشار متوسط شده اند. حفاری متداول در چنین مخازنی (Depleted Reservoirs ) باعث می شود که تمام سیال حفاری به درون مخزن هجوم ببرد و علاوه بر ایجاد آسیب های فراوان به مخزن،امکان ادامه عملیات حفاری از بین برود.
7- سازندهایی که دارای فشار بسیار زیادی باشند.چنین سازندهایی نیاز به سیالات حفاری،تجهیزات سطحی وWellhead بسیار گران برای تاُمین ایمنی و مهار جریان دارند.
8- سازندهای سخت که نیاز به فشار مناسب چاه برای حفظ پایداری دیواره ندارند.
9- وقتی كه بخواهند از چاههای گازی یك میدان، به میزان حداكثر سقف فروش بر اساس قرارداد منعقده، تولید داشته باشند. حفاری این گونه چاهها به روش UBD می تواند رسیدن به سقف مورد نظر را تضمین نماید.
چاههای نامناسب برای حفاری فروتعادلی
در بعضی از سازندها نیز حفاری به روش UBD مناسب نیست . این سازندها عبارتند از:
1- سازند هایی كه دارای استحكام زیادی نیستند. چنین سازندهایی نیاز به فشار مناسب چاه برای حفظ پایداری دیواره دارند.
2- سازند هایی كه متورم می شوند و باعث كاهش قطر چاه می گردند، مثل سازند های پابده و گورپی كه حاوی مقدار زیاد شیل می باشند.
انتخاب سیال حفاری دو فازی
فاز گازی سیال حفاری مورد استفاده برای حفاری مخزن نمی تواند هوا باشد؛ زیرا درصد بالای اکسیژن موجود در هوا در شرایط فشار و دمای درون چاهی و در مجاورت گازهای هیدروکربنی که از سازند تولید می شوند یک مخلوط قابل اشتعال را بوجود می آورند. جرقه مورد نیاز برای انفجار این مخلوط در اثر سایش رشته حفاری با دیواره چاه تولید می شود . به دلیل خاصیت خنثی گاز نیتروژن ، از آن بعنوان فاز گازی سیال حفاری استفاده می شود. فاز مایع سیال حفاری متناسب با خواص سنگ مخزن و سیالات موجود در آن انتخاب می شود ؛ یعنی اگر سنگ مخزن آب خیس (Water Wet) باشد ، فاز مایع می تواند گازوییل و یا نفت خام باشد و اگر نفت خیس (Oil Wet) باشد ،فاز مایع آب یا آب نمک انتخاب می شود.
برای چاههای نفتی میادین جنوبی ایران همانند میادین گچساران ، بی بی حکیمه ،کرنج و پارسی که کاندیدهای خوبی برای حفاری فروتعادلی هستند ، سنگ مخزن غالباً آب خیس می باشد. بنابراین فاز مایع سیال تزریقی می بایست گازوییل و یانفت خام انتخاب شود . برای جلوگیری از احتراق درون چاهی و همچنین مشکل خوردگی لوله های جداری و رشته حفاری می بایست فاز گازی سیال حفاری را نیتروژن انتخاب کرد.
محاسبه دبی بهینه برای سیال حفاری دو فازی
ناپایداری دیواره چاه
در روش معمول حفاری به دلیل بیشتر بودن فشار هیدرواستاتیك سیال حفاری نسبت به فشار سیال سازند، دیواره چاه دارای پایداری بیشتری است. ولی در روش UBD این پایداری كمتر میشود و هر چقدر كه اختلاف فشار سیال حفاری و سیال سازند بیشتر شود، تمایل به ناپایداری دیواره چاه افزایش می یابد. این اختلاف فشار یک حد پایین برای فشار سیال حفاری ایجاد می کند كه فشار كمتر از آن، ادامه حفاری فروتعادلی را غیر ممکن می سازد. این حد فشار زیر تعادل بستگی به تنشهای درونی سازند، مقاومت سازند، فشار مخزن و شمای دیواره چاه دارد.
فرایند خودآشام لحظه ای
ممکن است که فاز مایع سیال حفاری به علت آثار فشار مویینگی،وارد سازند در حال حفاری حتی در شرایط UBD شود. در سال 1993 بنیون و همکارانش نشان دادند که این عمل ممکن است باعث آسیب دیدگی سازند شود.
فشار مویینگی در واقع به علت نیروهای بین سطحی جامد،مایع و گاز بوجود می آید و فشاری است که در درون محیط متخلخل ، مانع خروج سیال خیس کننده دانه های تشکیل دهنده سنگ سازند می شود . نیروهای مویین بستگی به ترکیب سیالات و ماتریس سنگ دارد و مشخص می کند که کدام سیال در درون محیط متخلخل،سیال خیس کننده (Wetting Phase) می باشد.
بعضی از سنگهای مخزن بطور طبیعی آب خیس می باشند. یعنی وقتی که از نفت اشباع شده باشند و درآب غوطه ور شوند،تمایل ورود آب به محیط متخلخل سنگ بیشتر خواهد بود.
در حفاری فروتعادلی،اختلاف فشار بین ستون سیال حفاری و سیال درون سازند باید برابر یا بیشتر از فشار مویینگی سنگ مخزن باشد تا سنگ مخزنی که مثلاً آب خیس است، آب موجود در سیال حفاری را خودآشام Imbibe)) نکند.در یک محیط متخلخل فشار مویینگی از رابطه زیر بدست می آید:
فشار فروتعادلی لازم برای جلوگیری از ورود آب سیال حفاری به درون سازند آب خیس، به اشباع اولیه آب سازند و اندازه خلل و فرج بستگی دارد. سازندهای نفت خیس قوی،آب را و سازندهای آب خیس قوی،هیدروکربن را خودآشام نمی کنند. سازندهای حاوی گاز در صورتی که شامل مواد معدنی نظیر سولفور، آسفالت ، Pyrobitumen, Heavy Bitumen باشد و یا هنگامی که در اثر جابجا شدن یک ستون اولیه نفت توسط گاز، درجه اشباع نفت آن به مقدار غیرقابل کاهش رسیده باشد، بطور قوی نفت خیس می باشند.
توان بالا آوردن کنده ها و تمیز نمودن چاه
در جریان دو فازی سیال حفاری،بعلت انبساط گاز،سرعت انتقال کنده ها به سطح افزایش می یابد.نواحی بحرانی برای تمیز کردن چاه،یکی ناحیه ایست که زاویه چاه از 45 تا 60 درجه تغییر می کند و دیگری ناحیه زیر مته می باشد. درون ریزی مخزن باعث افزایش سرعت فاز مایع و تمیزی چاه می گردد ولی در ناحیه زیر مته بدلیل محدود بودن میزان درون ریزی،سرعت فاز مایع فقط تابع میزان پمپاژ سیال حفاری درون رشته حفاری می باشد. همچنین در جریان دوفازی، فاز گازی باعث ایجاد جریان متلاطم (Turbulent) می گردد که از رسوب کنده ها روی دیواره جلوگیری می کند. [3]
بر اساس آخرین آزمایشات و نتایج بدست آمده، کمترین سرعت دالیزی لازم برای فاز مایع بمنظور بالا آوردن مؤثر کنده های حفاری، 165 فوت بر دقیقه برای چاههای عمودی و 177 فوت بر دقیقه برای چاههای با زاویه انحراف بیشتر از 10 درجه می باشد.
شسته شدن دیواره چاه
بیشترین سرعت مجاز سیال دوفازی برای جلوگیری از شسته شدن دیواره چاه (Wash out) برابراست با:
: بیشترین دبی مجاز مخلوط سیال،
A : سطح مقطع مسیر جریان
: بیشترین سرعت مجاز، ft/s
بیشترین سرعت مجاز سیال دوفازی، از طریق آزمایش در محل، بدست می آید.
با توجه به مطالعات به عمل آمده:
1- اگر درصد حجمی فاز مایع سیالات برگشتی از چاه زیاد باشد، باید یك سیستم بسته برای تفكیك، جمع آوری و بر گرداندن آنها به مخازن، برای استفاده مجدد به كار گرفته شود. معمولاً سیالات برگشتی از چاه حاوی سه یا چهار فاز می باشند كه، برای تفكیك فازها، باید از یك تفكیك كننده با ظرفیت و فشار كاری مناسب استفاده شود.
2- برای چاه های نفتی میادین جنوبی ایران همانند میادین گچساران، بی بی حكیمه، كرنج و پارسی كه كاندید های خوبی برای حفاری زیر تعادلی هستند، سنگ مخزن اغلب (Water Wet) می باشد. بنابراین فاز مایع سیال تزریقی می بایستی نفت گاز یا نفت خام انتخاب شود.
3- برای جلوگیری از احتراق درون چاهی و همچنین، رفع مشكل خوردگی لوله های رشته حفاری، می بایستی فاز گازی سیال حفاری را نیتروژن انتخاب كرد.
4- در این مطالعه، با توجه به محاسبات انجام شده روی میدان پارسی، با استفاده از نرم افزارWellfloو همچنین اطلاعات موجود، حداكثر دبی مورد نیاز نیتروژن برای چاه های میدان پارسی و کرنج 1200 فوت مكعب در دقیقه می باشد.
5- ظرفیت پمپی كه مایع را به سمت پمپهای دکل انتقال می دهد با در نظر گرفتن ضریب ایمنی و همچنین نوع پمپ های موجود به میزان GPM 300 و فشار psi 50 در نظر گرفته می شود.
6- ظرفیت بوستر نیتروژن می بایستی به اندازه ظرفیت دستگاه تولید كنندۀ نیتروژن یعنی 1500 فوت مكعب در دقیقه باشد.
7- شبكۀ كاهندۀ فشار كه برای حفاری فرو تعادلی در میادین نفتی ایران مورد نیاز می باشد عبارتند از: فورانگیر دورانی و دستگاه رانش لوله ها در چاه های زنده كه در شكلهای (7 و 6) نشان داده شده اند.
8- فشار كاری فورانگیر دورانی در حالت استاتیك باید به اندازۀ فشار كاری فورانگیرهای دكل یعنی psi 5000 باشد، ولی فشار دورانی آن می بایستی متناسب با فشار مخزن انتخاب گردد.(فورانگیر دورانی موجود دارای فشار استاتیك psi 3000و فشار دورانی psi 1000می باشد.)
9- فشار كاری دستگاه رانش لوله ها در چاههای زنده نیز باید همانند فشار كاری فورانگیر دورانی باشد.
10- از تجهیزات بسیار مهم دیگر در حفاری زیر تعادلی میادین نفتی ایران تفكیك كنندۀ چهار فازی می باشد . ظرفیت این تفكیك كننده می بایستی متناسب با شاخص بهره دهی چاههای نفت و نسبت گاز به نفت باشد . از آن جایی كه میزان بهره دهی چاه های نفت میادین جنوب در دامنه 10000 تا 15000 بشكه در روز می باشد، ظرفیت تفكیك كننده نیز باید در همین دامنه انتخاب شود. همچنین با توجه به نسبت گاز به نفت(GOR) در میادین ذكر شده ظرفیت تفكیك كننده چهار فازی نسبت به گاز نیز باید حدود 40 میلیون فوت مكعب در روز باشد.
11- بالاخره، جامدات خروجی از تفكیك كننده باید به صورت دوغاب توسط پمپ های دورانی به محل مناسب انتقال داده شوند.
بقایای گیاهان و جانورانی كه اجساد آنها طی میلیونهاسال به قسمت های زیرین دریاچه ها و اقیانوسهای قدیمی رانده شده بتدریج تجزیه و به صورت عناصر آلی درآمده وبراثرفشارو گرمای درونی زمین به نفت وگاز تبدیل و در مخازن زیرزمینی و در عمق سه تا چهار هزار متری و با فشار حدود چند صد اتمسفر ذخیره گردیده است .
برای مصرف گاز طبیعی به هنگام استخراج دارای ناخالصی هایی مانند شن و ماسه ، آب شور و ;گازهای اسیدی می باشد كه در پالایشگاههای گاز تصفیه شده و به صورت گاز قابل مصرف در می آید . گاز پالایش شده از طریق خطوط لوله انتقال گاز فشار قوی ;به شهرها و مراكز مصرف منتقل می شود .
گاز طبیعی گازی است بی رنگ ، بی بو و سبك تر از هوا . برای تشخیص نشت گاز ،در ایستگاههای دروازه ورودی شهرها به آن مواد بودار كننده اضافه می كنند تا ایمنی مصرف كنندگان گاز طبیعی تامین گردد . گاز طبیعی مورد استفاده در استان خراسان از مخازن گازی سرخس تامین می گردد و 98 درصد آن را گازمتان تشكیل می دهد (CH4). ارزش حرارتی هر متر مكعب گاز طبیعی تقریبامعادل ارزش حرارتی یك لیتر نفت سفید می باشد .
تامین هوای كافی برای سوخت كامل گاز . هر متر مكعب هنگام سوختن نیاز به حدود10 متر مكعب هوا دارد و هرچه شعله آبی رنگ تر باشد نشاندهنده رسیدن هوای كافی برا ی سوخت می باشد.
- استفاده از فیلتر گاز در وسایل گاز سوز و تمیز كردن به موقع آن
- استفاده از كلاهك تعدیل جریان محصولات احتراق در وسایل گاز سوز
- انتخاب ظرفیت (قطر) مناسب برای دودكش ها
- عایقكاری صحیح مخزن آبگرمكن و منبع دوجداره تبدیل انرژی در موتورخانه ها و عایقكاری منبع انبساط در پشت بامها
- بیشترین اتلاف انرژی حرارتی در ساختمانها از طریق پنجره ها می باشد لذا بكارگیری مصالح ساختمانی مناسب و استفاده از پنجرههای دو جداره دركاهش مصرف انرژی بسیارموثر می باشد
گاز ساختگی را می توان مانند گاز سنتز از گازسازی زغال سنگ و یا گازرسانی مواد نفتی بدست اورد ارزش گرمایی این گاز در مقایسه با گاز سنتز بسیار بالاتر است چون مانند گاز طبیعی بخش عمده آن را گاز متان تشكیل می دهد. گاز ساختگی را می توان با روش لورگی نیز بدست آورد ( همچنین نگاه كنید به لورگی - رهرگس فرایند).
گاز سنتز گازی است بی بو ، بی رنگ و سمی كه در حضور هوا و دمای 574 درجه سانتیگراد بدون شعله می سوزد. وزن مخصوص گاز سنتز بستگی به میزان درصد هیدروژن و كربن منواكسید دارد از گاز سنتز می توان به عنوان منبع هیدروژن برای تولید آمونیاك ،متانول و هیدروژن دهی در عملیات پالایش و حتی به عنوان سوخت استفاده كرد گاز سنتز از گاز طبیعی ، نفتا، مواد سنگین و زغال سنگ بدست می آید . معمولا برای تولید هر یك تن گاز سنتز كه در آن نسبت مولی H2/CO=1 باشد ، به 0/55 تن متان نیاز است . در صورتی كه این نسبت 3 باشد 0/49 تن متان لازم خواهد بود. تهیه گاز سنتز از منابع هیدروكربورها امكان پذیر است كه به شرح زیر خلاصه می شود:
اصطلاحا به گازی گفته می شود كه از طریق خط لوله از یك مجتمع تولید گاز به مصرف كنندگان تحویل می شود . گاز شهری یا از زغال سنگ و یا از نفتا تولید و در مناطقی مصرف می شود كه یا گاز طبیعی در دسترس نباشد و یا زغال سنگ ارزان به وفور یافت شود تركیب گاز شهری هیدروژن %50، متان%20 تا %30، كربن منواكسید %7 تا %17، كربن دی اكسید%3، نیتروژن %8، هیدروكربورها %8 علاوه بر این ناخالصی های دیگری مانند بخار آب ، امونیال ، گوگرد، اسید سیانیدریك نیز در گاز شهری وجود دارد. به گاز شهری گاز زغال سنگ و یا گاز سنتز نیز می گویند. در ایران گازی كه از طریق خط لوله به مشتركین در شهرها عرضه می گردد گاز طبیعی است و تركیب آن مشابه گاز شهری نیست.
گازشیرین گازی است كه هیدروژن سولفید و كربن دی اكسید آن گرفته شده باشد.
گاز طبیعی عمدتا از هیدروكربوها همراه با گازهایی مانند كربن دی اكسید ، نیتروژن و در بعضی از مواقع هیدروژن سولفید تشكیل شده است بخش عمده هیدروكربورها را گاز متان تشكیل می دهد و هیدروكربورهای دیگر به ترتیب عبارتند از اتان ، پروپان ، بوتان، پنتان و هیدروكربورهای سنگین تر ناخالصی های غیرهیدروكربوری نیز مانند آب ، كربن دی اكسید ، هیدروژن سولفید و نیتروژن در گاز طبیعی وجود دارد. گاز چنانچه در نفت خام حل شده باشد گاز محلول (SOLUTION GAS ) نام دارد و اگر در تماس مستقیم با نفت از گاز اشباع شده باشد گاز همراه (ASSOCIATED GAS) نامیده می شود.
گاز غیر همراه ( NON-ASSOCIATED GAS)از ذخایری كه فقط قادر به تولید گاز به صورت تجاری باشد استخراج می شود در بعضی موارد گاز غیر همراه حاوی بنزین طبیعی و یا چكیده نفتی ( CONDENSATE) استخراج می شود كه حجم قابل توجهی از گاز را از هر بشكه هیدروكربور بسیار سبك آزاد می كند.
گاز طبیعی عمدتا از متان تشكیل شده است و دراكثر نقاط جهان یافت می شود. (نگاه كنید به گاز طبیعی ) گاز طبیعی را می توان از طریق خط لوله و یا به صورت گاز طبیعی مایع شده (LNG) با نفتكش حمل نمود. از گاز طبیعی فشرده و یا به اختصار سی ان جی می توان در اتومبیل های احتراقی به عنوان سوخت استفاده كرد در حال حاضر حدود یك میلیون وسیله نقلیه در جهان با گاز فشرده حركت می كنند. در ایتالیا در مقیاس وسیعی از سی ان جی استفاده می شود و در زلاندنو و آمریكای شمالی نیز استفاده از گاز طبیعی فشرده رواج دارد.
تركیبات گاز طبیعی متفاوت است و بستگی به نوع میدان گازی دارد كه از ان بدست امده است ناخالصی ها شامل هیدروكربورهای سنگین ، نیتروژن ، دی اكسید، اكسیژن و هیدروژن سولفید می باشد. در اتومبیل گاز طبیعی فشرده باید در مخزن سنگین و بزرگ و در فشاری برابر 220 اتمسفر ذخیره گردد. البته از لحاظ میزان ذخیره و ارزش حرارتی سی ان جی كه حدود 8/8 هزار ژول /لیتر است ( در مقایسه بنزین حدود 32 هزار ژول می باشد مسافتی كه اتومبیل می پیماید محدود خواهد بود. علاوه بر این به علت محدودیت تعداد ایستگاه ای سوخت گیری اتومبیل باید به نحوی طراحی شود كه علاوه بر سی ان جی بتواند از بنزین هم استفاده نماید.مزایای سی ان جی به شرح زیر است:
معایت سی ان جی به شرح زیر است:
در ایران طرح گاز سوز كردن خودروها یا استفاده از گاز طبیعی فشرده یكی از برنامه های اساسی شركت ملی گاز ایران است در شهرهای شیراز ، مشهد و تهران چندین جایگاه تحویل سوخت با تاسیسات و دستگاه های جانبی و كارگاه تبدیل سیستم خودروها از بنزین سوز به گاز سوز احداث شده و مورد بهرهه برداری قرار گرفته است و عملیات اجرایی برای ساخت تعداد دیگری ایستگاه در دست اجرا قرار دارد.
مایعات گاز طبیعی معمولا همراه با تولید گاز طبیعی حاصل می شود. مایعات گازی (Gas liquids) نیز مترادف مایعات گاز طبیعی می باشد. مایعات گاز طبیعی را نباید با گاز طبیعی مایع و یا ال ان جی اشتباه كرد مواد متشكله در مایعات گاز طبیعی عبارت است از اتان ، گاز مایع ( پروپان و بوتان ) و بنزین طبیعی (natural gasoline) و یا كاندنسیت ( condensate) كه درصد هر كدام بستگی به نوع گاز طبیعی و امكانات بهره برداری دارد. در سال 1996 كل تولید مایعات گاز طبیعی در جهان بالغ بر روزانه 5.7 میلیون بشكه بوده كه از این مقدار تولید اوپك در حدود 2.6 میلیون بشكه در روز گزارش شده است.
گاز طبیعی عمدتا از متان تشكیل شده است و چنانچه تا منهای 161 درجه سانتیگراد در فشار اتمسفر سرد شود به مایع تبدیل می شود و حجم ان به یك ششصدم حجم گاز اولیه كاهش می یابد در نتیجه حمل آن در كشتی های ویژه به مراكز مصرف امكان پذیر می شود برای مایع كردن گاز متان می توان آن را تا 2/5 درجه سانتیگراد زیر صفر خنك نمود و تحت زیر صفر خنك نمود و تحت فشار 45 اتمسفر به مایع تبدیل كرد این روش از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است ولی از طرف دیگر حمل ان تحت فشار زیاد احتیاج به مخازن بسیار سنگین با جدار ضخیم دارد كه امكان پذیر نیست و از نظر ایمنی توصیه نمی شود در نتیجه در فرایند تولید گاز طبیعی مایع ، فشار آن رابه اندكی بیش از یك اتمسفر كاهش می دهند تا حمل آن آسان باشد. اولین محموله گاز طبیعی مایع یا به اختصار ال ان جی به صورت تجاری در سال 1964 از الجزایر به بریتانیا حمل شد و از ان هنگام تجارت گاكردن امكانات بندری و ذخیره سازی در بنادر بارگیری و تخلیه و همچنین ساخت كشتی های ویژه حمل ال ان جی احتیاج به سرمایه گذاری هنگفتی دارد در حالی كه قیمت فروش گاز طبیعی مایع در حال حاضر در سطح نازلی است لذا فروشنده و خریدار باید قبلاً نسبت به انعقاد یك قرارداد طولانی 15 الی 20 ساله نحوه قیمت گذاری و سایر شرایط توافق لازم را به عمل آورند.
در تولید گاز مایع چهار مرحله عمده وجود دارد:
گاز غیر همراه از میادینی كه تنها تولید گاز از انها به صورت اقتصادی امكان دارد استخراج می شود به گاز استخراج شده از میادین نفت میعانی كه درصد گاز حاصله از هر بشكه هیدروكربورهای مایع سبكه خیلی زیاد است نیز گاز غیر همراه می گویند.
حجمی از لایه مخزن در اعماق زمین را كلاهك گاز و یا گنبد گاز (GAS DOME) نامیده اند كه در آن گاز در بالای نفت جمع شود. معمولا مرتفع ترین ، یا یكی از مرتفع ترین مناطق لایه مخزن محسوب می گردد.
گاز كلاهك به گازی گفته می شود كه در كلاهك گاز محبوس شده باشد.
مایع و یا به اختصار ال پی جی از پروپان و بوتان تشكیل شده است گازی كه در سیلندر نگهداری می شود و در منازل مورد استفاده قرار می گیرد همان گاز مایع و یا مخلوط پروپان و بوتان است. گاز مایع را می توان از سه منبع بدست آورد:
در جهان روزانه بیش از 5 میلیون بشكه گاز مایع مصرف می شود مصارف گاز مایع در كشورهای مختلف متفاوت است متوسط درصد مصرف آن طی دهه 1990 در جهان در بخش های مختلف به شرح زیر است: تجاری و خانگی %60، صنایع شیمیایی %15، صنعتی %15، خدماتی %5، تولید بنزین%5 هر تن متر یك پروپان معادل 12.8 بشكه و بوتان برابر 11.1 بشكه است. گاز مایع را با كامیون های مخصوص خط لوله و یا كشتی های ویژه ای كه برای همین منظور ساخته شده است حمل می نمایند.
هیدروكربورهای سبك ممكن است به صورت گاز از شیرهای ایمنی در دستگاه های بهره برداری ، پالایشگاه ها و یا مجتمع های پتروشیمی ، گذشته و از طریق مشعل سوزانده شود چنانچه یكی از واحدهای پالایشگاه به علت بروز اشكالاتی در سیستم برق یا آب سرد كننده از كار بیفتد لازم است كه مقادیر خوراك مجتمع و یا محصولات پالایشگاه از طریق دودكش به مشعل هدایت و سوزانده شود تا از خطرات احتمالی جلوگیری شود. در مجتمع های بزرگتر و مجهزتر معمولا دستگاه های بازیاب نصب شده كه می توان در مواقع اضطراری بخشی از مایعات و یا گازها را به انجا هدایت كرد و از وسوختن آنها جلوگیری نمود.
گاز همراه یا به صورت محلول در نفت خام است كه در مراحل بهره برداری از نفت خام جدا می شود و یا به صورت جداگانه از نفت خام اشباع شده حاصل می شود.
منبع : nigc
مدیر وبلاگ : admin
