امکان کاربرد نیتروژن در افزایش بهره‌وری مخازن نفت و گاز

j
امروز با اعمال روش‌هاي مختلف ازدياد برداشت در مخازن نفت ايران روش‌هاي اوليه بازيافت طبيعي، راندمان بازيافت متوسط حدود %20 بوده كه با اعمال روش‌هاي بازيافت ثانويه شامل تزريق گاز و يا آب اين مقدار به %25 افزايش يافته است.
روش‌هايي چون تزريق امتزاجي، روش‌هاي شيميايي و حرارتي و تزريق 2CO به عنوان روش‌هاي ثالثيه ازدياد برداشت شناخته شده‌اند، تزريق نيتروژن به عنوان يكي از روش‌هاي EOR در سال‌هاي اخير كاربرد زيادي داشته است. بطوري كه اين گاز به عنوان جانشين مناسبي براي گاز طبيعي و متان از نظر اقتصادي، براي 2CO از نظر اقتصادي و قابليت دسترسي معرفي شده است. گزارش حاضر در همين زمينه توسط پايگاه اينترنتي مهندسي اكتشاف ارائه شده است.تزريق نيتروژن با اهدافي مانند جابه‌جايي غير امتزاجي، جابه‌جايي امتزاجي، تزريق با هدف تثبيت فشار و يا فشارافزايي، بالا بردن راندمان جابه‌جايي ثقلي به همراه تزريق 2CO، در برداشت ثالثيه (برداشت نفت ته مانده بعد از تزريق آب)، براي بازگرداني گاز در مخازن گاز قطران و تزريق از نوع WAGدر مخازن نفتي و گازي قابل انجام است.
مقايسه‌ي خواص فيزيكي و كاربرد گاز طبيعي دي‌اكسيد كربن (2)CO و ازت (2)N
گاز طبيعي جهت تزريق گاز از انواع امتزاجي و غيرامتزاجي و هم‌چنين تثبيت فشار مخزن بسته به شرايط دما، فشار و سيال مخزن، كاربرد د ارد، كه از مهم‌ترين خصوصيات آن مي توان به در دهه‌ي اخير به عنوان تميزترين منبع انرژي معرفي شده است.گاز دي‌اكسيد كربن (2)CO جهت تزريق گاز از نوع امتزاجي و گاه غيرامتزاجي كاربرد دارد، اما (2)N جهت تزريق گاز از نوع امتزاجي (با شرايط محدود) و غير امتزاجي در مخازن شكافدار و بدون شكاف، جهت تثببيت فشار مخزن، در بازيافت ثالثيه بعد از تزريق آب جهت توليد نفت باقي‌مانده، تزريق به صورت WAG و هم‌چنين در مخازن گاز ميعاني جهت جلوگيري از تشكيل مايعات گازي در شرايط مخزن و يا بالا بردن تحرك‌پذيري مايعات گازي تشكيل شده كاربرد دارد.از مهم‌ترين خصوصيات آن نيتروژن جانشين مناسبي براي گاز متان بوده و در اكثر موارد كاربرد اين گاز، گاز ازت بي‌اثر است، رسوب آسفالتين و خوردگي ايجاد نمي‌كند و مشكلي نيز در رابطه با تزريق‌پذيري ايجاد نمي‌كند، در كشورهاي صنعتي گاز نيتروژن تزريقي را از هوا و يا از گازهاي حاصله از سوخت تهيه مي‌كنند. در كشورهاي صنعتي هزينه‌ي توليد ازت در فشار تزريق تقريبا يك سوم ارزش گاز طبيعي است، ذخاير بزرگ گازي ازت موجود در كشور، ضريب تراكم‌پذيري بالا سبت به 2CO و گاز طبيعي به اين معنا كه در شرايط مساوي از نظر فشار و دما مقدار بيشتري گاز ازت در حجم معين موجود است.امروزه در مخازن متعددي در آمريكا و كانادا تزريق گاز ازت به طور خالص و يا همراه گاز 2CO حاصل از سوخت به صورت امتزاجي و غيرامتزاجي انجام مي‌گيرد.ازت لازم براي پروژه‌هاي تزريق در اين كشورها بيشتر از طريق جداسازي ازت از هوا )Cryogenic Air Separation( تامين مي‌شود.اكسيژن همراه با نيتروژن در هوا، مي‌تواند مشكل‌ساز باشد، به اين صورت كه با S2H موجود در مخزن واكنش انجام داده و تركيبات اسيدي ايجاد مي‌كند. هرقدر ميزان گوگرد سيال مخزن بيشتر باشد (سيال مخزن ترش‌تر باشد) حضور اكسيژن مشكل‌سازتر است. در پروژه‌هاي تزريق نيتروژن كه تا امروز انجام شده درجه خلوص آن گاز به طور متوسط يبن 9/99% - %93 بوده است.تزريق ازت با هدف ازدياد برداشت به صورت گسترده در مخازن نفتي و هم‌چنين با هدف recycling و تثبيت فشار مخزن در مخازن گازي و gas lift قابل انجام است، محدوديت‌هاي موجود در رابطه با استفاده از گازهاي طبيعي و دي اكسيد كربن، ازت را به عنوان يك جانشين اقتصادي در پروژه‌هاي امتزاجي مطرح مي‌سازد. اين مهم را بايد مدنظر قرار داد كه متدهاي امتزاجي با گاز ازت تنها در مخازن خاصي قابل اجرا است. حالت امتزاجي گاز ازت و نفت‌هاي سبك حدودا مثل گاز متان است، امتزاج گاز ازت و نفت‌هاي سبك از نوع تبخيري )Vaporizing Gas Drive( و به واسطه‌ي تبخير تركيبات سبك و مياني نفت در فاز گاز در اثر تماس‌هاي متوالي و مكرر گاز و نفت است. فشار امتزاج )MMP( ازت و نفت‌هاي سبك از متان بالاتر بوده (اعداد 5000 تا 8000 پام در مقالات گزارش شده است) و بعضي از مطالعات نشان داده‌اند كه اگر مقدار متان نفت مخزن بالاتر از 40 درصد مولي باشد MMP دو گاز ازت و متان مساوي‌اند.در مطالعات فوق مشخص شده است كه با افزايش ميزان گاز محلول موجود در نفت ميزان MMP نفت مخزن و ازت كاهش مي‌يابد.تزريق امتزاجي گاز ازت با نفت سبك در واقع عمل امتزاج در تماس اول انجام نشده و بنا بر مكانيزم تبخيري به تدريج اجزاي سبك نفت در داخل گاز ازت تبخير مي‌شوند. از اين رو تزريق امتزاجي ازت در مراحلي مانند تغيير تركيب نفت در طي جابه‌جايي آن با گاز ازت، تغيير در خواص نفت و گاز در طي تزريق ازت، امتزاج نفت و گاز بعد از تماس‌هاي متوالي به وقوع مي‌پيوندد. در صورتي كه شرايط ذكر شده جهت تزريق امتزاجي ازت فراهم نباشد (فشار و نوع سيال مخزن)، تزريق از نوع غيرامتزاجي و با هدف تثبيت فشار و يا در پروژه‌هاي ريزش ثقلي انجام مي‌گيرد. يكي از قديمي‌ترين و ساده‌ترين روش‌هاي بازيافت نفت تزريق گاز از نوع غيرامتزاجي مي‌باشد كه با توجه به قيمت بالاي گاز طبيعي، گاز ازت جانشين مناسبي براي آن است. گاه با توجه به پارامترهاي سنگ مخزن از جمله فشار موئينگي و تر شوندگي، عبورپذيري نسبي و هم‌چنين مشخصات فيزيكي نفت، تزريق گاز غيرامتزاجي كارآيي مناسب را ندارد. تعدادي از مقالات جهت بهبود شرايط تزريق امتزاجي ازت راه‌حل‌هايي را ارائه كرده‌اند. از آن جمله تاثير تزريق اوليه مقاديري 2-C6C در كاهش قابل توجه فشار امتزاجي )MMP( ازت است، گاه نيز به تزريق همزمان گازهاي 2CO و 2N جهت كاهش فشار امتزاجي اشاره شده است.در مخازن گاز ميعاني با درصد مايعات گازي بالا تزريق گاز ازت جهت تثبيت فشار و عدم كاهش آن به زير فشار نقطه شبنم از تشكيل مايعات گازي در شرايط مخزن و به تله افتادن آنها جلوگيري كرده و بسيار موثر است. بنابراين تزريق گاز ازت از كاهش راندمان توليد مايعات گازي جلوگيري كرده و با نگاه داشتن فشار مخزن در بالاي فشار نقطه شبنم با سيال موجود در چاه نيز ممزوج شده و راندمان توليد گاز و ميعانات را بالا مي‌برد.مورد كاربرد ديگر گاز ازت در پروژه‌هاي ازدياد برداشت استفاده از اين گاز در تزريق از نوع WAG است كه به نظر مي‌رسد مي‌تواند به عنوان جانشين مناسبي براي گاز طبيعي به صورت متناوب با آب، به مخزن نفتي تزريق شده و راندمان توليد را افزايش دهد.در تعدادي از مقالات نيز به نقش ازت در برداشت ثالثيه بعد از تزريق آب اشاره شده است. به طوري كه نفت‌هاي در تله افتاده كه توسط مكانيزم تزريق آب قابل برداشت نبوده‌اند با تزريق گاز ازت قابل جابه‌جايي است. معمولا در پروژه‌هاي ازدياد برداشت با تزريق نيتروژن، فاصله چاه‌هاي تزريقي و توليدي را به اندازه‌اي انتخاب مي‌كنند كه مسئله آلودگي با نيتروژن به تعويق بيافتد.در صورت نياز به توليد بعد از توليد گاز آلوده به نيتروژن جداسازي )Rejection( صورت خواهد گرفت. جداسازي نيتروژن از گاز در دماي فوق سرد انجام مي‌گيرد. براي اين‌كه در آن دما مشكلي از لحاظ يخ زدن اجزاي موجود در گاز پيش نيايد بايد اجزاي مورد نظر را جدا كرد. مثلا آب توسط غربال‌هاي مولكولي جدا خواهد شد. دي‌اكسيد كربن و سولفيد هيدروژن نيز توسط سيستم آمين جدا شده و نهايتا نيتروژن از گاز جدا مي‌شود. نيتروژن جدا شده جهت تزريق مجدد، و گازهاي با ارزش جهت فروش ارسال مي‌شوند. در مقالات موجود در رابطه با بهبود ضريب برداشت نفت و گاز به هنگام تزريق ازت اعدادي ارايه شده‌اند كه بسته به شرايط مخزن از نظر فشار، دما، مكانيزم به كار گرفته شده و خصوصيت سنگ مخزن متفاوت است.از اين رو با توجه به وجود چند مخزن بزرگ گاز ازت با درصد بالا همچون مخزن گازي كبيركوه (دهرم با حجم گاز درجاي 21 تريليون فوت مكعب )TCF(، مخزن ميلاتون (سورمه با حجم گاز درجاي بيش از 24 تي سي اف)، مخزن سمند (دالان بالايي با حجم گاز درجاي بيش از 75 تي.سي. اف)، با در نظر گرفتن اين گاز به عنوان جانشين مناسب براي گاز طبيعي بعد از انجام آزمايش‌هاي لازم منطقي به نظر مي‌رسد.آزمايش‌هاي لازم شامل اندازه‌گيري حداقل فشار امتزاج )MMP( و تعيين درصد برداشت در نمونه سنگ واقعي مخزن در شرايط فشار و درجه حرارت مخزن با نمونه سيال واقعي مخزن با اعمال مكانيزم‌هاي مختلف و مقايسه آنها، انجام آزمايش‌هاي سرچاهي، مطالعات اقتصادي و انجام پروژه‌هاي نمونه صنعتي )Pilot( است.