روش‌های حرارتی ازدیاد برداشت از مخازن نفت
۰ ۱۹۳۲ ۰ ۱۳۹۲/۰۱/۲۰ ۰۳:۴۲
يكي از مسائلي كه با توجه به كاهش فشار و نوع نادر مخازن نفت كشور (كربناته شكافدار و ساختارهاي نفت سنگين) بايد مورد توجه قرار گيرد، انتخاب روش صحيح ازدياد برداشت است. يكي از اين روشها، روش حرارتي است. در اين تحليل برخي از ابعاد اين روش را بررسي خواهيم كرد:
از مهمترين راه‌هاي ازدياد برداشت از مخازن نفت، استفاده از روش‌هاي حرارتي است. در اين روشها با استفاده از انرژي حرارتي، برخي از خصوصيات سنگ و سيال را تغيير مي‌دهند و خروج نفت از مخزن را تسهيل مي‌كنند.
انواع روش‌هاي حرارتي ازدياد برداشت
به طور كلي، روش‌هاي حرارتي ازدياد برداشت را مي‌توان به دو دسته تقسيم كرد.
1- ايجاد حرارت در مخزن با سوزاندن بخشي از نفت: اين عمل با تزريق گاز داراي اكسيژن، حفر چاه‌هاي تزريقي معين و ايجاد يك جبهه آتش پيش‌رونده صورت مي‌گيرد. البته براي ايجاد اين حرارت روش‌هاي متفاوتي پيشنهاد شده است؛ ولي تنها در روش‌هايي كه از گاز اكسيژن‌دار استفاده مي‌شود، جبهة آتش در يك جهت حركت مي‌كند و مي‌توان به نتيجة مطلوب رسيد.
2- توليد حرارت در خارج مخزن و تزريق سيال گرم به عنوان عامل جابه‌جا كننده: اين روش شامل تزريق بخار و آب به صورت مرحله‌‌اي و متناوب (تزريق چرخشي يا متناوب) و يا تزريق بخار به‌طور ممتد مي‌باشد.
مكانيزمهاي توليد نفت در بازيافت حرارتي از مخزن
افزايش درجه حرارت، بر روي خواص فيزيكي سيالات و همچنين تاثيرات متقابل سنگ و سيال، اثرمي‌گذارد. مكانيزمهاي اصلي ناشي از اين تأثيرات كه به توليد نفت منجر مي‌شوند، عبارتند از:
1- كاهش ويسكوزيته خصوصاً در مورد نفت‌هاي سنگين
2- ميزان ترشوندگي سنگ تغيير پيدا مي‌كند؛ تمايل به ترشوندگي توسط آب در درجه حرارت بالا افزايش مي‌يابد.
3- كشش سطحي بين نفت و آب با افزايش درجه حرارت كاهش پيدا مي‌كند.
4- انبساط حرارتي باعث مي‌شود كه سيال موجود در خلل و فرج سنگ به بيرون تراوش پيدا كند؛ در اين حالت، چون انبساط حرارتي نفت خصوصاً نفت‌هاي سبك كمتر از آب است، در ابتدا نفت خارج مي‌شود.
5- نفت‌هاي سبك تبخير مي‌شوند.
روش تزريق بخار آب
اين روش در چاه‌هايي به كار برده مي‌شود كه داراي نفت سنگين با ويسكوزيته بالا هستند. از اين روش كه در اواخر دهه پنجاه ميلادي كاربرد زيادي داشته است، بيشتر در كاليفرنيا و ونزوئلا استفاده مي‌شود؛ زيرا در اين مناطق نفت سنگين بيشتري نسبت به ساير نقاط دنيا زيادي وجود دارد.
عاملي كه در روش تزريق بخار بايد كنترل شود، سرعت تزريق است؛ سرعت تزريق بايد به صورتي باشد كه فرصت كافي براي تبادل حرارتي بخار و نفت وجود داشته باشد تا شيب دمائي درون نفت ايجاد گردد. علاوه بر آن، بايد به فاصله بين مخزن و تاسيسات توليد بخار براي محاسبه درجه سيال تزريقي به مخزن و ميزان خوردگي در مسير بخار تزريقي توجه داشت.
روش‌هاي تزريق بخار
تزريق بخار عمدتاً به دو صورت انجام مي‌شود:.
روش چرخشي: در اين روش، ابتدا مقداري بخار و سپس، آب به‌همراه پليمر به مخزن تزريق مي‌شود. مجدداً بخار آب تزريق مي‌شود و به‌همين ترتيب فرايند ادامه پيدا مي‌كند. از اين روش در سال 1959 در ونزوئلا استفاده مي‌شد و در سال 1968 با استفاده اين روش در كاليفرنيا حدود 130000بشكه نفت برداشت گرديد.
روش تزريق بخار: در اين روش، بخار آب به طور ممتد به مخزن تزريق مي‌گردد و هم نيروي حرارتي و هم نيروي رانش به وسيله بخار آب ايجاد مي‌گردد. تاكنون در آمريكا نزديك به 50درصد نفت مخازن به اين روش استخراج گرديده است.
شرايط لازم براي تزريق بخار آب:
در يك بررسي آماري كه در مورد مخازن نفتي در سرتاسر جهان انجام شده، شرايط لازم براي استفاده از روش حرارتي به صورت ذيل گزارش شده است. البته وجود اين شرايط به معني كفايت اين شروط نيست و ازدياد برداشت به عوامل ديگري از جمله عوامل اقتصادي، زيست‌محيطي وغيره نيز وابسته است.
نمونه‌هاي موفق از كاربرد روش‌هاي حرارتي
مخزن كويت
مخزن كويت در ادامه لايه آسماري ايران قرار دارد. از سپتامبر 1986، عمليات تزريق به اين مخزن به‌صورت چرخشي و با حفر چهار چاه تزريقي آغاز شد. براي اين منظور، بخار با درجة حرارت 433 درجه فارنهايت و در مدت يك تا سه روز با دبي 1246- 965 بشكه در روز تزريق شد تا فشار بخار به 390psi برسد، نتايج بدست آمده از اين مخزن حاكي از موفقيت‌آميز بودن اين روش در اين مخزن بوده است. اطلاعات مخزن به صورت ذيل مي باشد.
ميدان لاك در فرانسه:
ميدان نفتي لاك در جنوب غربي فرانسه قرار دارد كه داراي دو نوع سنگ متفاوت است: سنگ آهكي فشرده و سنگ دولوميت نامرغوب. به علت تراكم زياد شبكه شكاف‌ها، چاه‌هاي اين ميدان داراي بهره‌وري خوبي هستند. اين مخزن از نوع مخازن تركدار است؛ بنابراين اگر چه تراوايي مخزن پايين است (md 10) اما وجود ترك، تراوايي ميانگين را تا حدود md 500، بالا مي‌برد.
در سال هاي 1957- 1949 از منطقه تركدار توليد مي‌شد. سپس آشام آب مكانيزم اصلي ميدان شد و تمام ترك ها مورد هجوم قرار گرفتند. در سال 1977 هنوز مقدار زيادي نفت در مخزن بجا مانده بود. بنابراين راه هاي توليد اين نفت مورد بررسي قرار گرفت. مطالعات مهندسي مخازن و تحقيقات آزمايشگاهي منجر به انتخاب روش تزريق ممتد بخار گرديد. پروژة راهنماي تزريق بخار بين سالهاي 1997 الي 1982 به كار انداخته شد كه نتايج حاصل از آن موفقيت‌آميز ارزيابي گرديد. در اين پروژه با تزريق 251هزارتن بخار، 356 هزارتن نفت به‌دست آمد.
اين اولين آزمايش ترزيق بخار در يك مخزن كربناته، بود. تأثير بخار روي سنگ كربناته باعث آزاد شدن مقدار زيادي دي‌اكسيد كربن در داخل مخزن شد و يك كلاهك گازي تشكيل گرديد. تزريق بخار گرانروي نفت را كاهش داد و راندمان برداشت نسبت به حالت آشام آب بالاتر رفت. برداشت نفت بوسيلة بخار در اين ميدان، بالغ به 110هزار متر مكعب بوده است. اين مقدار فقط از طريق 5 الي 6 چاه بدست آمده است. خصوصيات مخزن لاك عبارتند از:
نتيجه‌گيري و تحليل:
مطالعات انجام شده در مخازن ايران، حاكي از وجود مخازن نفت سنگين و ساختارهاي شكافدار مي‌باشد. درك پديدة بازيافت نفت از فضاي ماتريكس از طريق ترزيق سيال با دماي بالا، از روش سيلاب‌زني و تزريق مواد شيميايي خيلي پيچيده‌تر است. چرا كه در اين روش، بازيافت بستگي به چند مكانيزم دارد. بررسي تجارب انجام شده در تزريق آب گرم به مخازن كربناته شكافدار حاكي از موفقيت آميز بودن اين روش بوده است.
با توجه به خصوصيات مخازن ايران (كربناته شكافدار) و وجود ذخاير نفت سنگين، يكي از مهمترين گزينه‌هاي قابل مطالعه و تحقيق، روش‌هاي حرارتي ازدياد برداشت هستند. يكي از مهمترين گام‌هايي كه بايد در اين راستا برداشته شود، شبيه‌سازي مخازن كشور به منظور آزمايش تزريق بخار و آب گرم، علي‌الخصوص در ميادين نفت سنگين است. لازم به ذكر است كه تاكنون 18 ساختار نفت سنگين در كشور شناسايي شده است و هنوز ارزيابي دقيقي از ميزان اين ذخاير وجود ندارد. هم‌اكنون مطالعات ازدياد برداشت و توليد از اين نوع مخازن، در برخي از دانشگاه‌هاي داخل و خارج كشور (مانند كانزاس) در حال انجام است و ضريب بازيافت اين مخازن بين 5 تا 10 درصد پيش‌بيني مي‌شود. با توجه به پايين‌بودن درجه مرغوبيت، گرانروي بالا، درصد مواد سنگين، همچنين وجود گوگرد فراوان در نفت سنگين نسبت به نفت سبك و نيز فشار كم مخازن، استخراج نفت از اين مخازن، احتياج به روش‌هاي بازيافت مرحله سوم و در راس آن، روش‌هاي حرارتي دارد.
