دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 122
برنامه ریزی استراتژیک برای مدیریت مخازن نفت و گاز ایران
مقدمه
ایران دارای یکی از بزرگ ترین ذخایر « نفت در جا »1 در دنیاست که حجم اولیه آن بیش از 450 میلیارد بشکه تخمین زده میشود. از این مقدار حدود 400 میلیارد بشکه در مخزن « شکاف دار»2 و بقیه آن در مخازن « تک تخلخلی »3 قراردارند.
از این مجموعه بیش از 91 میلیارد بشکه نفت خام یعنی بیش از 20 درصد قابل برداشت است. به علاوه باید توجه داشت که متوسط بازیافت نفت خام از مخازن شکاف دار تا حدودی کمتر از مخازن تک تخلخلی با همان خصوصیات است.
هدف اصلی این نوشته بررسی بازیافت اقتصادی و قابل قبول نفت از این مخازن عظیم است. این امر نه تنها به سود کشور ایران است بلکه سایر کشورهای جهان نیز از آن منتفع میشوند. برای بررسی این موضوع کلیدی لازم است هر یک از عوامل اصلی مهندسی مخازن نفت به شرح زیر مطالعه شوند.
- چرا ضریب بازیافت نفت از مخازن ایران در مقایسه با نقاط دیگر جهان پایین تر است؟
- موقعیت عملی بازیافت نفت از مخازن « تک تخلخلی » و « شکاف دار» ایران چگونه است؟
- مهم ترین عوامل اقتصادی بازیافت بیشتر نفت از مخازن ایران کداماند؟
- حداکثر برداشت از نفت در جا با در نظر گرفتن فرایند تولید اولیه و ثانویه به چه میزان است؟
- چگونه میتوان سرمایه گذاری لازم جهت تزریق گاز مورد نیاز به میزان 20 میلیارد پای مکعب در روز به مخازن نفتی را تامین کرد؟
برای بررسی ظرفیتهای ممکن بازیافت و استحصال نفت از مخازن کشف شده موجود، مطالعه گسترده مخازن نفت و گاز کشور چه در خشکی و چه در مناطق دریایی لازم به نظر میرسد.
به منظور انجام این مطالعات به زمان، نیروی انسانی متخصص و حمایتهای مالی نیازمندیم. این کار لزوماً باید از طریق «مدل سازی مفهومی »4 از تمام مخازن موجود کشور انجام گیرد. با انجام این روش میتوان کلیه مخازن نفت و گاز کشور را طی دوره زمانی قابل قبول و با هزینه معقول مطالعه نمود، و این در حالی است که از کیفیت کار نیز کاسته نخواهد شد.
قبل ورود به مباحث اصلی، بهتر از به طور اجمال فرقهای اساسی بین مخازن شکافدار و تک تخلخلی را بیان کنیم. تفاوتهای اصلی مخازن نفتی شکافدار و تک تخلخلی به شرح زیر خلاصه میشود:
تعریف مخزن شکاف دار
مخزن شکاف دار مخزنی است که در ساختار آن شکستگی یا ترک وجود داشته باشد ضمن آن که این شکافها شبکهای را ایجاد کنند. این شبکه میتواند تمام یا بخشی از مخزن نفت را شامل شود. در ساختار این شبکه هر یک از سیالها میتوانند درون شبکه شکافها از هر نقطه به نقطه دیگر جریان یابند. مثالهای بارز مخازن شکافدار در ایران به مفهوم کامل آن، مخازن نفتی هفتکل، گچساران و آغاجاری است. مخازن کرکوک در عراق و « کان ترل»5 در مکزیک از نمونههای دیگر این مخازن به شمار میروند. نمونههای مخازن شکاف دار غیر کامل، مخازن بی بی حکمیه، بینک، مارون و اهواز است. به بیان دیگر، در مخازن مذکور وجود شبکه شکستگیهای نامنظم در مخزن، کل ساختار مخزن را شامل نمیشود.
مخازن شکاف دار، مرکب از سنگهای شکسته با فضاهای کوچک خالی بین آنها است و این شکستگیها به صورت منظم و غیرمنظم تشکیل شدهاند. در این گونه مخازن « حفرهها »6 و حتی غارهای بزرگ میتواند نیز وجود داشته باشد. فواصل شکافهای افقی معمولاً از مواد غیر قابل نفوذ پر شدهاند، در حالی که فواصل شکافهای عمودی غالباً خالی هستند. بنابراین چنین مخازنی دارای دو گونه بریدگی است: یکی شکافها یا شکستگیهای باز و توخالی و دیگری لایههای افقی نازک غیر قابل نفوذ.
« بلوکهای ماتریسی»7 بر حسب فاصله بین دو گسستگی تعریف میشوند. این گسستگیها میتوانند فاصله بین دو لایه قابل نفوذ یا دو لایه غیر قابل نفوذ افقی و یا فاصله بین دو لایه قابل نفوذ و غیر قابل نفوذ باشند.
فرایند جا به جایی نفت با گاز یا با آب تحت « ریزش ثقلی»8
جا به جایی نفت چه در مخازن تک تخلخلی و چه در مخازن شکاف دار شبیه یکدیگر است9، هر چند که مکانیسم تزریق گاز یا آب در هر یک از این دو نوع مخزن با یکدیگر متفاوت است. به بیان دیگر، در مخازن شکافدار به علت نفوذپذیری کم سنگ مخزن، بخشی از گاز یا آب تزریقی وارد سنگ مخزن شده و بقیه گاز یا آب تزریقی به ناچار از طریق شکافها سنگهای با نفوذپذیری کم را دور میزند، در حالی که در مخازن تک تخلخلی، سیال تزریق شده از خلل و فرج به هم پیوسته عبور میکند.
به هر حال جریان سیال تزریقی چه در مخازن تک تخلخلی و چه در مخازن شکافدار از قوانین خاص خود تبعیت میکند، ولی سازوکار حاصل در هر دو حالت تقریباً یکسان است.
وجود شکستگیهای موجود در مخازن شکافدار در مقایسه با مخازن تک تخلخلی دارای ویژگیهای زیر است:
الف ـ فرایند « ریزش ثقلی» و در مخازن شکافدار در مقایسه با مخازن تک تخلخلی سرعت نسبی بالاتری دارد. دلیل این امر آن است که نفوذپزیری بسیار پایین تر سنگ مخزن در مقایسه با نفوذپذیری شکافها موجب میشود که سطح گاز و نفت در شکافها پایین تر از سطح آب و گاز در بلوکهای ماتریسی نفتی قرار گیرد. به ترتیبی مشابه میتوان گفت که سطح آب و نفت در شکافها از سطح آب و نفت در بلوکهای ماتریسی بالاتر است.
بر طبق آزمایشهای انجام شده در مخازن تک تخلخلی با نفوذپذیری مثلاً یک میلی دارسی، جریان « ریزش ثقلی» به زمان بسیار طولانی تری در مقایسه با مخازن شکافدار با همان نفوذپذیری نیاز دارد.
ب ـ در سیستم مخازن شکافدار، نفت تولید شده از سنگ مخزن، در فاصلههای دورتری از « چاههای تولیدی » به دست میآید. لذا به دلیل بهرهوری بالا در مخازن شکافدار، فاصله چاههای تولیدی از یکدیگر به مراتب بیش از فواصل چاه
های تک تخلخلی در نظر گرفته میشود.
ج ـ وجود شکافها، به تفکیک گاز یا آب از نفت کمک میکند. این امر باعث میشود که میزان گاز اضافی یا آب اضافی قابل تولید در ستون نفت، کمتر شده و بدین ترتیب انرژی مخزن با بازدهی بیشتری حفظ میشود.
د ـ فرایند « همرفت حرارتی »10 در مخازن شکافدار موجب ایجاد نفت اشباع نشده در ستون نفتی میشود، حتی هنگامی که فشار مخزن به پایین تر از نقطه اشباع برسد. این فرایند را اطلاحاً « کاهش فشار نقطه اشباع »11 مینامند. در نتیجه تا وقتی که عملاً گازی در مخزن تزریق نمیشود، آثار ریزش ثقلی افزایش مییابد؛ در غیر این صورت گاز ایجاد شده در درون سنگ، نفوذپذیری سنگ را کاهش میدهد.
ه ـ وجود شکافها باعث یکنواخت تر شدن فشار آب یا گاز یا نفت در مخازن شکافدار میشود، لذا سطوح آب و نفت یا گاز و نفت یکنواخت تر خواهد شد.
و ـ فرایند اشاعه « گاز در گاز »12 یا « نفت در نفت »13 و یا « گاز در نفت»14 موجب به تعادل رسیدن ترمودینامیکی هر چه سریع تر سیالات موجود در مخزن میشود. به همین دلیل است که در جریان شبیه سازی این مخازن، فرایندهای «همرفت ـ اشاعه »15 را نمیتوان نادیده گرفت.
با توجه به مزیتهای فوق، مخازن شکافدار با نفوذپذیری کم را میتوان از نظر تجاری، با سرعت زیاد و هزینهها ی نسبتاً پایین تر از مخازن تک تخلخلی با همان مشخصات تخلیه کرد.
مخازن شکافدار دارای معایب زیر نیز هستند:
الف ـ وجود گسستگی های افقی باز یا بسته، تاثیر فرایند ریزش ثقلی بین گاز و نفت یا نفت و آب را در مقایسه با مخازن تک تخلخلی کاهش میدهد.
این امر در مقایسه با مخازن تک تخلخلی نشان میدهد که بازیافت نفت با یک ضخامت نفتی مساوی از یک بلوک نفتی در مخزن شکافدار بازیافتی کمتر از مخازن تک تخلخلی پیوسته دارد. این امر به دلیل وجود « ارتفاع ناحیه نگهدارنده »16 و « خصوصیت موئینگی سنگ مخزن»17 است. در واقع در مخازن شکافدار، ضخامت کل سنگ مخزن در جهت عمودی به قطعات یا بلوکهای جدا از هم تقسیم میشود و این بلوکها به طور مشابه با خصوصیاتی متفاوت تکرا میشوند. در صورتی که در مخازن تک تخلخلی در وضعیت فوق این گونه قطعات جدا از هم وجود ندارد. لذا میزان نفت غیر قابل استحصال در مخان تک تخلخلی بیش از مخازن شکافدار بوده و در حالیکه سرعت استحصال نفت در مخازن شکافدار نسبت به مخازن تک تخلخلی در شرایط مساوی بالاتر است.
بعضی از افراد به دلیل عدم شناخت مکانیسم بازیافت نفت در مخازن شکافدار استنباط نادرستی دارند. و تصور میکنند که در مخازن شکافدار همواره یک فشار « موئینگی پیوسته»18 درون بافتی وجود دارد. تولید از مخازن شکافدار در کشورهای مختلف نشان میدهد که در بهرهبرداری دراز مدت از آنها، فرایند « موئینگی پیوسته » در این گونه مخازن قابل توجه نیست؛ برای مثال، اگر فشار موئینگی درون بافتی پیوستهای در میادین هفتکل یا آغاجاری وجود میداشت میزان بازیافت نفت از آنها به وسیله گاز به 60 درصد میرسید، در حالی که ضریب بازیافت نفت در میدان هفتکل در بخش گازی آن به حدود 28 درصد و در آغاجاری به 35 درصد میرسد.
ب ـ کاربرد روش امتزاجی جهت بالا بردن ضریب بازیافت نفت در مخازن شکافدار، مستلزم استفاده از حجم زیادی کندانسه است که این امر از نظر اقتصادی توجیه پذیر نیست.
بنابراین نتیجه میگیریم که فرایند جا به جایی نفت از طریق گاز یا آب در مخازن شکافدار و تک تخلخلی مشابه یکدیگر است، با این تفاوت که بازیافت نفت در مخازن شکافدار به دلیل شکستگی سنگ مخزن و کوتاه شدن ارتفاع بلوکهای ماتریسی کمتر از مخازن تک تخلخلی است.
- چرا ضریب بازیافت نفت از مخازن ایران در مقایسه با نقاط دیگرجهان پایین تر است؟
قبل از ورود به این بحث لازم است مکانیسمهای جا به جایی نفت را به دو روش زیر مورد بررسی قرار دهیم.
الف ـ « جا به جایی نفت به طرف جلو»19 یا به عبارت بهتر « جا به جایی با استفاده از فشار»20
ب ـ جا به جایی از طریق « ریزش ثقلی» یا به عبارت بهتر « جا به جایی به صورت طبیعی »21
که بر اثر اختلاف وزن مخصوص بین مایع تزریقی و نفت ایجاد میشود. این فرایند در یک سیستم متخلخل مرتفع به صورت فیزیکی اندازهگیری شده22، و به لحاظ نظری نیز مشخص شده است23 که اختلاف فاحشی بین بازیافت نفت در دو روش فوق الذکر وجود دارد. بازیافت نفت با روش کندتر « ریزش ثقلی» از بازیافت نفت با روش سریع « جا به جایی رو به جلو» بیشتر است.
اما در اوایل دوره تولید، روش بازیافت نفت از طریق جا به جایی سریع رو به جلو از روش جریان نفت از طریق ریزش ثقلی، عملکرد بهتری دارد. بر اساس میزان تزریق، بازیافت نفت از طریق ریزش ثقلی میتواند تا دو برابر روش جا به جایی رو به جلو یا « استفاده از فشار» باشد24.
از مجموعه بررسیها چنین بر میآید که باز یافت نفت در مخازن تک تخلخلی اصولاً تابعی است از نفوذپذیری سنگ مخزن، سرعت جا به جایی، فشار موئینگی و میزان « سیال دوستی»25 سنگ مخزن. در صورتی که سایر عوامل فوق ثابت فرض شوند، میزان نفت اشباع شده باقیمانده تابعی از سرعت جا به جایی نفت خواهد بود. در این صورت در حالت جا به جایی از طریق ریزش ثقلی، میزان نفت باقی مانده کمتر و در حالت جا به جایی با فشار یا رو به جلو، میزان نفت باقی مانده بیشتر خواهد بود.
قابل ذکر است که در مخازن شکافدار، شکستگیها به مثابه محدود یا اضلاع بلوکها عمل میکند و به همین دلیل فرایند جا به جایی رو به جلوی نفت در چنین سیستمی به جز در حوزههای خیلی نزدیک به چاههای تزریقی کارامد نیست.
فرایند سریع جا به جایی نفت به طرف جلو، همرا با فشار موئینگی چندان قابل توجه نیست، زیرا نیروهای « گرانروی»26 در حال حرکت از نیروهای ناشی از فشار موئینگی بیشتر است. این در حالی است که در فرآیند جا به جایی بر اساس ریزش ثقلی، به علت آهسته بودن جا به جایی، فشار موئینگی نقش بارزی در نگهداری نفت در بلوکها ایفا میکند. از طرف دیگر، سرعت بالای تزریق در سیستم تک تخلخلی موجب میشود که سیال تزریقی از بخش میانی خلل و فرجهای کوچک عبور نموده و لذا نفت قابل ملاحظهای بر جای میگذارد.
برای مقایسه عوامل کاهش بازیافت نفت ازمخازن ایران با مخازنی که دارای بازیافت بالاتری هستند لزوماً باید این مخازن را تحت شرایط یکسان مقایسه کرد. به عبارت دیگر، ناچاریم پرتقال را با پرتقال و سیب را با سیب مقایسه کنیم، نه اینکه سیب را با پرتقال.
به عنوان مثال ما نمیتوانیم میدان نفتی «لالی»27 ایران را با 10 درصد باز یافت با مخزن «لیک ویو»28واقع در امریکا با77 در صد بازیافت مقایسه کنیم. مخزن لالی مخزنی سنگ آهکی شکاف دار با میانگین نفوذ پذیری 1/0 میلی دارسی با فشار موئینگی بالا و عمدتاً «نفت دوست»29 است، در صورتی که مخزن لیک ویو30 مخزنی تک تخلخلی از جنس سنگ ماسهای با نفوذپذیری 2000 میلی دارسی و با فشار موئینگی بسیار پایین و «آب دوست»31 است. اگر مخزن لالی در امریکا کشف و از آن بهرهبرداری میشد حتی 10 درصد نفت آن را بهرهبرداری نمیکردند زیرا آنها با استفاده از روش سریع در بهرهبرداری، این میدان را بسیار کمتر از آنچه که میتوانست تولید کند به اتمام میرساندند.
مثال مناسب دیگر مقایسه مخزن شکاف دار «اسپرابری»32 در امریکا با میانگین نفوذ پذیری 1/0 میلی دارسی با میدان نفتی هفتکل در ایران است.این دومیدان دارای نفوذ پذیری تقریباً یکسان هستند، اما میزان نسبی تولید روزانه از میدان نسبی هفتکل به مراتب پایین تر از میدان اسپرابری در ابتدای بهرهبرداری میباشد.
ضریب بازیافت نفت به صورت طبیعی در هفتکل حدود 22 درصد است در صورتی که ضریب باز یافت طبیعی نفت در میدان اسپرابری کمتر از 8 درصد بوده است، ولی آنها بیش از 3000 حلقه چاه در ایران حفر کردند، در حالی که میزان نفت در جا در این میدان 2 میلیارد بشکه و میزان نفت در جا در میدان هفتکل حدود 7 میلیارد بشکه است و حال آنکه تنها حدود 40 حلقه چاه در آن حفر شده است. پس از یک دوره کوتاه برداشت نفت به صورت طبیعی از میدان اسپرابری، برای مدت طولانی آب و متعاقب آن برای مدت کوتاهی co2 تزریق شد، در نتیجه کل بازیافت نفت از مخزن فوق تا کنون حدود 12 درصد بوده است.
در صورتی که فشار میدان نفتی هفتکل را به حد اولیه آن در تاج مخزن یعنی PSI 1420 33 رسانده شود، ضریب بازیافت نفت این مخزن به بیش از 27 درصد میرسد. از سوی دیگر اگر میتوانستیم فشار مخزن هفتکل را به حد اولیه فشار مخزن اسپرابری یعنی معادل PSI2250 افزایش دهیم، ضریب بازیافت نفت مخزن فوق به حدود 35 درصد میتوانست برسد.
تفاوت اصلی بازیافت نفت در میدان هفتکل و اسپرابری نشان دهنده آن است که میدان هفتکل اولاً با سرمایهگذاری بسیار پایین تر به نحو بهتر و صحیح تری بهرهبرداری شده است و ثانیاً تخلیه سریع از مخازن شکافدار، همواره افت شدیدی در بازیافت نفت به دنبال دارد.
نمونههای بالا نشانگر آن است که مخازن ایران با حداکثر ضریب بازدهی، تحت شرایط تخلیه طبیعی قرار داشتهاند و نباید آنها را با مخازنی که از ویژگیهای دیگری برخوردارند مقایسه کرد. در حقیقت ضریب بازیافت نفت در مخازن مشابه در کشور امریکا یا هر جای دیگر، فاصله بسیار زیادی با ضریب بازیافت نفت در ایران دارد، چنان که به نمونهای از آن در مورد هفتکل اشاره شد. بنابراین ضریب بازیافت نفت در ایران را نباید با هیچ جای دیگر جهان که دارای خصوصیات مخزنی متفاوت و دارای طبیعت تولیدی خاص خود است و یا از ویژگیهای دیگری برخوردارند مقایسه کرد.
با وجود این، در مطالعه تطبیقی ضرایب نفت از مخازن شکافدار ایران با مخازن مشابه در سایر نقاط جهان باید به موارد زیر توجه کرد.
الف ـ کشورهایی که دارای مخازن شکافدار از جنس سنگ آهک هستند ( مشابه آن چه در ایران وجود دارد ) غالباً در تملک شرکتهای دولتی است، مانند کشورهای مکزیک، عراق، عمان، لیبی و سوریه. این کشورها اطلاعات کافی در مورد ذخایر نفتی خود منتشر نمیکنند، به ویژه در مورد ضریب بازیافت نفت از آنها.
ب ـ مخازن نفت کشورهای فوق عموماً شکاف دار است، اما برای مثال مخازن نفتی کشور مکزیک غالباً دارای فشار بسیار بالاتری از « فشار نقطه اشباع»34 است و بخش عمدهای از بازیافت نفت ناشی از جریان انبساط سیال در سنگ مخزن است، در صورتی که بیشتر میدانهای نفت ایران از ابتدا در حدود فشار نقطه اشباع هستند و از انبساط سیال بسیار کمتری برخوردارند.
بنابراین برای مقایسه ضرایب بازیافت نفت از مخازن مکزیک با مخازن ایران در شرایط تقریباً یکسان، باید میزان بازیافت نفت را از فشار نقطه اشباع تا پایان طول عمر مخزن محاسبه و مقایسه کرد.
ج ـ بعضی از مخازن کشورهای فوق الذکر، حاوی غارهای بزرگ است مانند میدان نفتی کرکوک در عراق35 و یا قوار در عربستان و بعضی دیگر حاوی «حفرههای کوچک»36 مانند بسیاری از ذخایر نفتی مکزیک. ضریب بازیافت نفت از این مخازن به دلیل وجود غارهای بزرگ نفتی یا حوزهها به مراتب بیش از ذخایر مشابه آن در ایران است.
د ـ حدود 15 مخزن شکافدار در قسمت شمال شرقی سوریه وجود دارد که دارای نفت تقریباً سنگین و فشار کم است. این مخازن به وسیله متخصصین شوروی سابق و بدون تجربه کافی مورد بهرهبرداری قرار گرفته بود. میزان بازدهی این مخازن کمتر 16 درصد گزارش شده است که نسبت به موارد مشابه آن در ایران پایین تر است.
ه ـ در بسیاری از نشریات نفتی به میزان « تولید ـ فشار» مخازن مختلف اشاره میشود، ولی هیچ گاه از بازیافت نهایی دراین مخازن ذکری به میان نمیآید. این گونه نشریات معمولاً به میزان نفتی که در مدت زمانی معین استخراج میشود تکیه میکنند، بنابراین مرجع هستند و کافی در زمینه مقایسه مخازن وجود ندارد.
از توضیحات بالا پیچیدگی مسئله تا حدودی روشن میشود. به هر حال بر اساس اطلاعات منتشر شده موجود در مورد مخازنی که تا حدودی مشابه مخازن ایران هستند میتوانیم از روشهای درجه بندی استفاده کنیم تا تخمین بهتری از ضریب بازیافت به دست آوردیم. در ذیل به چند نمونه دیگر از این موارد اشاره میکنیم.
1-1. میدان نفتی فهود ( عمان )37
این میدان از جنس سنگ آهک با فشار کم و دارای نفت سبک است، شبیه آن چه در هفتکل وجود دارد. فرق اصلی این دو مخزن، ارتفاع بلوکهای آنها و نفوذپذیری سنگ مخزن است. در مخزن هفتکل ارتفاع بلوکهای ماتریسی حدود 10 پا نفوذپذیری 2/0 میلی دارسی است، در حالیکه در میدان نفتی فهود ار تفاع بلوکها بیش از 200 فوت و نفوذپذیری حدود 10 میلی دارسی است. میزان نفت اشباع باقیمانده در بخش گازی سنگ مخزن که به وسیله روش « نمودارگیری خاص»38 اندازهگیری شده در چاههای میدان نفتی فهود، حدود 40 درصد و در میدان هفتکل حدود 70 درصد است.
دلیل این اختلاف زیاد، اختلاف بین اندازه بلوکها و شاخص منحنی فشار موئینگی است که چندین سال قبل از اندازهگیریهای میدان نفتی فهود برای مخزن هفتکل ترسیم شده بود. شاخص فشار موئینگی این دو میدان کاملاً مشابه و هر دو دارای Sorg 39 حدود 40 درصد است.
با وجودی که در میدان هفتکل، میزان نفوذپذیری حدود 50 بار کمتر از میدان فهود است، عملکرد هر دو میدان رفتار مشابهی را نشان میدهند، در حالی که این عملکرد باید تا حدودی کمتر از میدان فهود باشد. دلیل عمده این امر آن است که نفت تولیدی از میدان هفتکل با سرعت کمتری از میدان فهود صورت گرفته است.
از سال 1972 تا 1987 در میدان نفتی فهود، تولید نفت همراه با تزریق آب انجام میگرفته است. این آب تزریقی در بازیافت نفت از سنگ مخزن ، تأثیر بسیار کمی داشته و بخش زیادی از آب تزریقی از چاههای مجاور استخراج شده است. از این رو تزریق آب به درون چاههای این میدان پس از 15 سال متوقف شده است.
این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
