ماهنامه اکتشاف و تولید نفت و گاز
پیاپی 106 (آبان 1392)

آنچه مسلم است صنعت حفاری یکی از ارکان و یا شاید اصلی ترین رکن اکتشاف و تولید نفت و گاز به شمار می رود و تحقق اهداف وزارت نفت مبنی برافزایش تولید نفت و گاز کشور بد ون برنامه ریزی جهت سازماند هی و توسعه این صنعت کلید ی امکان پذیر نخواهد بود . عملیات حفاری می تواند با هد فهای متفاوتی صورت گیرد از جمله: حفاری چاه های نفت وگاز در میاد ین توسعه نیافته، حفاری چاه های جدید در میاد ین تولید ی جهت حفظ توان تولید و جبران افت تولید سالانه و نیز حفر چاه های اکتشافی،تزریقی وتوصیفی.د ر همین راستا، ماهنامه اکتشاف و تولید قصد د ارد تا با انجام گفتگوهایی با جمعی از خبرگان صنعت حفاری، به برخی از مهمترین چالش ها و راهکارهای بهبود وضعیت این صنعت کلید ی کشور بپرد ازد . سوال محوری این گفتگوها،یافتن علت اصلی طولانی شدن مد ت زمان حفر یک حلقه چاه در کشور و عدم مشاهده روند بهبود وضعیت راند مان حفاری نسبت به سالهای گذشته خواهد بود . در این شماره،گزارش گفتگو با جناب آقای مهندس گلابکش و جناب آقای مهندس شوراب منعکس شده است. لازم بذکر است مهندس گلابکش عهده دار مسئولیتهایی چون رئیس اداره مهندسی حفاری شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب و شرکت نفت وگاز پارس بود هاست. همچنین، وی به عنوان نمایند ه شرکت نفت و گاز پارس در شرکت توتال (توسعه فازهای2و3) و مدیر پروژه های حفاری شرکت هالیبرتون در ایران فعالیت داشته است. مهندس شوراب نیز که بیش از 40 سال در صنعت حفاری کشور فعالیتهای موثر و فراوانی داشته است، پیش از این، رئیس عملیات حفاری اداره کل حفاری شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب و رئیس عملیات و رئیس اداره حفاری شرکت نفت مناطق مرکزی بود هاست. وی در حال حاضر و پس از بازنشستگی، معاون مد یرعامل شرکت حفاری شمال در پروژه های EPDC حفاری است. به طور مشخص هر چند در برخی موارد راهکارهای ارائه شده از سوی این دو متخصص حفاری کشور با یکد یگر متفاوت است اما برآیند این دو گفتگوی تحلیلی، آن است که ریشه بسیاری از مشکلات موجود در صنعت حفاری کشور زیربنایی بود ه و می باید آن را در ضعف مدیریت صحیح و کلان این بخش جستجو کرد و تا زمانی که این مشکلات به طور اساسی علاج نشوند ، نباید تحولی فراگیر، باد وام و نظام مند را انتظار داشت. پیش از ارائه مشروح این گفتگو، از جناب آقایان مهندس شوراب و مهندس گلابکش که صمیمانه پذیرای د عوت ماهنامه اکتشاف و تولید شد ند و تجارب ارزند ه خود را در اختیار ما قرارد اد ند ، تشکر و قد رد انی می شود . همچنین، به خوانندگان محترم ماهنامه این نوید داده می شود که در شماره های آتی نیز این مهم پیگیری شود .

اجرای عملیات حفر و تعمیر چاه های تولید ی و تزریقی و انجام کلیه خد مات تخصصی مربوطه یکی از مولفه های اصلی فعالیت های اکتشاف و تولید در مناطق خشکی و د ریا بود ه و به مثابه آغازین حلقه زنجیره صنعت عظیم نفت و گاز و کلید فتح مخازن می باشد . به همین د لیل اغلب شرکت های بزرگ نفتی با به کارگیری فن آوری های نوین و پیشرفته و در راستای تحقق حفاری های بهینه با هزینه های کمتر، ضریب موفقیت طرح ها را به لحاظ فنی و اقتصادی ارتقاء می بخشند ؛ به طوری که بد ون شک عمد ه ترین پیشرفت های علمی در صنعت نفت د نیا متعلق به فن آوری حفاری است [1]. ارائه سرویس ها و خد مات فنی حفاری در کنار تامین د کل حفاری و هم چنین مدیریت عملیات حفاری به عنوان سه راس مثلث صنعت حفاری و حلقه های اصلی زنجیره ارزش این صنعت به شمار می آیند . در این میان جهت نگهد اشت تولید نفت و گاز پس از اتمام عملیات حفاری و در مرحله بهره برد اری از چاه ها نیز کماکان نیاز به سرویس ها و خد مات فنی مورد اشاره از بین نمی رود . بد ین ترتیب با عنایت به افزایش روزافزون حجم عملیات حفاری، تکمیل و تعمیر چاه های اکتشافی، توسعه ای و در حال بهره برد اری (تولید ی و تزریقی) و د رخواست این گونه خد مات از طرف شرکت های توسعه د هند ه و بهره برد ار و هم چنین در راستای هماهنگی با برنامه های راهبرد ی وزارت نفت در توسعه میاد ین نفت و گاز و خد مات د هی به چاه های تولید ی و تعمیراتی، تمرکز بر توسعه کمی و کیفی این گونه خد مات و استفاده از فن آوری های جدید در این زمینه نیز اجتناب ناپذیر بود ه و از اولویت های اصلی بخش بالاد ستی صنعت نفت کشورمان به حساب می آید .

امروزه در بسیاری از عملیات حفاری، تکمیلی و بهره برداری، عدم آگاهی از وضعیت ژئومکانیکی محیط، خود، به نوعی ریسک بزرگ تلقی می شود. بسط یک مدل ژئومکانیکی پایدار از میدان مورد مطالعه، ریسک موجود را تا حد قابل قبولی کاهش می دهد و مزایای با ارزش دیگری در طی عمر بهینه میدان بوجود می آورد. ژئومکانیک مخزن یک دانش میان رشته ای، در مورد مکانیک سنگ، زمین شناسی ساختمانی و مهندسی نفت است و هدف آن شناسایی مشکلات و مسائلی است که در حین اکتشاف و یا استخراج از مخازن نفت و گاز، پیش می آید و تحت عنوان مسائل ژئومکانیکی معروف است. از یک نقطه نظر خاص، هر چاهی که حفر می شود، می تواند به عنوان یک آزمایش مکانیک سنگی قلمداد گردد. در سراسر زمین مولفه های مختلف استرس وجود دارند که در حال اعمال فشار به سنگهای موجود در زیر سطح زمین هستند؛ با حفر یک چاه، وضعیت استرس موجود، دچار برهم ریختگی می شود که تابعی از مکان و فاصله از دیواره چاه است و پاسخ سازند در برگیرنده چاه به این آشفتگی وضعیت استرس، تابعی از مقاومت سنگ و توان استرس موجود خواهد بود. علم ژئومکانیک سعی بر شناخت استرس های موجود در زمین دارد تا معلوم شود که آیا این استرس ها در یک حوضه ساده قرار دارند یا در منطقه ای که تقابل صفحات تکتونیکی موجود است. دانستن عواقب ناشی از فعالیت استرس ها در زمین برای داشتن یک حفاری ایمن، موثر است. استرس های زمین همچنین بر جوانب دیگری از ارزیابی و تکمیل مخزن اثر می گذارد و البته، جهت و مقدار آنها بر بروز و گسترش شکستگی ها موثر است. در این مطالعه سعی شده است به طور خلاصه ضمن تشریح یک مدل واقعی، به کاربردهای متنوع علم ژئومکانیک مخزن اشاره شود.

بهبود خواص سیال حفاری به عنوان یکی از پارامترهای مهم د رافزایش بازد ه عملیات حفاری همواره مورد توجه بود هاست. از راه های بهبود خواص این سیال، استفاده از نانوذرات کارآمد در ترکیب آن است. امروزه علوم نانو در تمامی عرصه های علمی وارد شده است. د راین نوشتار سعی شده تا تاثیر دو نانوذره بر روی سیال حفاری معمول پایه آبی مورد ارزیابی قرار گیرد . از اینرو با به کارگیری افزایه های مختلف معمول مورد استفاده در گل حفاری به همراه نانوذرات، تاثیر آنها بررسی شد ند . با آزمایش د قیق تر تاثیر مطلوب نانو ذرات بر حذف آلود گی های سیمانی، به صورت تخصصی اثر این مواد بر روی نقطه واروی (YP)، شاخص رفتار سیال (n) و شاخص پایداری(k) جهت بهبود سیال آلوده شده توسط سیمان در حین عملیات حفاری بررسی شد ند . عملیات سیمان کاری یکی از مراحل معمول در هر حفاری است که به د فعات جهت استقرار و تحکیم لوله های جد اری انجام می شود . به این ترتیب آلود گی های سیمانی زمان حفاری اجتناب ناپذیر است. سیلیکا به عنوان ماده است که در حفاری جهت مقاصد ویژه ای از جمله اقتصادی بود ن، آلود گی زیستی کمتر، پایداری بهتر د مایی و فشاری، روانکاری لوله های حفاری و بازدارندگی شیلی به کار می رود . با توجه به هزینه های معمول حفاری در هر فوت و اهمیت زمان در عملیات حفاری، می توان از نظر فنی و اقتصادی جایگزین نمود ن نانو فیوم سیلیکا را در سیال حفاری در مقابل افزود نی های معمول(که در این آزمایش یکی از پرکاربرد ترین آن ها –کربنات سد یم- به کار برده شد )، جهت بهبود سیال حفاری آلوده با سیمان توجیه نمود . افزایش شاخص سیال با افزود ن نانو فیوم سیلیکا در سیال پایه از دیگر نتایج به دست آمده در این آزمایش بود .

یکی از روش های مهم افزایش برد اشت در مخازن نفتی، سیلاب زنی شیمیایی است. بررسی عملکرد و مقدار بازد هاین فرآیند ها در میزان افزایش برد اشت نفت از مخازن به عوامل متعدد ی از جمله خواص سنگ و سیال مخزن بستگی د ارد و بنابراین یکی از مهم ترین مراحل در بررسی عملکرد این روش ها برای یک مخزن، مطالعه آزمایشگاهی مکانیزم های موجود و محاسبه توانایی عوامل شیمیایی در بازیافت نفت است. میکرومد ل ها به عنوان ابزاری موثر برای شبیه سازی آزمایشگاهی سیلاب زنی شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند . سیلاب زنی میکرومد ل نیز به عنوان روشی جهت بررسی کمی و کیفی عملکرد سیلاب زنی شیمیایی شناخته شده است. این مقاله به بررسی اجمالی مهم ترین و آخرین مطالعات و تحقیقاتی که در جهت بررسی عملکرد سیلاب زنی شیمیایی با استفاده از میکرومد ل ها انجام شده پرد اخته و بازه وسیعی از اهداف و فرآیند هایی که می توان با استفاده از میکرومد ل به بررسی آنها پرد اخت را ارزیابی کرده است. نتایج این تحقیق نشان د اد که از میکرومد ل ها می توان برای بررسی مکانیزم های مختلفی استفاده کرد ؛ چراکه میکرومد ل ها می توانند سیلاب زنی شیمیایی آزمایشگاهی را با د قت زیاد ی شبیه سازی کنند . این مقاله هم چنین وابستگی عملکرد سیلاب زنی شیمیایی به عواملی مثل غلظت ماده شیمیایی، نوع ماده شیمیایی و مشخصات محیط متخلخل توسط سیلاب زنی میکرومد ل را نشان داد.

یکی از مواردی که گاهی در تولید نفت به شیوه ی فرازآوری مصنوعی با گاز مشاهده می شود، پدیده ی ناپایداری است. این پدیده موجب قطع شدن جریان نفت گردیده و به تاسیسات سطح الارضی و تحت الارضی خسارات جدی وارد می کند. در این مقاله این پدیده و تاثیر مقدار فشار سرچاهی، عمق تزریق، نرخ تزریق گاز و اندازه ی روزنه تزریق در پایداری جریان بررسی می شود. آن گاه با در نظر گرفتن تاثیر تغییر این پارامترها بر مسائل اقتصادی و فنی، بهترین روش برای جلوگیری از ناپایداری مشخص می شود. روشی که در عین جلوگیری از پدیده ی ناپایداری و مشکلات آن، از نظر فنی نیز آسان و عملی بوده و از لحاظ اقتصادی نیز بیشترین توجیه اقتصادی را داشته باشد

افزایش روزافزون غلظت گاز گلخانه ای دی اکسید کربن در جو زمین باعث افزایش نگرانی و فشار جوامع بین المللی جهت کاهش و کنترل انتشار این گاز شده است. در این راستا روش های جمع آوری و ذخیره سازی دی اکسید کربن در مخازن زیرزمینی در سراسر جهان مورد توجه ویژه ای قرار گرفته است. از جمله روش های ذخیره سازی این گاز، تزریق آن در مخازن نفتی جهت ازدیاد برداشت می باشد. سالیانه حجم زیادی گاز طبیعی در صنعت نفت به منظور حفظ فشار یا ازدیاد برداشت به مخازن نفتی تزریق می شود. جایگزین کردن گاز ارزان تر دی اکسید کربن، علاوه بر ایجاد ارزش افزوده از طریق صرفه جویی در هزینه گاز تزریقی و نیز افزایش چشم گیر نفت تولیدی، به کاهش انتشار این گاز و بهبود رتبه ایران در انتشار دی اکسید کربن کمک شایانی خواهد بود. هدف اصلی این مطالعه ایجاد بانک اطلاعاتی جامعی شامل آمار منابع انتشار دی اکسید کربن در ایران به همراه حجم و غلظت آن می باشد که بر اساس نتایج آن اطلس انتشار دی اکسید کربن در ایران ترسیم شده است. در کنار این کار، غربالگری پارامتریک و فنی مخازن نفتی جهت تزریق دی اکسید کربن انجام شده است.

با تزریق ماده کاهش دهنده اصطکاک1 در خطوط لوله نفت خام و فرآورده، افت فشار ناشی از اصطکاک کاهش می یابد که این کاهش افت فشار قابل تبدیل به افزایش ظرفیت خط لوله است. در این مقاله تاثیر تزریق ماده کاهش دهنده اصطکاک با عنوان ExtraFlow DRA که محصول شرکت شعله آبی پارسیان است بر فشار و نرخ انتقال نفت خام توسط نرم افزار تخصصی این شرکت، درچهار خط لوله با مشخصات متفاوتی محاسبه گردید. سپس با استفاده از اطلاعات حاصل، خط لوله های مذکور در نرم افزار PIPESIM شبیه سازی شده و تاثیر تزریق ExtraFlow DRA پیش بینی گردید. در نهایت بر اساس نتایج حاصل از محاسبات کامپیوتری، آزمایش میدانی در این چهار خط لوله انجام گرفت. در پایان نیز نتایج حاصل از شبیه سازی و آزمایش میدانی ارائه گردید.

عملیات اسیدکاری با هدف تحریک طبقات تولید کننده نفت و گاز و جریان یافتن این طبقات به درون چاه انجام می شود. بخشی از اهدف انجام اسیدکاری سازندهای تولیدی در میادین نفت و گاز را می توان مشتمل بر احیاء کردن چاه های تولیدی، بازکردن خلل و فرج سازندهای تولیدی، افزایش تولید، افزایش نفوذپذیری سازند، تمیزکاری چاه، شستشو و تمیزسازی لوله ها، آزادسازی لوله های حفاری و به طور کلی کاهش ضریب پوسته در سازند دانست. متداول ترین روش های اسیدکاری که امروزه با توجه به اهداف مد نظر انجام می گیرد عبارتند از الف) اسیدکاری گسترده که از طریق شیرهای کناری واقع بر روی تاج چاه انجام می شود و در آن اسید به کمک پمپ به درون چاه رانده شده و تمامی ستون چاه را در بر می گیرد. ب) اسیدکاری موضعی که در آن اسید به کمک لوله مغزی سیار به درون چاه رانده می شود و تنها حد فاصل های معین مدنظر را اسیدکاری می کند. بسته به نوع سازند و هدف مدنظر از عملیات اسیدکاری، انتخاب نوع اسید، روش و سیستم اسیدکاری مناسب، استفاده از نرم افزارهای کامپیوتری که ویژه این کار طراحی شده اند و شناخت هرچه بهتر پدیده های فیزیکی و شیمیایی که در فرآیند اسیدکاری روی می دهند در افزایش بازده عملیات اسیدکاری بسیار موثر است. در این مقاله با استفاده از نرم افزار PANSYS عملیات اسیدکاری و تاثیر آن بر میزان بازیافت نفت در یکی از چاه های نفت یکی از مخازن نفتی ایران مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهد که اسیدکاری سازند تولیدی باعث افزایش تولید نفت از این چاه شده است.

وقتی که انرژی مخزن کمتر از انرژی لازم برای تولید مطلوب است، لازم است که یکی از روش های فرازآوری مصنوعی به کار رود تا انرژی لازم جهت بالا آوردن سیال به سطح را فراهم کند. فرازآوری با گاز به صورت پیوسته به عنوان رایج ترین روش فرازآوری مصنوعی است که در صنعت نفت استفاده می شود. در فرازآوری با گاز به صورت پیوسته گاز در فشار بالا در عمق مناسب در لوله مغزی تزریق می شود تا با مخلوط شدن گاز با نفت، زمینه تولید بیشتر آن را فراهم کند. هر چاهی یک نقطه بهینه در عملکرد فرازآوری با گاز دارد که در آن شرایط، بیشترین مقدار سیال را تولید می کند. به طور ایده آل، اگر محدودیتی در مقدار گاز در دسترس نباشد، گاز، به مقدار کافی می تواند به هر چاه تزریق شود تا بیشترین مقدار تولید از یک مخزن حاصل گردد، اگرچه معمولا مقدار گاز موجود محدود است. لذا جهت حداکثرکردن تولید، باید مقدار گاز تزریقی بهینه هر چاه مشخص گردد. دراین مطالعه، اختصاص گاز به 17 حلقه چاه مربوط به یکی ازمیادین جنوب ایران مورد بررسی قرارگرفته و هدف آن، تعیین میزان گازموردنیاز برای تزریق به هرچاه برای بیشینه کردن هر دو بازده تولیدی واقتصادی میدان است. باتوجه به پیچیدگی های مساله و توجه روزافزون به سیستم های هوشمند، درحل این مساله از یکی از الگوریتم های تکاملی به نام الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان دهنده افزایش قابل توجه نرخ تولید میدان تنها با تزریق گاز تولیدی ازخود مخزن است.

د ر این مقاله، روش نیولی- میریل[1] که یکی از روش های معمول در گروه بندی عناصر هید روکربوری است، توسعه داده شد ه، عملکرد آن در شبیه سازی فرآیند تزریق گاز امتزاجی بررسی می گردد . روش گروه بندی بکارگرفته شده بر اساس حد اقل نمود ن تفاوت بین ثابت های تعاد ل عناصر اولیه با ثابت های تعاد ل شبه جزء ها1 استوار است. پس از این مرحله، با استفاده از قوانین اختلاط تجربی، روابطی برای محاسبه خواص هریک از شبه جزء ها از قبیل درجه حرارت بحرانی، جرم مولکولی، فشار بحرانی و ضریب بی مرکزی ارائه می گردد . نتایج بکارگیری روش توسعه داده شده در شبیه سازی آزمایش های معمول فشار- حجم- دما و همچنین شبیه سازی ترکیبی آزمایش لوله قلمی2 مربوط به سیال یکی از مخازن هید روکربوری کشور، تطابق قابل قبولی با داده های آزمایشگاهی نشان می دهد . مقایسه زمان محاسباتی شبیه سازی ترکیبی بین دو حالت قبل و بعد از گروه بندی عناصر حاکی از کاهشی بیش از 50% در زمان محاسباتی است. این روش، در ابتدا برای سیستمهای سیال گاز میعانی ارائه شده اما در این پژوهش، کارائی آن در سیستمهای نفتی نیز به اثبات رسید هاست.

در پروژه های ژئومکانیکی آگاهی از مقاومت دیوارهی چاه های حفاری شده ضروری است. این امر با انجام آزمایشهای مکانیک سنگی مانند مقاومت فشاری تکمحوره و سهمحوره امکانپذیر است. اما انجام این آزمایشها اولا پرهزینه و وقتگیر است؛ ثانیا نمونه های مغزه برای انجام این آزمایشها همیشه در دسترس نیست و ثالثا بیشتر مشکلات مربوط به ژئومکانیک در ارتباط با در دسترس نبودن نمونه های مغزه برای انجام تستهای آزمایشگاهی است. در حقیقت، در بیشتر موارد، نمونه های مغزه مربوط به سازندهای خرد شده، برای انجام تستهای آزمایشگاهی در دسترس نیستند. آزمایشهای مقاومت فشاری تک محوره(UCS1)، ازجمله آزمایشهای مکانیکسنگی است که برای تعیین خصوصیات فیزیکی سازندهای حفاری شده در ژئومکانیک بکار میرود. به دلیل مشکلات ذکر شده، در ژئومکانیک مخزن برای تعیین مقدار مقاومت تک محوره از نگارهای چاه استفاده میشود. از خصوصیات مقاومت تک محوره بدست آمده از نگارهای چاه پیوسته بودن مقدار مقاومت تک محوره در طول چاه حفاری شده است. برای تعیین مقاومت تکمحوره از طریق نگارهای چاه، یکسری روابط تجربی توسط متخصصین چاهنگاری ارائه و از شبکه های هوشمند نیز استفاده شده است. در این راستا، هدف از مقاله حاضر، تعیین مقدار مقاومت تک محوره با استفاده نگارهای چاه و ماشین برداری پشتیبان (SVM2)، و در نهایت کالیبره کردن آنها از طریق مغزه های آنالیز شده در آزمایشگاه است.

براساس داده های میدانی، روش های فراوانی برای کاهش هزینه های حفاری در چاه های نفت و گاز وجود دارد. یکی از این روش ها، دستیابی به حداکثر سرعت حفاری با بهینه کردن پارامترهای حفاری است. پارامترهای فراوانی بر سرعت حفاری تاثیر دارند. بنابراین توسعه یک رابطه منطقی بین این پارامترها برای انتخاب نرخ نفوذ4 لازم است. در اینحالت، شبکه های عصبی مصنوعی میتواند در برقراری ارتباط بین این متغیرها سودمند باشد. در مطالعات، روابط بسیاری برای تخمین نرخ نفوذ وجود دارد. در این مقاله، بعد از محاسبه و تخمین مدل مناسب، از داده های میدانی جهت اعتبارسنجی استفاده شده است. این مطالعه مقایسهای است بین نتایج حاصل از شبکه مصنوعی و روابط تجربی موجود جهت تخمین مقدار نرخ نفوذ مناسب که منجر به کاهش زمان حفاری و در نتیجه کاهش هزینه های حفاری برای چاه های مجاور میشود.

روش های گوناگونی برای تخمین عمق بیهنجاری های میدان پتانسیل وجود دارد. آنالیز طیف توان یکی از این روش ها می باشد که در ابتدا توسط روش اسپکتور و گرنت انجام می شد. در روش مذکور منشا آنومالی به صورت رندوم و ناهم بسته در نظر گرفته می شد. این روش در بخش های مختلفی از جهان مورد استفاده قرار گرفته است. مطالعات مربوط به حفاری های KTB نشان داد که فرض های روش اسپکتور و گرنت در مورد منشا آنومالی صحیح نیست. روش آنالیز طیف توان اصلاح شده حاصل از داده های میدان های گرانی و مغناطیس به منظور یافتن مقادیر عمق و خواص آماری مربوط به توزیع منشا آنومالی با در نظر گرفتن توزیع واقع گرایانه برای این منشاها یک روش سودمند و کاربردی است. تفسیر داده های مربوط به میدان های گرانی و مغناطیس به دلیل اجتناب از پیچیدگی های ریاضی مربوط به محاسبه طیف عموما در حوزه فرکانس انجام می شود. اگر طیف توان بدست آمده از تبدیل فوریه داده های میدان پتانسیل در مقابل مقادیر عدد موج تصویر شود، فاکتورهای زیادی مانند گسترش سطحی منشا آنومالی، عمق منشا آنومالی، ضخامت آن و فاکتورهای مربوط به تباین خواص فیزیکی مانند چگالی یا مغناطیدگی در شکل آن دخالت دارند، اما فاکتور غالب در شکل طیف بدست آمده فاکتور عمق منشا آنومالی است.