ماهنامه اکتشاف و تولید نفت و گاز
پیاپی 135 (شهریور 1395)

آنالیز خواص سنگ های مخازن به دلیل گستردگی و پیچیدگی، دارای دشواری های بسیار زیاد است و این مشکل زمانی پررنگ تر می گردد که بر خلاف دیگر حوزه های مهندسی نفت، نرم افزاری برای این منظور به صورت تجاری موجود نیست که دلیل عمده این فقدان نیز همان گستردگی بسیار بالای مباحث مربوط به خواص سنگ نسبت به حوزه های دیگر مانند خواص سیالات می باشد. این عامل باعث گردیده تا مطالعات مربوط به خواص سنگ تا حدود زیادی غیر بهینه و کاملا سلیقه ای باشد که این مهم با بررسی مطالعات خواص سنگ های پیشین کاملا مشخص و مبرهن است. همچنین یکی از مهم ترین و البته پرهزینه ترین فرآیندهای مطالعات خواص سنگ، مطالعات آنالیز ویژه خواص سنگ هاست و هرچه تعداد نمونه های ارسالی برای آنالیزهای ویژه بالاتر باشد، هزینه و زمان زیادی نیاز خواهد شد. این انتخاب نمونه نیز تاکنون بسیار غیربهینه و سلیقه ای بوده است. بنا به این دلایل، توسعه نرم افزاری برای آنالیز سیستماتیک و هماهنگ داده های روتین و پیش مطالعه آنالیزهای ویژه مغزه های نفتی در دستور کار اداره سیستم های مهندسی مخازن شرکت ملی مناطق نفت خیز جنوب قرار گرفت که نتایج آن در قالب نسخه اول نرم افزار ROCSEL معرفی می گردد.

یکی از اهداف اصلی طراحان قراردادهای IPC، در کنار ایجاد ارزش افزوده از طریق توسعه میادین نفت و گاز و جذب سرمایه خارجی، انتقال فناوری مرتبط با صنعت نفت به کشور است. با توجه به لزوم انطباق مفاهیم اصلی این الگو قراردادی با اصول اقتصاد مقاومتی، یکی از سوالات مطرح در سطح نخبگان، چگونگی لحاظ کردن سیاست های اقتصاد مقاومتی در تهیه این قراردادهاست. این نوشتار به دنبال آن است تا به این سوال از جنبه نقش انتقال فناوری و نسبت آن با اقتصاد مقاومتی در این نوع قراردادها بپردازد و با نگاهی به ماهیت و طبقه بندی فناوری در بالادستی، با استفاده از مفهوم حوزه هدف فناوری و سطح بندی آن، الگویی برای بهبود فرایند انتقال فناوری در قراردادهای IPC ارایه نماید.

فرایندهای بهبود بهره وری1 (IOR) به طور کلی تمام اقداماتی که باعث افزایش بازدهی از مخازن نفتی و گازی شود را در برمی گیرند. هدف اصلی از انجام این مقاله توسعه ی راهبردهای مدیریت IOR در مخازن نفتی و گازی ایران می باشد زیرا بازدهی این مخازن پایین است. برای رسیدن به این هدف، مصاحبه با متخصصان با تجربه ی ایرانی به عنوان روش جمع آوری اطلاعات و پی بردن به چالش های صنعت نفت ایران در حوزه ی فرایندهای IOR انتخاب شد. این چالش ها در دسته های زیر مورد بررسی قرار گرفتند : منابع انسانی، فناوری، منابع مالی، اهمیت فرایندهای IOR، سلامت، ایمنی و محیط زیست2 (HSE) و در نهایت اقدامات فنی مرتبط با تولید. در پایان هر دسته بندی، راهکارهای توصیه شده بوسیله ی کارشناسان برای حل چالش ها ارائه شده است. به عنوان بخشی از نتایج این مطالعه، وابستگی اقتصاد کشور به نفت و گاز، سطح پایین فناوری و مدیریت کوتاه مدت به عنوان مهمترین چالش های صنعت نفت شناخته شدند. تعامل سازنده با شرکت های بین المللی، ایجاد نظام یکپارچه ی مدیریت مخازن، اصلاح سیستم مدیریت انتقال دانش و در نهایت کاهش ریسک سرمایه گذاری در ایران از طریق طراحی نسل جدید قراردادهای نفتی و گازی از جمله مهمترین راهکارها برای غلبه بر چالش ها و مشکلات پیش روی افزایش بازدهی از مخازن است.

در این مقاله یافته های جدید در خصوص ساختارهای موثر بر کیفیت مخزنی سازند آسماری در یکی از میادین شمال غرب خلیج فارس با استفاده از نمودارهای تصویری FMI یکی از چاه ها ارائه شده است. براین اساس، ابتدا نمودارهای تصویری چاه مورد مطالعه در نرم افزار ژئولاگ (نسخه 7) مورد پردازش و تصحیح قرار گرفت. سپس بر روی این تصاویر، انواع ساختارهای طبیعی و مصنوعی شناسایی و تفسیر گردید و جهت گیری آنها اندازه گیری شد. انواع ساختارهای شناسایی شده در مخزن آسماری عبارتند از: لایه بندی، لایه بندی چلیپایی، استیلولیت های موازی و عمود بر لایه بندی، انواع شکستگی های باز و بسته یا پرشده، و نیز انواع شکستگی های مصنوعی. به منظور بررسی و تحلیل داده های جهت گیری سیماهای ساختاری، انواع نمودارهای آماری (نظیر نمودار گل سرخی) ترسیم گردید. نتایج تحلیل جهت گیری سیماهای ساختاری نشان می دهد که لایه بندی در این چاه تقریبا به صورت افقی است. به علاوه، انواع شکستگی های باز (با الگوی ساختاری طولی و عرضی)، شکستگی های بسته (با الگوی ساختاری طولی)، شکستگی های احتمالی (با الگوی ساختاری طولی و مورب)، و نیز انواع استیلولیت ها در این چاه توسعه یافته اند. مقایسه توزیع فراوانی انواع سیماهای ساختاری با نمودارهای تخلخل (نوترون ، چگالی و سونیک) مشخص کرد که شکستگی های باز باعث بهبود کیفیت آسماری مخزن شده اند، لیکن استیلولیت ها و شکستگی های پرشده به مقدار زیادی کاهش کیفیت مخزن را به همراه داشته اند. در چاه مورد مطالعه مقدار تخلخل موثر و کل به سمت پایین افزایش یافته که این افزایش در بخش ماسه سنگی غار کاملا مشهود است. بررسی ها همچنین نشان داد که بخش ماسه سنگی غار از پتانسیل مخزنی بالایی برخوردار بوده و برای حفاری های جدید مناسب است. بنابراین، با توجه به تاثیر سیماهای ساختاری بر کیفیت مخزنی سازند آسماری در میدان مورد مطالعه پیشنهاد می شود که هرگونه حفاری آتی با توجه به توزیع و جهت گیری سیماهای ساختاری (به ویژه شکستگی های باز) طراحی شود.

سازند فهلیان با سن نیوکومین- بارمین بخشی از گروه خامی است که از مخازن مهم هیدروکربنی در جنوب باختر ایران می باشد. بر پایه مطالعه پتروگرافی برش های نازک تهیه شده از تراشه های حفاری چاه های کوشک-1 و حسینیه-3 واقع در فروافتادگی دزفول، گروه های رخساره ای سازند فهلیان در قالب چهار کمربند رخساره ای دریای باز، حاشیه شلف/ سد، لاگون و پهنه کشندی، در این سازند شناسایی و تفکیک شده است. هدف این مطالعه بررسی فرایندهای دیاژنزی و تاثیر آن برکیفیت مخزنی سازند فهلیان است. بررسی رویدادهای دیاژنزی نشان داد که سیمانی شدن، انحلال، دولومیتی شدن، نوریختی، میکرایتی شدن، زیست آشفتگی، انحلال فشاری و تراکم، رایج ترین فرایندهای دیاژنزی موثر بر سازند فهلیان در میدان یادآوران می باشند. از میان فرایندهای یاد شده، سیمانی شدن و تراکم فیزیکی باعث از بین رفتن تخلخل، و انحلال و دولومیتی شدن موجب افزایش آن شده است. استیلولیتی شدن در پاره ای موارد به خاطر دولومیتی شدن و انحلال در امتداد آن باعث افزایش کیفیت مخزن و در پاره ای موارد به دلیل تمرکز بقایای انحلال، باعث ایجاد سدهای تراوایی شده است. در برش های نازک مطالعه شده، تخلخل های مشاهده شده از نوع قالبی، حفره ای بین دانه ای و شکستگی است.

شبیه سازی مخازن به دلیل ناهمگونی سنگ مخزن یکی از پیچیده ترین فعالیت ها در مهندسی نفت است. منظور از ناهمگونی، توزیع نامنظم اجزای تشکیل دهنده سنگ در کنار یکدیگر است که موجب می شود رفتار سنگ مخزن به درستی قابل پیش بینی نباشد. نظریه واحد جریان سیالات به منظور غلبه بر این سردرگمی بیان شده است به گونه ای که در این نظریه واحدهای هیدرولیکی مرتبط با خصوصیات زمین شناسی، جریان سیال در محیط متخلخل را کنترل می کنند. مهمترین پارامتری که بر جریان سیال در این محیط تاثیرگذار است، ویژگی هندسی گلوگاه های موجود در منافذ سنگ می باشد که این ویژگی های هندسی به نوبه خود تحت تاثیر عواملی همچون کانی شناسی (نوع، فراوانی و محل قرارگیری) و بافت سنگ (اندازه دانه، شکل دانه و جورشدگی) قرار دارند. واحدهای جریان هیدرولیکی عموما از روی داده های مغزه و در آزمایشگاه به دست می آیند که به واقع کار دشوار و زمان بری می باشد. بنابراین به کارگیری روش هایی که از نگارهای موجود از چاه برای به دست آوردن واحدهای جریان هیدرولیکی بهره می گیرند بسیار موردتوجه قرار گرفته اند. یکی از این روش ها روش جنگل تصادفی است. هدف از ارائه این مقاله، استفاده موردی از الگوریتم جنگل تصادفی برای تعیین واحدهای جریان هیدرولیکی از روی نمودارهای چاه نگاری در چاه هایی است که فاقد داده های مغزه هستند. نتایج به دست آمده از این مقاله نشان می دهد روش جنگل تصادفی به خوبی قابلیت تعیین واحدهای جریان هیدرولیکی در چاه های جنوب غرب ایران را با دقت 81 درصد داراست. همچنین این نتایج با نتایج ارزیابی پتروفیزیکی و تراوایی حاصل از ابزار DSI مقایسه و مشاهده شده است که نتایج به دست آمده از تطابق بالایی با یکدیگر برخوردارند. بنابراین روش جنگل تصادفی می تواند به عنوان روشی کم هزینه و موثر در مقابل آنالیز آزمایشگاهی و پرهزینه مغزه در صنعت مورد استفاده قرار گیرد.

حمل بهینه ی کنده های حفاری یکی از ضروری ترین وپیچیده ترین پارامترهای حفاری به خصوص درحفاری جهت دار بوده که نقش به سزایی درکاهش هزینه های حفاری و افزایش برداشت ازمخزن ایفا می کند. بحث انتقال کنده های حفاری از فضای حلقوی به بیرون ازچاه تحت تاثیر پارامترهای زیادی بوده که بررسی آنها می باید به صورت هم زمان صورت پذیرد. دراین زمینه، تحقیقات فراوانی صورت گرفته و منجر به ارائه فرمول های تجربی زیادی شده است. اما استفاده از این روابط منوط به دسترسی به امکانات آزمایشگاهی و داده های مربوط به دستگاه های خاص آزمایشگاهی است که در عمل غیر ممکن به نظر می رسد. ازاین رو دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان یک ابزار مدل ساز دربازه ی وسیعی از مهندسی نفت نتایج موفقیت آمیزی به جای گذاشته است و از آنجایی که قابلیت در نظرگرفتن جریان چند فازی به همراه انعطاف پذیری مناسب درتغییر پارامترها را دارد، موجب شده که بدون ایجاد تغییرات سخت افزاری در دستگاه، نتایج مناسبی بدون صرف وقت زیاد و هزینه حاصل گردد. در این پروژه، بعد از شبیه سازی مدل توسط دینامیک سیالات محاسباتی، نتایج پیش بینی شده به کمک نرم افزار با نتایج داده های آزمایشگاهی به دست آمده از دستگاه شبیه ساز حمل کنده های حفاری در آزمایشگاه حفاری دانشکده ی نفت دانشگاه صنعتی امیرکبیر مقایسه و راستی آزمایی می گردند. سپس با استفاده از الگوریتم طراحی آزمایش، شرایط مختلف پارامترهای کلیدی موثر بر انتقال کنده ها ازجمله دبی سیال حفاری، اندازه ی کنده های حفاری شده، سرعت چرخش رشته ی حفاری و زاویه ی انحراف چاه شبیه ساز CFD مدل سازی شده و در نهایت، اثرتغییر تک تک این پارامترها بر رفتار انتقال کنده های حفاری مورد واکاوی قرار می گیرد.

در دهه های گذشته با توجه به افزایش قیمت سوخت های فسیلی، بررسی منابع نامتعارف هیدروکربوری به ویژه شیل های نامتعارف از سوی بسیاری از کشورها از جمله ایالت متحده آمریکا مورد توجه قرار گرفته است. شیل ها1 سنگ های رسوبی دانه ریزی هستند که در محیط های آرام رسوب می کنند و تخلخل بالا و نفوذپذیری بسیار پایینی در حد نانودارسی دارند. شیل، بسته به مقدار و نوع مواد آلی و میزان پختگی می تواند هم به عنوان شیل نفتی و هم شیل گازی شناخته شود. در مقاله پیش رو خصوصیات این دسته از منابع نامتعارف مرور گردیده است. از نظر خواص شیمیایی، در مقایسه با نفت خام، نفت شیل سنگین و ویسکوز بوده و به علت وجود مقادیر بالای ترکیبات اکسیژن دار و نیتروژن دار، دارای گراویته ویژه بالا در حدود 9/0-1 است. خواص مکانیکی شیل نفتی تحت تاثیر درجه حرارت بوده و خصوصیات مکانیکی آن در شرایط دمایی مختلف متغیر است. آنالیزهای پتروفیزیکی نمونه های شیلی شامل محاسبه تخلخل، اشباع آب، چگالی و... بوده که با داده های حاصل از تجزیه مغزه کالیبره می شوند. تکنیک های چاه پیمایی توسعه یافته برای شیل های نفتی، برای شیل های گازی هم کاربرد دارند. شیل های نفتی با استفاده از حفاری سطحی و یا برجا برداشت می شوند. شیل گازی به عنوان سنگ دانه ریز غنی از مواد آلی دارای ذخیره اقتصادی گازی تعریف می شود. گاز می تواند در شکستگی ها، منافذ و یا به صورت جذب شده در سطح رس یا کروژن حضور داشته باشد. شیل های گازی با برانگیختگی از طریق شکستگی برداشت خواهند شد. پارامترهای بررسی شیل های گازی شامل مقدار کل کربن آلی و میزان بلوغ است. وجود شیل های نفتی و گازی در ایران به اثبات رسیده است.

در این تحقیق به منظور سهولت در محاسبه برخی از پارامترهای مهم گل حفاری و ارائه سریع نتایج، طراحی و ایجاد شبیه ساز جریان گل حفاری در دستور کار قرار گرفت. از آنجایی که حرکت گل حفاری در سیستم گردش گل، به خصوص درمحیط آنالوس چاه های حفاری عمودی و جهت دار، از پیچیدگی هایی برخوردار است، به کمک شبیه سازی CFD، برخی از پارامترهای گل حفاری محاسبه و بررسی گردید. ابعاد آنالوس حفاری با توجه به یکی از چاه های میدان نفتی اهواز انتخاب گردید. در ادامه، به منظور تسریع در دستیابی به نتایج شبیه سازی، به کمک شبکه ی عصبی مصنوعی رابطه میان پارامترهای عملیاتی ایجاد شد. سپس، با استفاده از رابط گرافیکی نرم افزار متلب، شبیه ساز جریان گل حفاری طراحی و ایجاد گردید. در این نرم افزار سعی شده است اطلاعاتی متفاوت با سایر نرم افزارهای موجود، در اختیار کاربر قرار گیرد. این اطلاعات شامل میزان حمل کنده های حفر شده، افت فشار کل سیستم گردش گل، میزان تنش وارده بر روی لوله حفاری و کمترین دبی مورد نیاز برای حمل کنده می باشند. جهت محاسبه این پارامترها، از کاربر مشخصات مورد نیاز سیستم گردش گل، چاه، سیال و کنده گرفته می شود. از ویژگی های مهم این نرم افزار، پاسخگویی سریع به کاربر می باشد. همچنین این نرم افزار قابلیت تعیین بهترین مدل رئولوژیکی گل حفاری مورد استفاده را دارد.

طی یک دهه ی اخیر، استفاده از نانو ذرات به منظور بهبود فرآیندهای ازدیاد برداشت نفت، توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده است. بیشترین کاربرد نانو ذرات در فرآیندهای ازدیاد برداشت شیمیایی گزارش شده است، جایی که این ذرات با تغییر ترشوندگی سنگ مخزن، سبب بهبود بازیافت نفت می شوند. هدف اصلی این پروژه مطالعه تاثیر نانو سیالات بر پارامتر های موثر بر ازدیاد برداشت نفت می باشد. بنابراین ابتدا با استفاده از نانو ذرات اکسید آلومینیوم و کربنات کلسیم نانو سیالات طراحی می شوند. اثر این سیالات بر تغییرات ترشوندگی مقاطع نازک سنگ کربناته، در سه غلظت مختلف بررسی شده است. این سیالات دارای PH اولیه اسیدی می باشند که با افزودن عامل بازی به آنها تاثیر آلکالین نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که اولا ترشوندگی سنگ با این سیالات از حالت شدیدا نفت دوست به حالت شدیدا آب دوست تغییر کرده است. ثانیا، نانوسیالات از پتانسیل بالایی برای استفاده در فرآیندهای ازدیاد برداشت نفت برخوردارند. نهایتا اگر سیالات حاوی نانو ذرات اکسید آلومینیوم و کربنات کلسیم را با یکدیگر مقایسه کنیم، تفاوت قابل ملاحظه ای میان آنها وجود ندارد ولی در هر صورت سیالات حاوی نانو ذرات اکسید آلومینیوم عملکرد بهتری از خود نشان داده اند.

سرعت عملیات شبیه سازی مخازن به دلیل پیچیدگی های ساختاری در توصیف مدل استاتیک و زیاد بودن تعداد معادلات در مدل دینامیک، همواره یکی از چالش های علم مهندسی مخزن بوده است. شبیه سازی سریع، تابع فاکتورهای متعددی از جمله روش حل عددی معادلات، شیوه پیکربندی، توان سخت افزاری و غیره می باشد. از میان روش های حل عددی معادلات حاکم بر مخزن، روش صریح ساده تر و به مراتب سریع تر از سایر روش هاست اما در حالتی که گام زمانی بزرگ برای حل معادلات انتخاب شود، در نواحی ناهمگن مخزن و به طور کلی در هر مکانی که تغییرات فشار و یا اشباع نسبتا زیاد باشد، روش صریح کارایی خود را از دست داده و از نظر عددی ناپایدار می شود. هدف از این تحقیق استفاده از سرعت روش صریح و درعین حال از بین بردن ناپایداری عددی آن است. برای بررسی تکنیک شبیه سازی سریع، یک مدل ناهمگن سه بعدی و دو فازی در نظر گرفته شده و با روش تفاضل محدود کد نویسی گردید. اعتبار سنجی مدل با مدل تحلیلی صورت پذیرفت و پس از اطمینان از صحت عملکرد نرم افزار، اثر پارامترهایی همچون تراوایی، گرانروی سیال تزریقی و فشار مویینه بر پارامترهای تولیدی همچون نرخ تولید نفت و نسبت تولید آب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با این تکنیک، به خصوص در مدل هایی که پیچیدگی ساختاری کمتری دارند، سرعت کلی انجام محاسبات افزایش می یابد، ولی در مخازنی که ناهمگنی عمده وجود دارد استفاده از گام های زمانی بسیار کوچک جهت حفظ پایداری، سرعت کلی محاسبات را بهبود نمی دهد.

میزان آب و نمک دو عامل اساسی تعیین کننده کیفیت نفت خام تولیدی محسوب می شوند. کیفیت موردنظر از طریق فرآورش نفت خام در واحد نمک زدایی قابل دستیابی است. فرآورش نفت خام های سنگین و فوق سنگین چالش هایی را به همراه دارد که نیازمند استفاده از فناوری های جدیدتر است. استفاده از فناوری قدیمی، بهره برداران را ناچار به اتخاذ راه حل های سنتی نظیر استفاده از تجهیزات بزرگتر در طراحی نمک زدا و یا بالا بردن دما و افزایش مصرف مواد شیمیایی در عملیات می نماید. این روش ها نهایتا موجب افزایش هزینه، بروز شرایط غیرعادی در فرآیند و عدم تطابق کیفیت نفت خام تولیدی با مشخصات تعیین شده می گردد. چالش هایی نظیر خاصیت رسانایی بالا، ویسکوزیته بالا و افزایش میزان آب همراه نفت در این فرآیند مطرح است. در این مقاله چالش های پیش روی فرآیند نمک زدایی و فناوری های جدید این حوزه معرفی می شوند. همچنین اقدامات پژوهشگاه صنعت نفت در مسیر توسعه فناوری از طریق مقیاس آزمایشگاهی، مقیاس نیمه صنعتی و تدوین نرم افزار تشریح خواهند شد.