ماهنامه اکتشاف و تولید نفت و گاز
پیاپی 136 (مهر 1395)

همواره استخراج و تولید صیانتی و حداکثری نفت و گاز که در دهه ی اخیر نیازمند فن آوریی های پیشرفته است از اهداف اصلی در صنعت بالادستی نفت بوده است. با توجه به منابع محدود باید با تدوین اولویت‎ های راهبردی در حوزه ی فن آوری در جهت توسعه ی صنعت نفت بهترین استفاده از این منابع حاصل شود. استفاده از راهبردهای فن آوری و همچنین فن آوری های نوین در طرح توسعه ی میادین نقش و اهمیت ویژه ای دارد. به عبارت بهتر زمانی می توان به اهداف کلان تولید حداکثری با رویکرد صیانتی از مخزن دست یافت که مدل توسعه بر مبنای راهبردی فن آورانه تهیه و تدوین گردد. در این مقاله اهمیت راهبردهای فن آورانه در دو بخش بررسی خواهد شد. در بخش اول اهداف، چالش ها و راهبردهای فن آوری در نگاه کلان بخش بالادستی صنعت نفت بررسی شده و در بخش دوم چالش ها و راهبردهای فن آورانه ی مربوط به توسعه ی یک میدان نفتی استخراج و پیشنهاد شده است.

در این تحقیق خصوصیات مختلف سازندهای پابده و گورپی جمع آوری و بررسی شده که هدف آن شناخت پتانسیل هیدروکربنی موجود در این سازندها و بررسی امکان تولید از آنهاست. به طور کلی سازندهای پابده و گورپی به عنوان سنگ منشا مخازن آسماری شناخته می شوند؛ در حالی که در بعضی نواحی به عنوان لایه های نفوذناپذیر (پوش سنگ) برای مخازن بنگستان عمل می کنند. در مکان های مختلف فروافتادگی دزفول، سازند پابده در بعضی میادین خصوصیات مخزنی ضعیف (تخلخل خوب و تراوایی کم) و در بعضی میادین دیگر پتانسیل تولید اقتصادی بسیار خوبی دارد که احتمالا دلیل آن وجود شکستگی ها در قسمت هایی از این سازند و نه در کل آن است.
در میادین جنوب غربی ایران تا کنون 9 حلقه چاه در سازندهای پابده و گورپی تکمیل گردیده که 5 حلقه ی آنها در سازند پابده تولیدی شده اند. همچنین تعداد کل چاه هایی که در سازندهای پابده و گورپی ارزیابی پتروفیزیکی دارند 173 حلقه است. مجموع ضخامت ارزیابی شده ی سازندهای پابده و گورپی در میادین جنوب غربی ایران (21 میدان) 32078 متر حفار است. بازه ی تغییرات مقدار میانگین تخلخل در میادین مختلف، 18-6 درصد برای سازند پابده و 5/13-5 درصد برای سازند گورپی و بازه ی تغییرات میانگین اشباع آب، 43-16 درصد برای سازند پابده و 47-15 درصد برای سازند گورپی است.

تاقدیس خانه خبیز ساختاری با روند شمال غرب-جنوب شرق است که در 11 کیلومتری غرب شیراز واقع شده است. سازندهای رخنمون یافته در این ساختار سازندهای آسماری و رازک-گچساران هستند. بدنه ی اصلی ساختار از سازند آسماری تشکیل شده و ابعاد آن در رخنمون این سازند 5×12 کیلومتر است. روند اثر سطح محوری ساختار ̊155- ̊N135 است. شیب کلی یال های شمال شرقی و جنوب غربی تاقدیس به ترتیب ̊47- ̊24 و ̊35- ̊20 است که نشان می دهد ساختار چین متقارن و از نوع آرام تا باز است. تاقدیس خانه خبیز در دهه ی 70 میلادی توسط شرکت ملی نفت ایران حفاری شده که این چاه در افق های گروه های بنگستان و خامی خشک بوده است. برای مطالعات آینده ی این تاقدیس می توان سازندهای گروه دهرم را به عنوان اهداف اکتشافی احتمالی درنظر گرفت. از این رو با استفاده از اطلاعات حاصل از ترسیم هفت برش ساختاری عرضی و طولی، نقشه ی عمقی راس سازند کنگان تهیه شد. در افق راس کنگان، بالاترین نقطه ی ساختار در عمق 3400- و نقطه ی نشت سیالات در عمق 4300- قرار دارد که بستگی قائم 900 متری را مشخص می کند. بستگی مساحتی در این افق ابعاد 22 کیلومتر طول و 4/3 کیلومتر عرض دارد. در مورد مخزن کنگان دو عامل عدم قطعیت (ریسک) وجود دارد: الف) عدم قطعیت درباره ی وجود سنگ منشا مناسب در ناحیه (احتمال عدم وجود شیل های سیلورین) و ب) عدم قطعیت در خصوص وجود بستگی در افق کنگان قبل از زمان مهاجرت سیالات هیدروکربنی احتمالی.

کمربند چین خورده ی زاگرس دربردارنده ی میادین عظیم هیدروکربنی است. به دلیل وجود گسل های پی سنگی، نواحی جدایشی و چین خوردگی های حاصل از فعالیت گسل های زیرسطحی، بررسی موقعیت و جهت گیری شکستگی های سطحی و عمقی و ارتباط آنها با مخازن هیدروکربنی موجود بسیار حائز اهمیت است. در این تحقیق با بهره گیری از مطالعات سطحی (علم دورسنجی، تصاویر ماهواره ای و مطالعات صحرایی) و زیرسطحی (پروفیل لرزه ای و اطلاعات چاه) ناحیه ی گسلی امتدادلغز دارنگ واقع در جنوب غربی ایالت فارس مطالعه شده است. شواهد حاکی از عملکرد متفاوت این گسل در بخش های شمالی و جنوبی است؛ به طوری که در بخش جنوبی گسل، اعمال مولفه ی نرمال مشهود است؛ حال آنکه در بخش های شمالی، شاهد عملکرد راندگی ها به صورت دوبلکس های فشارشی هستیم. تنوع در نوع جابجایی ها در سطوح گسل دارنگ سبب تشکیل سامانه های کششی در اطراف آن شده است. وجود تاقدیس های خشک (نظیر ساختمان های دارنگ و کوه سیاه) در منطقه ی کاکی را می توان به عملکرد سامانه های کششی این گسل در ایجاد شکستگی ها نسبت داد. بنابراین به نظر می رسد ناحیه ی گسلی دارنگ، شرایط مناسب را برای حرکت مواد هیدروکربنی در منطقه فراهم کرده که در برخی نقاط به دلیل نبود پوش سنگ مناسب مواد فرار کرده اند.

حفاری مخازن تخلیه شده، همواره با مشکلات عملیاتی و مباحث مربوط به هزینه های حفاری همراه است. اغلب این مشکلات مربوط به هرزروی غیرقابل کنترل گل حفاری یا احتمال گیر لوله ها یا مباحث مرتبط با تولید است که حتی امکان دارد همین موارد سبب جلوگیری از گسترش بیشتر این نوع مخازن شوند. علاوه بر آن، استفاده از سیالات ارزان قیمت سنتی موجب آسیب جدی به این مخازن می شود. با توجه به شرایط فعلی، به کارگیری روش های مناسب حفاری ضروری به نظر می رسد.
در این مطالعه در مورد به کارگیری فن آوری سیال حفاری افرون به عنوان راه حل موثری جهت غلبه بر مشکلات مذکور بحث می شود که طی آن درخصوص ساختار این نوع سیال، مطالعات آزمایشگاهی انجام شده روی خواص متعدد سیالات حفاری افرونی از جمله خواص جریانی، میزان هرزروی، پایداری و تجربه ی استفاده از این نوع سیال در سراسر جهان بحث خواهد شد.

سازندهای کنگان و دالان بالایی متعلق به گروه دهرم هستند و از مهم ترین مخازن گازی در جنوب غربی ایران محسوب می شوند. هدف این مطالعه ارزیابی پتروفیزیکی و تعیین خصوصیات مخزنی سازندهای کنگان و دالان بالایی در چاه های-A وB با استفاده از نمودارهای چاه پیمایی در یکی از میادین جنوب غربی ایران است. پس از تصحیحات لازم روی نمودارها، لیتولوژی سازند کنگان و بخش بالایی سازند دالان با استفاده از نمودار متقاطع نوترون-چگالی و نمودار MID شناسایی شد. با توجه به لیتولوژی بخش بالایی سازند دالان و بر اساس حجم شیل و حضور نهشته های تبخیری سازند کنگان، چاه های-AوB به بخش های کوچک تری تقسیم شدند. سازند کنگان در هر دو چاه به یازده بخش K1 تا K11 و سازند دالان بالایی نیز به هشت بخش D1 تا D8 تقسیم شد. نتایج نشان می دهد که بخش های K3 تا K5 و همچنین بخش D5 در چاه-A و بخش D6 در چاه-B از نظر مقدار اشباع شدگی، تخلخل و لیتولوژی، شرایط یک مخزن مناسب را دارند.

بررسی عوارض و شواهد زمین ریخت شناسی ساختمانی و شاخص های ریخت سنجی رودخانه ها و پیشانی کوهستان ها از بهترین روش های ارزیابی زمین ساخت جنباست. شاخص های زمین ریخت سنجی مانند پیچ و خم پیشانی کوهستان، شاخص طول-شیب رود و... از ابزارهای پایه و کارآمد شناخت میزان فعالیت زمین ساختی هستند که در این پژوهش بررسی شده اند. با توجه به ویژگی های مکانی و اهمیت متفاوت این شاخص ها در نقشه ی پهنه بندی فعالیت زمین ساختی، در این مطالعه از روش های نوین GIS و ارزیابی چندمعیاره ی مکانی (SMCE) استفاده شد. بدین منظور از دو روش هم پوشانی و AHP استفاده گردید و پهنه ی مورد مطالعه به سه دسته ی کم جنبا، نیمه جنبا و جنبا تقسیم بندی شد. برای سنجش درستی یافته های پژوهش از نقشه ی درون یابی شده ی زمین لرزه های دستگاهی منطقه ی مورد مطالعه و تطابق پیکسل به پیکسل استفاده شد. مقایسه ی نتایج حاصل با زلزله های ثبت شده، نشان از تطابق 48 درصدی روش AHP در برابر انطباق 23 درصدی روش هم پوشانی با میزان فعالیت زمین ساختی حاصل از کانون زلزله های ثبت شده ی آن محدوده دارد.

هرزروی یکی از مشکلات اساسی در صنعت حفاری است که به شکل گم شدن جزیی یا کلی حجمی از سیال حفاری به صورت نشت تجهیزاتی یا نشت در درون منافذ سازندها بیان می شود. متغیرهای عملیات حفاری و سازند از جمله عوامل موثر بر هرزروی هستند. حفاری با هوا یکی از راهکارهای بسیار موثر جهت کاهش هزینه های حفاری در سازندهایی با هرزروی شدید است. سازندهای سست و شکننده، سازندهای بسیار تراوا با فشار تخلیه شده و سازندهای شکاف دار از جمله مهم ترین گزینه های انتخابی حفاری با هوا به شمار می آیند. کاهش هزینه های ناشی از گم شدگی سیال حفاری و افزایش سرعت و طول عمر مته ی حفاری از مهم ترین مزایای حفاری با هوا هستند. سیستم های حفاری با هوا علاوه بر نقش بسیار مهم و موثر در کاهش پیامدهای ناشی از هرزروی، در شرایطی خاص، چالش های پیچیده و بزرگ تری ایجاد می کنند. میادین زاگرس جنوبی مانند آغار، دالان، شانول، نار، گنگان، وراوی، هما و تابناک از جمله میادینی هستند که به دلیل هرزروی های شدید حفره های بالایی باید برای آنها از روش های حفاری با هوا، فوم پایدار و گل هوازده آنها استفاده کرد. این تحقیق برخی از مهم ترین مشکلات و چالش های پیش روی حفاری با هوا در چند حلقه چاه از میادین مناطق زاگرس جنوبی ایران را بررسی کرده است. نتایج نهایی نشان می دهد که در صورت عدم موفقیت در ایجاد شرایطی پایدار جهت انجام عملیات حفاری با هوا، نه تنها کارآیی این روش به شدت کاهش خواهد یافت بلکه عملیات حفاری با مشکلات عدیده ای از جمله خرابی های مکرر و جبران ناپذیر لوله های حفاری (خوردگی، فرسایش، شوئیدگی و بریده شدن های متعدد لوله ها در اثر خستگی شدید ناشی از ارتعاشات زیاد)، ناپایداری دیواره ی چاه، عملیات شستشو و تراش سخت، بروز هرزروی های شدید، حفاری بدون برگشتی و متعاقب آن بروز گیرهای بسیار سخت، عملیات مانده گذاری طولانی مدت و شانس بسیار ناچیز در بازیافت مانده و در نهایت از دست دادن حفره مواجه خواهد شد. این موضوع سبب افزایش سرسام آور هزینه های تمام شده ی حفر چاه و تحمیل بار مالی سنگینی بر طرح های توسعه ی میدان خواهد شد.

تصحیح برون راند نرمال یکی از مراحل مهم پردازشی و در واقع پیش نیاز سایر روش هایی است که روی داده های نقطه ی میانی مشترک اعمال می شود و هدف آن تصحیح دورافت است. همان طور که می دانیم در اثر برون راند نرمال، موجک لرزه ای دچار آشفتگی و کشیدگی شده و محتوای فرکانسی داده های لرزه ای تصحیح شده در دورافت های زیاد، کاهش می یابد. این کشیدگی بر مراحل بعدی پردازش و وارون سازی موثر است و بنابراین نمی توان مراحل بعدی پردازش را اجرا کرد. عدم حذف این ردلرزه های برانبارش شده محتوای فرکانسی و وضوح را کاهش می دهد. کشیدگی تصحیح برون راند نرمال همچنین بر تجزیه و تحلیل تغییرات دامنه با دورافت اثر می گذارد. در همین راستا محققانی مثل زانگ و همکاران روش های مختلفی جهت انجام این تصحیح ارائه کردند. آنها روش Matching-pursuit را پیشنهاد دادند که در آن تصحیح برون راند نرمال به مقدار قابل توجهی بهبود یافته است. روش MPNMO 3 برخلاف روش NMO 4 مرسوم که داده ها را به صورت نمونه به نمونه تصحیح می کند به شکل موجک به موجک اعمال می شود. در این مقاله روش MPNMO روی داده های مصنوعی و واقعی پیاده شده که نتایج نشان می دهد پدیده های بدون کشیدگی و با وضوح زیاد تولید خواهند شد.

روش عکس برداری سی تی اسکن با دقت زیاد عمدتا به دلیل همین دقت مناسب تصاویر سه بعدی حاصل، در صنایع متعددی مثل پزشکی، مکانیک و غیره کاربرد دارد. در سال های اخیر از این فن آوری برای مشخصه سازی بهتر مخازن هیدروکربنی (جهت به دست آوردن نتایج دقیق تر از جمله توابع جریانی مغزه) استفاده شده است. در این گستره اکثر تحقیقات صنعتی انجام شده در زمینه ی آنالیز دیجیتال مغزه جهت تفسیر و دقت بیشتر نتایج خواص پتروفیزیکی انجام گردیده است.
در این مقاله مزیت ها و چالش های استفاده از این فن آوری جهت آنالیز دیجیتال مغزه با رویکردی متفاوت ذکر شده است. از مزیت های اصلی این فن آوری، نتایج دقیق تر و کم هزینه تر برای خواص پتروفیزیکی نسبت به آنالیز مرسوم مغزه، امکان انجام و آنالیز حساسیت خواص استاتیک مخزنی و امکان استفاده از فن آوری پردازش موازی کامپیوتری است.
این فن آوری در مخازن کربناته نسبت به مخازن ماسه سنگی (که در مشخصه سازی بهینه تر آنها موفق تر بوده) با چالش هایی روبرو بوده که مهم ترین آنها حساسیت نتایج حاصل از آنالیز دیجیتال مغزه نسبت به ابعاد تصاویر سی تی اسکن و عدم دقت مطلوب دستگاه های میکروسی تی اسکن برای کاربرد در مخازن کربناته با ناهمگونی زیاد است. علاوه بر این در مبحث کاربرد آنالیز دیجیتال مغزه، هنگام شبیه سازی میدانی می توان به چالش تعمیم پذیری نتایج دیجیتال مغزه از مقیاس حفره به مقیاس میدانی اشاره کرد.

جریان همرفت از نقاطی با تنش میان رویه ی کمتر به سمت نقاطی با تنش میان رویه ی بیشتر را جریان مارانگونی می نامند. متاسفانه این پدیده در مهندسی نفت کمتر شناخته شده است. حال آنکه نتایج این مطالعه نشان می دهد که در شرایط مطلوب، مارانگونی بازیافت نفت را تا حدود 35 درصد افزایش می دهد. بررسی مطالعات پیشین نشان می دهد که این پدیده گاهی در نتایج آزمایشگاهی مشاهده شده اما با استفاده از مفهوم جریان متقاطع موئینه، توجیه یا مدل سازی شده است. در حالی که جریان موئینه ی متقاطع و مارانگونی تفاوت های بنیادینی با یکدیگر دارند.
در این مقاله با استفاده از طراحی دقیق آزمایش های تزریق دی اکسیدکربن در شکاف نشان خواهیم داد که در شرایطی که نیروهای موئینه رو به زوال هستند (یعنی در فشارهای نزدیک بحرانی) جریان قوی مارانگونی چگونه فعال می شود و به صورت کاملا مستقل به بازیافت نفت کمک می کند. برای تحقیق این ادعا، ابتدا دی اکسیدکربن در فشارهای مختلف در سیستم شکاف/ماتریس اشباع از دکان خالص به عنوان سیستم عاری از جریان های مارانگونی، تزریق می گردد. در هریک از آزمایش های فشار ثابت درجه ی آزادی ترمودینامیکی سیستم صفر است و بنابراین در نقاط مختلف تنش میان رویه ثابت است و می توان مطمئن بود نتایج این آزمایش ها در سطح صفر مارانگونی انجام می شوند. در سری آزمایش های بعدی با اضافه کردن یک جزء نفتی دیگر (پروپان)، درجه ی آزادی به یک افزایش می یابد و بنابراین در نقاط مختلف محیط متخلخل و میان رویه ی نفت و گاز، تنش های میان رویه ی متفاوتی تجربه می شود که در اثر آن انتظار وجود جریان های همرفت مارانگونی را داریم. مقایسه ی تفاوت نتایج بازیافت نفت از این دو سری آزمایش با عدد مارانگونی نشان می دهد که میزان ازدیاد برداشت ناشی از مارانگونی با عدد مارانگونی متناسب است. در شرایط غیرامتزاجی این جریان ها بسیار ضعیف هستند و در شرایط بحرانی از بین می روند. در حالی که در شرایط نزدیک بحرانی مارانگونی بسیار قوی و فعال عمل می کند.