ماهنامه اکتشاف و تولید نفت و گاز
پیاپی 94 (مهر 1391)

تولید نفت به صورت صنعتی در جهان بیش از یکصد و پنجاه سال سابقه دارد. طی این دوران، همواره چند مساله به عنوان پدیده های متصل، مسائلی جدید را در صنعت نفت به وجود آورده اند. موضوع تاثیرات زیستمحیطی صنعت نفت و اثری که بر ساختارهای بکر طبیعت در مناطق نفتخیز و گازخیز دارد و همچنین امنیت کارکنان این صنعت در برابر مخاطرات ناشی از کار در تاسیسات نفت و گاز به عنوان آثار و تبعات ناشی از توسعه صنعت نفت چند ده های است که به دغدغه بنگاه های تولید کننده تبدیل شده است. از سویی دیگر و همزمان با برگزاری اجلاس بزرگ زیستمحیطی در «ریودو ژانیرو» برزیل در سال 1992، نگاه های جهانی به مساله حفاظت و صیانت از محیط زیست معطوف شد و مقارن با آن فعالیتهای مرتبط با توسعه اقتصادی، به ویژه در حوزه صنعت نفت با حساسیتی مضاعف دنبال شد. این حقیقت را باید پذیرفت که به طور ذاتی بهره برداری از منابع نفت با احتمال بالقوه مخاطرات زیست محیطی همراه است. در همین حال افرادی که در این صنعت مشغول به فعالیت هستند با طیف وسیعی از مخاطرات شغلی از افسردگی شغلی گرفته تا انفجار در تاسیسات و استنشاق گازهای سمی مواجه هستند. طبیعی است که تنها در صورت کسب بالاترین سطح ایمنی در حوزه منابع انسانی میتوان امید به استمرار تولید داشت. مجموعه این موارد طی دو دهه گذشته سبب شده تا مفهوم HSE به یکی از کلیدیترین مفاهیم در خط مشی توسعه صنایع نفت و گاز جهان تبدیل شود و بسیاری از بنگاه های بزرگ تولیدکننده نفت در جهان، آثار ایمنی، بهداشت و محیط زیست را در کارکردهای اساسی تولید هیدروکربن خود لحاظ کنند. امروزه و در اثر افزایش حساسیت جهانی نسبت به مسایل بهداشت، ایمنی و محیط زیست، تولید نفت و گاز تنها در صورتی موجه و دارای صرفه اقتصادی است که حافظ سلامت کارکنان آن صنعت و همچنین محیط زیست و طبیعت باشد. در کشور ما نیز با توجه به سابقه یکصد ساله تولید نفت و گاز، موضوع بهداشت، ایمنی و محیط زیست طی چند سال اخیر با جدیت بیشتری دنبال شده است. شرکت ملی نفت ایران به عنوان متولی تولید نفت و گاز در کشورمان در برنامه های توسعه آتی میادین به این موارد اهمیت ویژهای داده است. همچنین در سطح شرکتهای عملیاتی بهره بردار موضوع بهداشت، ایمنی و محیط زیست با جدیت خاصی دنبال میشود. حادثه نشت غیرقابل پیشبینی گاز از یکی از چاهای میدان نفتی ابوذر در منطقه فلات قاره ایران که در سال 87 رخ داد بدون کمترین حادثه جانی و زیست محیطی به پایان رسید. از این حادثه میتوان به عنوان نمادی از نگاه خاص و حساسیت و دقت شرکت ملی نفت ایران و شرکتهای زیر مجموعه در حوزه مسائل مربوط به ایمنی و محیط زیست یاد کرد. در همین خصوص ضروری است زنجیرهای از فعالیتهای تبلیغی و فرهنگی در سطح شرکت ملی نفت و شرکت های زیر مجموعه انجام شود. همچنین تغییر نگرش سنتی به ویژه در مباحث کنترل حوادث و اندیشیدن تمهیدات پیشگیرانه در طرحها و برنامه های توسعه ای زمینه ساز تعامل بخشهای عملیات و ارتباطات سازمانها خواهد بود. بیگمان در راستای تغییر نگرش ساختاری کارکنان و مدیران نسبت به مسائل HSE، تدوین برنامه های فرهنگساز با اثربخشی تبلیغاتی و اطلاعرسانی میتواند مدار رهیافتهای نوین بخش ایمنی، بهداشت و محیط زیست قرار گیرد. تمرکز بر ایجاد رویکرد نوین در پرسنل فعال در سطح سازمان، چه در سطح ستاد و چه در مناطق عملیاتی نیز باید به طور همزمان توسط تصمیمسازان اصلی در سطوح مختلف شرکت های زیر مجموعه مورد توجه قرار گرفته و به صورت مستمر مورد بازبینی قرار گیرد. اجرای طرحهای مقایسه آماری، تشخیص و سنجش فضاهای چالشبرانگیز نظام تولید و عملیات، تهیه و تدوین طرح راهبردی و اثربخش به منزله نقشه راه و نیز تدوین یک سناریوی پیش بینی کننده مخاطرات تولید و بهرهبرداری در صنایع نفت و گاز از موارد مهمی است که در سطح شرکتهای زیر مجموعه شرکت ملی نفت ایران باید مدنظر قرار گرفته و با نگاهی به آینده از طریق آزمون و خطا برای آنها طرحریزی کرد. همچنین حرکت تدریجی شرکت ملی نفت ایران به سوی HSE-MS را باید به عنوان حرکتی پیشتاز و موثر ارزیابی کرد و به انتظار نتایجی امیدوارکننده نشست. این مفهوم مدرن، در واقع نظام واحدی است که در درون شرکت ملی نفت برای یکپارچهسازی و رسیدن به دید منطقی و فراگیر در زمینه ایمنی، بهداشت و محیط زیست در حال پیگیری میباشد. بدون تردید پیشتازی شرکت ملی نفت در سطح کشور برای گسترش مفهوم و استقرار نظام HSE-MS، در آیندهای نزدیک آثار و برکات ارزشمند خود را در سطح کلان ملی آشکار خواهد ساخت. حاصل کلام آنکه در تمامی وجوه مربوط به پایداری و توسعه تولید نفت و گاز، مفاهیم و مولفه های ایمنی، بهداشت و محیط زیست نقشی موثر و غیر قابل انکار دارند و توسعه ایمن صنایع نفت و گاز تنها از مسیر توجه به مفاهیم و استقرار نظام HSE میگذرد.

سرعت های برشی3 و تراکمی4 دو پارامتر اساسی در مطالعات پتروفیزیکی، ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی هستند. این دو پارامتر را می توان از طریق ابزار تصویرگر دو قطبی صوتی5 بدست آورد. ولی این ابزار فقط در برخی از چاه ها رانده می شود. بنابراین پیش بینی سرعت های برشی و تراکمی در چاه های فاقد این نمودارها به صورت غیر مستقیم و از روی دیگر نمودارهای متداول که همبستگی خوبی با این پارامترها دارند، حائز اهمیت است. مهم ترین ابزار برای این امر، سیستم های هوشمند شامل شبکه عصبی، منطق فازی6 و سیستم استنتاج عصبی فازی تطبیقی7 است. در انتها نیز نتایج با یک مدل ترکیبی8 و با استفاده از تکنیک میانگین گیری ساده با یکدیگر ترکیب می شوند. دراین مقاله از 1987 نقطه داده از سازند آسماری که دارای سرعت های برشی و تراکمی بودند استفاده شده است. این داده ها به دو گروه تقسیم بندی می شوند؛ 1424 نقطه داده برای ساخت سیستم های هوشمند و 563 نقطه داده نیز برای تست مدل استفاده شده است. نتایج نشان داد که علی رغم اختلاف در مفهوم، همه تکنیک های هوشمند در برآورد سرعت های برشی و تراکمی موفق بودند و این تکنیک ها ابزار قدرتمندی برای پیش بینی پارامترهای مختلف به شمار می رود.

در این مقاله تزریق گاز دی اکسید کربن به عنوان مکانیزم برداشت ثالثیه2 در یکی از مخازن نفتی شکاف دار ایران شبیه سازی شده است. به دلیل اینکه تزریق امتزاجی گاز دی اکسید کربن سبب استحصال نفت بیشتری می شود، لذا جهت شبیه سازی دقیق تر فرآیند تزریق امتزاجی از نرم افزار شبیه ساز ترکیبی3 Eclipse 300 استفاده شده است. با توجه به اینکه مخزن مورد اشاره از نوع مخازن شکاف دار بوده و هم چنین شبیه سازی نیز از نوع ترکیبی است، پیچیدگی کار و زمان اجرای برنامه شبیه ساز به حدی افزایش می یابد که برای شبیه سازی کامل مخزن نیازمند رایانه هایی حجیم و با سرعت بالا هستیم. لذا در این مقاله یک قالب ماتریکسی4 از مخزن به همراه شکاف های اطراف آن جهت شبیه سازی انتخاب شده است. ابتدا توسط نرم افزار PVTi و با استفاده از داده های مخزنی معادله حالت سیال مخزن همراه با ضرایب آن ساخته شده، سپس حداقل فشار امتزاج پذیری به وسیله شبیه سازی لوله قلمی5 نرم افزار Eclipse مشخص گردید. پس از مشخص شدن فشارهای مذکور، کد نویسی نرم افزار Eclipse 300 آغاز شد. همچنین از سایر داده های مخزن از جمله داده های SCAL جهت رسم نمودار اشباع بر حسب تراوایی نسبی و فشار مویینگی استفاده شده وسپس این اطلاعات به عنوان داده های ورودی نرم افزار استفاده شدند. پس از انجام شبیه سازی اولیه، تاثیر عوامل مختلف مانند حساسیت به شبکه بندی، ارتفاع ماتریکس، نوع گاز تزریقی، فشار مخزن و تراوایی ماتریکس با انجام شبیه سازی های مجدد مورد بررسی قرار گرفت و اثر تغییر این عوامل بر مقدار ضریب برداشت از مخزن6 مشخص گردید.

میدان نفتی مورد نظر در سال 1970 و با حفر اولین چاه و اثبات وجود هیدروکربور در سازند های شعیبا، عرب A و عرب C کشف گردید. حفر دومین چاه اکتشافی و اخذ اطلاعات بیشتر نشان داد که با توجه به ذخیره اندک نفت این میدان، توسعه آن از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست، بنابراین دو حلقه چاه حفر شده در این میدان پس از انجام آزمایش های مورد نظر، مسدود و ترک گردید. به همین دلیل اطلاعات موجود بسیار کم و محدود به زمان اکتشاف آن در حدود 40 سال پیش است. با توجه به افزایش قیمت نفت جهت امکان سنجی مجدد توسعه میدان در شرایط فعلی، مطالعات جامعی توسط کارشناسان شرکت نفت فلات قاره ایران برنامه ریزی و در دست انجام است. بدین منظور مدل استاتیکی میدان به کمک نرم افزار Petrel Re و مدل دینامیکی جریان سیال در مخزن توسط نرم افزار Eclipse 100 ساخته شد. پس از ساخت مدل مخزن و تطابق تاریخچه آزمایش های تولید، سناریو های گوناگون به منظور پیش بینی رفتار مخزن و طرح توسعه آن مورد بررسی قرار گرفت که در این مقاله خلاصه ای از مراحل مختلف مطالعه و اهم نتایج ارائه شده است.

در روش های معمول ازدیاد برداشت، مقدار زیاد و نامناسب نسبت تحرک3 بین سیال تزریقی و نفت مخزن موجب انگشتی شدن سریع سیال تزریقی و کاهش بازدهی مخزن می شود. به منظور بهبود و افزایش بازدهی مخزن و جلوگیری از حرکت رو به بالا و پایین گاز و آب و انگشتی شدن سریع گاز، تزریق آب و گاز به صورت متناوب در مخزن انجام می شود. روش تزریق متناوب آب و گاز از روش های جدید ازدیاد برداشت به شمار می رود. در این روش تزریق آب و ایجاد ناحیه سه فازی در مخزن، از طریق کاهش نسبت تحرک و پایداری جبهه حرکت گاز، موجب بهبود و افزایش بازده جاروبی تزریق گاز می شود. تزریق آب و گاز به روش های مختلفی مانند تزریق غیرامتزاجی، امتزاجی، پیوسته (SWAG) و متناوب (WAG) انجام می شود. در روش های تزریق غیرامتزاجی و امتزاجی، آب و گاز به صورت متناوب به مخزن تزریق می شود. اما در روش تزریق SWAG بر خلاف روش های ذکر شده، آب و گاز به صورت هم زمان به مخزن تزریق می شود. تزریق هم زمان آب و گاز در این روش موجب بهبود بازدهی میکروسکوپیک و ماکروسکوپیک و افزایش تولید مخزن نسبت به روش های غیرامتزاجی و امتزاجی می شود. در این مقاله به منظور مقایسه صحیح بین روش های تزریق SWAG و WAG، سناریوهای مختلف تزریق توسط شبیه ساز Eclipse100 طراحی شد و در ادامه بهترین سناریو در هر روش (با بالاترین ضریب بهره دهی و تولید) انتخاب شده است. پس از آن ضریب بهره دهی، درصد اشباع نفت، تولید روزانه و تجمعی در طول دوره تزریق در روش های SWAG و WAG، تزریق آب، همچنین نسبت گاز به نفت و درصد آب تولیدی در هر یک از سناریوهای فوق بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که تزریق آب دارای بازدهی و تولید بیشتری نسبت به روش های تزریق SWAG و WAG بوده و بازدهی تولید از مخزن را نسبت به تولید طبیعی به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

محققین در عملیات اکتشاف ذخایر هیدروکربنی همواره به دنبال دستیابی به روش های جدید جهت آشکارسازی این ذخایر با دقت و قطعیت بیشتری بوده اند. در سال های اخیر مطالعات بسیاری در راستای بررسی عملکرد روش های زمان-فرکانس به عنوان ابزاری جهت مطالعه ی مخازن هیدروکربنی انجام شده است. به علت ضعف روش تبدیل فوریه در توصیف محتوای فرکانسی سیگنال های ناپایا نظیر سیگنال های لرزه ای محلی، روش های متعدد زمان-فرکانس به کار گرفته شده ا ند. روش های زمان-فرکانس نظیر تبدیل فوریه زمان کوتاه، روش توزیع ویگنر-ویل، تبدیل موجک و دیگر روش ها هریک عملکرد راضی کننده ای را از خود نشان داده اند. حاصل کار، انتقال یک سیگنال از فضای یک بعدی زمان به صفحه دو بعدی زمان-فرکانس است که بعد اضافه شده، بعد فرکانس بوده و بیان می کند که در هر زمان چه مولفه فرکانسی و با چه دامنه ای وجود دارد. پس اگر یک مقطع لرزه ای در حوزه t-x وجود داشته باشد، نمایش زمان-فرکانس آن یک حجم سه بعدی خواهد بود که بعد سوم آن فرکانس است. در این مقاله با بیرون کشیدن مقاطع تک فرکانس، از این حجم در جهت تفسیر لرزه ای استفاده کرده ایم. روش زمان-فرکانسی که در این نوشتار استفاده شده، تبدیل زمان-فرکانس جدیدی است که کارایی خوبی در آشکارسازی نواحی گازی و هم چنین سایه های کم فرکانس دارد.

عملیات مانده یابی در صنعت حفاری از اهمیت خاصی برخوردار است. از آنجا که این عملیات بسیار وقت گیر و هزینه بر بوده و هم چنین در مواردی نیز با مشکلاتی روبرو است، باید در مورد ادامه عملیات یا سیمان کردن مانده تصمیم مناسبی گرفته شود. در این تحقیق برنامه حفاری 120 حلقه چاه در میادین جنوب ایران مورد بررسی قرار گرفته و اطلاعات مربوط به 85 مورد مانده یابی ارزیابی شده است. این اطلاعات شامل 16 پارامتر در مورد خصوصیات چاه و گل حفاری و نوع مانده بود که در نهایت فقط سه پارامتر وزن گل، ویسکوزیته پلاستیک و عمق مانده به عنوان ورودی شبکه و ساعات مانده یابی به عنوان خروجی شبکه انتخاب شدند. بعد از نرمال سازی، 80 درصد داده ها برای آموزش و مابقی برای آزمایش انتخاب شدند. سپس شبکه عصبی مصنوعی پس خور طراحی شد و در ادامه از بین داده های موجود بهترین ویژگی ها به عنوان ورودی به شبکه داده شد. تعداد نرون ها و تکرارهای شبکه و هم چنین نوع تابع آموزش، بهینه شده و در نهایت شبکه چند لایه با دو لایه مخفی 7 و 3 نرونی با توابع محرک تانژانت سگموئید و لایه خروجی 1 نرونی با تابع خطی و 140 تکرار انتخاب شد. در نهایت موفقیت آمیز بودن عملیات مانده یابی با دقت 100 درصد پیش بینی شد و رگرسیون خطی 100 درصد برای داده های مورد آزمایش به دست آمد. سپس با تقریب عالی، مدت زمان عملیات تخمین زده شد. انطباق مناسب داده های پیش بینی شده با شبکه و داده های خروجی برای مجموعه تست، موید این امر بود. در این تحقیق نشان داده می شود که به کمک شبکه عصبی مصنوعی می توان برآورد اقتصادی مناسبی از عملیات مانده یابی را ارائه و تصمیمات لازم را برای ادامه عملیات اتخاذ نمود.