ماهنامه اکتشاف و تولید نفت و گاز
پیاپی 113 (تیر 1393)

در این مقاله ابتدا منشا آلودگی های محیط دریایی در اثر فعالیت های حفاری و به طور کلی، فعالیت های نفتی در مناطق فراساحلی و راه های از بین بردن آن مورد بررسی قرار گرفته است. سپس، مدلی برای پیش بینی هزینه کل خسارات وارد آمده به محیط دریایی ارائه می شود که در ارائه آن از اطلاعات تجربی وقایع اتفاق افتاده مانند واقعه نشت نفت اکسون والدز، استفاده شده است.

حفاری چاه های نفت و گاز به جهت پسماندهای تولید شده در اثر استفاده از مواد مختلف شیمیایی، با مشکلات زیست محیطی همراه است. عمده ترین پسماند تولید شده در این عملیات، سیال حفاری در حال گردش درون چاه و کنده های حفاری شده است که از حفاری در لایه های مختلف زمین تولید می شود. به دلیل مشکلات زیست محیطی ایجاد شده از جمله تاثیر بر سلامت انسان، اکوسیستم، گیاهان، جانوران و...، مدیریت پسماند در صنعت حفاری از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این مقاله، سامانه Zero Discharge به عنوان یکی از روش های تصفیه پسماندهای ناشی از عملیات حفاری که از بهترین سامانه های تصفیه به شمار می رود، معرفی شده است. مزایای اقتصادی سامانه در کنار جداسازی مناسب در مراحل کنترل جامدات، آبزدایی و تثبیت، باعث گردیده مشکلات زیست محیطی ناشی از پسماندهای حفاری تا حد امکان کاهش یابد.

اکتشاف ذخایر هیدروکربوری در آب های عمیق همواره با مخاطرات خاص و منحصر به فرد خود همراه است به طوریکه اگر تیم اکتشافی، مهارت، تجربه و آمادگی لازم در خصوص مواجهه با آنها را کسب نکند، منجر به توقف در حفاری اکتشافی، تحمیل هزینه های اضافی و در مواردی بی نتیجه ماندن فرآیند اکتشاف می گردد. یکی از مهم ترین و شایعترین این مخاطرات، جریان های پرفشار کم عمق1 است که وقوع آن در حین حفاری اکتشافی در نقاط متعددی از جهان گزارش شده و در مواردی سبب بروز خسارت های مالی جبران ناپذیر گردیده است. وقوع این پدیده در حین حفاری اکتشافی بخش عمیق دریای خزر(آب های ایران) نیز به دفعات مشاهده و ثبت گردیده و حتی در چند مورد سبب توقف حفاری و متروکه شدن حفره راهنما2 شده است. به عبارتی ساده تر، یکی از چالش های مهم و اساسی در اکتشاف و تولید ذخایر هیدروکربوری دریای خزر وقوع این پدیده است. لذا، ضرورت دارد در ایران به عنوان کشور صاحب فنآوری در عرصه اکتشاف ذخایر هیدروکربوری آب های عمیق، مطالعه ای جامع جهت شناخت کامل این معضل و به کارگیری راهکارهای لازم جهت مقابله با آن صورت گیرد. در این مقاله که با هدف آشنایی بیشتر خوانندگان با این پدیده و معضلات پیش روی آن در اکتشاف ذخایر هیدروکربوری قسمت های عمیق دریای خزر نگاشته شده است، به نگاهی اجمالی درباره چگونگی، عوامل وقوع و ارتباط آن با سه پدیده ی هیدرات گازی، گلفشان های زیر دریایی و فشار غیرعادی سازندی پرداخته شده است. در این تحقیق، مشخص گردید ارتباط مستقیمی بین جریان دریایی پرفشار کم عمق و سه فاکتور مذکور وجود دارد.وقوع این پدیده در حین حفاری اکتشافی بخش عمیق دریای خزر(آب های ایران) نیز به دفعات مشاهده و ثبت گردیده و حتی در چند مورد سبب توقف حفاری و متروکه شدن حفره راهنما2 شده است. به عبارتی ساده تر، یکی از چالش های مهم و اساسی در اکتشاف و تولید ذخایر هیدروکربوری دریای خزر وقوع این پدیده است. لذا، ضرورت دارد در ایران به عنوان کشور صاحب فنآوری در عرصه اکتشاف ذخایر هیدروکربوری آب های عمیق، مطالعه ای جامع جهت شناخت کامل این معضل و به کارگیری راهکارهای لازم جهت مقابله با آن صورت گیرد. در این مقاله که با هدف آشنایی بیشتر خوانندگان با این پدیده و معضلات پیشروی آن در اکتشاف ذخایر هیدروکربوری قسمت های عمیق دریای خزر نگاشته شده است، به نگاهی اجمالی درباره چگونگی، عوامل وقوع و ارتباط آن با سه پدیده ی هیدرات گازی، گلفشان های زیر دریایی و فشار غیرعادی سازندی پرداخته شده است. در این تحقیق، مشخص گردید ارتباط مستقیمی بین جریان دریایی پرفشار کم عمق و سه فاکتور مذکور وجود دارد.

هدف این مقاله مرور و جمع بندی روش های نوین و شناخته شده تضمین جریان است. فناوری های مختلف از منظر سطح بلوغ و تکامل (نوظهور، در حال توسعه، توسعه یافته و از کار افتاده)، نوع راهکار(حرارتی، شیمیایی، سخت افزاری، عملیاتی و نرم افزاری) و میزان اثربخشی آنها ارزیابی شده اند. اثربخشی، تابعی از سادگی کاربرد، احتمال موفقیت و بازده هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی است. در این مطالعه، سی فناوری تضمین جریان موجود و در حال توسعه، با هدف جمع بندی شرایط کنونی و شناسایی پتانسیل های بهبود، بررسی شده اند. فناوری های انتخاب شده تاثیر چشم گیری بر بهبود فرایند، بازده هزینه ها و شرایط تولید دارند.

نحوه توزیع کانی های رسی بر پاسخ نمودارهای پتروفیزیکی، تعیین پارامترهای مخزنی و در نهایت، ارزیابی قابلیت تولید مخازن موثرند. کانی های رسی با سه الگوی ساختاری، نواری و پراکنده، در اغلب مخازن ماسه سنگی وجود دارند که در این میان، الگوی پراکنده مضرترین نوع توزیع محسوب می شود و بیشترین آسیب را به کیفیت مخازن وارد می سازد. این الگو در مطالعه با میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)به سه شکل پرکننده، پوشش دهنده و پل زننده بین منافذ دیده می شود. در این پژوهش، 17 نمونه مغزه سازند ماسه سنگی و مخزنی شوریجه، به سن کرتاسه آغازی، از دو چاه تولیدی و خشک در یکی از میادین شرق حوضه رسوبی کپه داغ با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM/EDX) به منظور شناسایی الگوی توزیع کانی های رسی بررسی شد. نتایج مطالعات نشان داد، الگوی توزیع کانی های رسی در چاه تولیدی از انواع ساختاری و پراکنده(پرکننده و پوشش دهنده منافذ) است و در چاه خشک هر سه نوع الگوی توزیع یعنی ساختاری، پراکنده(پرکننده، پل زننده و پوشش دهنده منافذ) و نواری وجود دارد. در هر دو چاه، رس های اتوژن با توزیع پراکنده به صورت پرکننده، پوشش دهنده و پل زننده بین منافذ باعث کاهش تخلخل و تراوایی سازند شده اند که میزان افت کیفیت در چاه خشک به مراتب بیشتر از چاه تولیدی است.

تغییرات تنش در اطراف چاه و مخزن از موارد مهم در مهندسی نفت و توسعه مخازن زمین گرمایی 1است. تنش های محلی ایجاد شده در سنگ، مجموع تنش های ناشی از تنش های درجا، تغییرات فشار منفذی 2و تنش های ناشی از تغییرات دماست3. این تنش ها به دلیل تغییرات در خصوصیات سنگ و پدیده های انتقال حرارت می توانند بسیار ناهمگن باشند. چنین تغییراتی در میزان فشار و دما می تواند باعث آسیب سازند، تولید ماسه4، ریزش شیل 5و حالات متفاوتی از ناپایداری چاه نظیر برش6، ایجاد شکاف7 و غیره گردد. در این تحقیق، پایداری دیواره چاه با استفاده کوپل کامل معادلات انتقال حرارت و مومنتم و با استفاده از معیارهای مختلف شکست سنگ بررسی خواهد شد. معادلات تعادل تنش همراه با معادلات انتقال حرارت و جریان سیال به صورت ناپایا8 در نظر گرفته شده است. با استفاده از روش المان محدود، توزیع تنش در اطراف چاه محاسبه می گردد و در نهایت، چهار معیار مختلف شکست سنگ موهر-کولمب9، دراکر-پریجر01، مدل اصلاح شده لید 11و مدل موگی-کولمب 21جهت بررسی پایداری چاه در نظر گرفته خواهد شد. از بررسی ها میتوان تفاوت زیاد در میزان تنش های شعاعی و مماسی31درجا برای حالات کوپل و غیرکوپل قبل و بعد از حفاری را نتیجه گیری کرد. در مورد مدل های شکست سنگ، نتایج نشان می دهد که در مدل مور-کولمب شعاع شکست41 دارای بیشترین مقدار درمقایسه با سایر مدل هاست و بنابراین، بیشترین میزان وزن گل را جهت پایداری چاه51 نیاز دارد. دراکر-پریجر کمترین میزان شعاع ریزش را مدل می کند و کمترین میزان وزن گل را جهت پایداری به دست می آورد. مدل های موگی-کولمب و مدل اصلاح شده لید، مقادیر میانگین وزن گل جهت پایداری را نتیجه می دهند.

امروزه مهندسان نفت در برنامه ریزی های برداشت از منابع هیدروکربنی، علاوه بر هدف گذاری تولید بیشتر از منابع، کاهش هزینه های مربوط به عملیات جاری را نیز مورد توجه قرار می دهند. این دیدگاه جز با شناخت رفتار سنگ امکان پذیر نیست. از این رو، ژئومکانیک، که شاخه ای از علوم زمین است، به بررسی رفتار سنگ تحت تاثیر تنش های وارد بر آن می پردازد. این شاخه به عنوان نگرشی تازه به رفتار مکانیکی سنگ مطرح شده است و بیش از چند سال از عمر آن نمی گذرد اما اهمیت خود را در پیش بینی رخدادها به اثبات رسانده است. در سال های اخیر، استفاده از ژئومکانیک در تعیین برنامه اکتشاف و توسعه میدان، به عنوان یک عامل اصلی بوده است. درحالی که ساخت مدل ژئومکانیکی در یک میدان، به محدوده ی وسیعی از داده ها نیاز دارد، اما در مراحل اولیه ی اکتشاف و توسعه ی میدان، داده های موجود، محدود به داده های چند چاه و لرزه نگاری است. بنابراین، استفاده از این داده های محدود برای بررسی سه بعدی رفتار ژئومکانیکی بسیار اهمیت پیدا می کند. توانایی محاسبه ی مستقیم همه ی پارامترهای ژئومکانیکی از داده های لرزه نگاری وجود دارد، هرچند دقت این محاسبات وابسته به وضوح برداشت داده های لرزه نگاری است.در این مقاله، مدل سازی ژئومکانیکی در حالت یک بعدی و سه بعدی و کاربرد داده های لرزه ای برای ساخت مدل سه بعدی مورد بررسی قرار می گیرد. مهم ترین کاربرد مدل ژئومکانیکی یک بعدی در پیش بینی پایداری دیواره چاه است. امامدل های سه بعدی ژئومکانیکی در مقیاس های بزرگتر برای پیشبینی های مهندسی و مدیریت و برنامه ریزی برداشت میادین هیدروکربوری مورد استفاده قرار می گیرد.

عدم قطعیت در ترکیب سیال یکی از چالش های همیشگی در مخازن گاز میعانی است. گاه دیده شده است که از یک چاه تکمیل شده در یک مخزن گاز میعانی چندین نمونه مختلف با ترکیب اجزای متفاوت در یک زمان مشخص گرفته شده است که تا حدودی با یکدیگر تفاوت دارند. این مساله موجب به چالش کشیدن محاسبات مختلف مهندسی مخازن و در نهایت تولید می گردد. در این پژوهش با استفاده از یک مدل سیال پایه که برگرفته از داده های میدان گازی پارس جنوبی است، اثرات خطای ناشی از اختلاف در اجزای سنگین سیال گاز میعانی 1 (در محدوده ی تغییرات 25%) بر محاسبات مربوط به پیش بینی شعاع توده ی میعانات اطراف چاه، بهره دهی چاه، ضریب بازیافت نهایی و آنالیز داده های چاه آزمایی مورد بررسی قرار گرفته است. برای آنالیز داده های چاه آزمایی از یک آزمایش شبیه سازی شده ی افت فشار2 استفاده گردید که تحلیل این آزمایش از طریق کدنویسی و با محاسبه ی تابع شبه فشار به روش تحلیلی 3- ناحیه ای 3 انجام گرفت و نتایج حاصل با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج حاصل نشان می دهد که اختلاف در شعاع توده ی انباشت میعانات برای نمونه سیالات مختلف(در محدودهی تغیرات 25% اجزای سنگین سیال) اندک بوده و بهره دهی چاه و ضریب بازیافت نهایی را به مقدار کمی تحت تاثیر قرار میدهد. تحلیل داده های چاه آزمایی نیز بیانگر این مطلب است که در محدوده ی تغییرات اجزای سنگین سیال مخزن گازی پارس جنوبی (25%)، عدم قطعیت در ترکیب سیال بر نتایج حاصل از آنالیز چاه آزمایی تاثیر بسیار ناچیزی دارد.

آگاهی از شیب حرارتی و بالطبع دمای یک مخزن هیدروکربوری از اهمیت زیادی در مدیریت علمی مخزن برخوردار است. این امر به ویژه در یک مخزن گازی به دلیل تاثیر دما در میزان و زمان تشکیل میعانات گازی اهمیت پیدا می کند. به طور کلاسیک، انتظار میرود که در یک مخزن و در یک عمق ثابت، دمای مخزن ثابت باشد. همچنین، در صورت وجود یک سامانه ی یکنواخت هیدروکربوری در سراسر مخزن، شیب زمین گرمایی نیز در سراسر مخزن ثابت باشد. با توجه به اطلاعات کسب شده در زمان حفاری دو حلقه چاه ارزیابی در یکی از مخازن گازی ایران و جابه جایی شیب حرارتی در این دو حلقه چاه، مطالعه ای جهت بررسی صحت موضوع و یافتن محملی علمی برای این امر انجام شد که در اینجا، نتایج آن آورده شده است.

ایجاد رسوبات هیدروکربنی در نفت خام مشکلات عمده ای در فرایند بهره بردای، فرآورش و انتقال نفت خام ایجاد می کند. افزایش افت فشار خطوط جریان، انسداد خطوط لوله، از بین رفتن ابزارهای مختلف در اثر تشکیل وکس و آسفالتین، از مشکلات روزمره واحدهای بهره برداری است. مهم ترین عامل تشکیل رسوب وکس در نفت خام افت دماست. تشکیل رسوب وکس سبب کاهش کیفیت سیال، افزایش گرانروی نفت خام و به تبع آن، افزایش افت فشار خطوط جریان می شود. تعیین دقیق نقطه تشکیل وکس و تاثیر آن بر افزایش گرانروی نفت خام موضوع مهمی است که در طراحی واحدهای بهره برداری و فرآورش نفت خام ضروری است. در این مقاله سعی شده است با بررسی روش های مختلف تعیین دمای تشکیل وکس و انتخاب نزدیکترین روش به شرایط عملیاتی، تاثیر تبلور وکس در تغییر گرانروی نفت مورد بررسی قرار گیرد. علاوه بر این، در این مقاله، رفتار گرانروی نفت نسبت به دما با توجه به دو متغیر درجه سنگینی و دمای تشکیل وکس با ارائه یک رابطه تجربی مدلسازی شده است.

نانو سیالات از توزیع ذرات با ابعاد نانو در سیالات معمولی که به عنوان سیال پایه جهت پخش شدن نانوذرات در آن به کار می روند، به دست می آیند. در سال های اخیر با پیشرفت علم نانو، استفاده از نانوذرات در بخش های مختلف صنعت نفت مورد توجه قرار گرفته است. به کمک نانو سیالات می توان جدایش نفت و گاز در داخل مخزن را تسهیل نمود و میزان برداشت نفت را نسبت به روش های فعلی افزایش داد. با افزودن نانو ذرات به یک سیال، خواص آن از قبیل چگالی، ویسکوزیته، هدایت حرارتی و گرمای مخصوص را می توان به حالت بهینه تنظیم کرد. لذا در این تحقیق، ازدیاد برداشت نفت با استفاده از نانو ذرات مطالعه و بررسی شده است. بررسی های صورت گرفته در این زمینه شامل تاثیر سیلابزنی با نانوذرات بر خواص سنگ و سیال، افزایش ضریب برداشت نفت با استفاده از نانو سیالات و مواد فعال سطحی همراه با نانو ذرات و شبیه سازی و مدل سازی این فرایند می باشد. مطالعات نشان می دهند که با افزودن نانو ذرات به یک سیال، می توان ضریب برداشت نفت را افزایش داد. قابل توجه است که این سیال ها طوری طراحی می شوند که با سیالهای داخل مخزن سازگار بوده و از نظر زیست محیطی مناسب باشند. نانو سیال ها یا نانو امولسیون ها در طول زمان بسیار پایدار بوده و این ویژگی، پتانسیل بسیار مفیدی برای ازدیاد برداشت نفت است. به طورکلی، نانو ذرات از طریق تغییر ترشوندگی از نفت تر به آب تر، کاهش کشش سطحی، کاهش گرانروی نفت و ایجاد یک نسبت پویایی مناسب در سیال تزریقی می توانند برای مدت طولانی باعث استخراج نفت از مخازن شوند.