روش‌های حرارتی ازدیاد برداشت از مخازن نفت

یکی از مسائلی که با توجه به کاهش فشار و نوع نادر مخازن نفت کشور (کربناته شکافدار و ساختارهای نفت سنگین) باید مورد توجه قرار گیرد، انتخاب روش صحیح ازدیاد برداشت است. یکی از این روشها، روش حرارتی است. در این تحلیل برخی از ابعاد این روش را بررسی خواهیم کرد:
از مهمترین راه‌های ازدیاد برداشت از مخازن نفت، استفاده از روش‌های حرارتی است. در این روش‌ها با استفاده از انرژی حرارتی، برخی از خصوصیات سنگ و سیال را تغییر می‌دهند و خروج نفت از مخزن را تسهیل می‌کنند.
● انواع روش‌های حرارتی ازدیاد برداشت
به طور کلی، روش‌های حرارتی ازدیاد برداشت را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد.
۱) ایجاد حرارت در مخزن با سوزاندن بخشی از نفت: این عمل با تزریق گاز دارای اکسیژن، حفر چاه‌های تزریقی معین و ایجاد یک جبهه آتش پیش‌رونده صورت می‌گیرد. البته برای ایجاد این حرارت روش‌های متفاوتی پیشنهاد شده است؛ ولی تنها در روش‌هایی که از گاز اکسیژن‌دار استفاده می‌شود، جبهة آتش در یک جهت حرکت می‌کند و می‌توان به نتیجة مطلوب رسید.
۲) تولید حرارت در خارج مخزن و تزریق سیال گرم به عنوان عامل جابه‌جا کننده: این روش شامل تزریق بخار و آب به صورت مرحله‌‌ای و متناوب (تزریق چرخشی یا متناوب) و یا تزریق بخار به‌طور ممتد می‌باشد.
● مکانیزم‌های تولید نفت در بازیافت حرارتی از مخزن
افزایش درجه حرارت، بر روی خواص فیزیکی سیالات و همچنین تاثیرات متقابل سنگ و سیال، اثرمی‌گذارد. مکانیز‌م‌های اصلی ناشی از این تأثیرات که به تولید نفت منجر می‌شوند، عبارتند از:
۱) کاهش ویسکوزیته خصوصاً در مورد نفت‌های سنگین
۲) میزان ترشوندگی سنگ تغییر پیدا می‌کند؛ تمایل به ترشوندگی توسط آب در درجه حرارت بالا افزایش می‌یابد.
۳) کشش سطحی بین نفت و آب با افزایش درجه حرارت کاهش پیدا می‌کند.
۴) انبساط حرارتی باعث می‌شود که سیال موجود در خلل و فرج سنگ به بیرون تراوش پیدا کند؛ در این حالت، چون انبساط حرارتی نفت خصوصاً نفت‌های سبک کمتر از آب است، در ابتدا نفت خارج می‌شود.
۵) نفت‌های سبک تبخیر می‌شوند.
● روش تزریق بخار آب
این روش در چاه‌هایی به کار برده می‌شود که دارای نفت سنگین با ویسکوزیته بالا هستند. از این روش که در اواخر دهه پنجاه میلادی کاربرد زیادی داشته است، بیشتر در کالیفرنیا و ونزوئلا استفاده می‌شود؛ زیرا در این مناطق نفت سنگین بیشتری نسبت به سایر نقاط دنیا زیادی وجود دارد.
عاملی که در روش تزریق بخار باید کنترل ‌شود، سرعت تزریق است؛ سرعت تزریق باید به صورتی باشد که فرصت کافی برای تبادل حرارتی بخار و نفت وجود داشته باشد تا شیب‌ دمائی درون نفت ایجاد گردد. علاوه بر آن، باید به فاصله بین مخزن و تاسیسات تولید بخار برای محاسبه درجه سیال تزریقی به مخزن و میزان خوردگی در مسیر بخار تزریقی توجه داشت.
● روش‌های تزریق بخار
تزریق بخار عمدتاً به دو صورت انجام می‌شود:.
▪ روش چرخشی: در این روش، ابتدا مقداری بخار و سپس، آب به‌همراه پلیمر به مخزن تزریق می‌شود. مجدداً بخار آب تزریق می‌شود و به‌همین ترتیب فرایند ادامه پیدا می‌کند. از این روش در سال ۱۹۵۹ در ونزوئلا استفاده می‌شد و در سال ۱۹۶۸ با استفاده این روش در کالیفرنیا حدود ۱۳۰۰۰۰بشکه نفت برداشت گردید.
▪ روش تزریق بخار: در این روش، بخار آب به طور ممتد به مخزن تزریق می‌گردد و هم نیروی حرارتی و هم نیروی رانش به وسیله بخار آب ایجاد می‌گردد. تاکنون در آمریکا نزدیک به ۵۰درصد نفت مخازن به این روش استخراج گردیده است.
● شرایط لازم برای تزریق بخار آب:
در یک بررسی آماری که در مورد مخازن نفتی در سرتاسر جهان انجام شده، شرایط لازم برای استفاده از روش حرارتی به صورت ذیل گزارش شده است. البته وجود این شرایط به معنی کفایت این شروط نیست و ازدیاد برداشت به عوامل دیگری از جمله عوامل اقتصادی، زیست‌محیطی وغیره نیز وابسته است.
● نمونه‌های موفق از کاربرد روش‌های حرارتی
▪ مخزن کویت
مخزن کویت در ادامه لایه آسماری ایران قرار دارد. از سپتامبر ۱۹۸۶، عملیات تزریق به این مخزن به‌صورت چرخشی و با حفر چهار چاه تزریقی آغاز شد. برای این منظور، بخار با درجة حرارت ۴۳۳ درجه فارنهایت و در مدت یک تا سه روز با دبی ۱۲۴۶- ۹۶۵ بشکه در روز تزریق شد تا فشار بخار به ۳۹۰psi برسد، نتایج بدست آمده از این مخزن حاکی از موفقیت‌آمیز بودن این روش در این مخزن بوده است. اطلاعات مخزن به صورت ذیل می باشد.
▪ میدان لاک در فرانسه:‌
میدان نفتی لاک در جنوب غربی فرانسه قرار دارد که دارای دو نوع سنگ متفاوت است: سنگ آهکی فشرده و سنگ دولومیت نامرغوب. به علت تراکم زیاد شبکه شکاف‌ها، چاه‌های این میدان دارای بهره‌وری خوبی هستند. این مخزن از نوع مخازن ترکدار است؛ بنابراین اگر چه تراوایی مخزن پایین است (md ۱۰) اما وجود ترک، تراوایی میانگین را تا حدود md ۵۰۰، بالا می‌برد.
در سال های ۱۹۵۷- ۱۹۴۹ از منطقه ترکدار تولید می‌شد. سپس آشام آب مکانیزم اصلی میدان شد و تمام ترک ها مورد هجوم قرار گرفتند. در سال ۱۹۷۷ هنوز مقدار زیادی نفت در مخزن بجا مانده بود. بنابراین راه های تولید این نفت مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات مهندسی مخازن و تحقیقات آزمایشگاهی منجر به انتخاب روش تزریق ممتد بخار گردید. پروژة راهنمای تزریق بخار بین سالهای ۱۹۹۷ الی ۱۹۸۲ به کار انداخته شد که نتایج حاصل از آن موفقیت‌آمیز ارزیابی گردید. در این پروژه با تزریق ۲۵۱هزارتن بخار، ۳۵۶ هزارتن نفت به‌دست آمد.
این اولین آزمایش ترزیق بخار در یک مخزن کربناته، بود. تأثیر بخار روی سنگ کربناته باعث آزاد شدن مقدار زیادی دی‌اکسید کربن در داخل مخزن شد و یک کلاهک گازی تشکیل گردید. تزریق بخار گرانروی نفت را کاهش داد و راندمان برداشت نسبت به حالت آشام آب بالاتر رفت. برداشت نفت بوسیلة بخار در این میدان، بالغ به ۱۱۰هزار متر مکعب بوده است. این مقدار فقط از طریق ۵ الی ۶ چاه بدست آمده است. خصوصیات مخزن لاک عبارتند از:‌
● نتیجه‌گیری و تحلیل:
مطالعات انجام شده در مخازن ایران، حاکی از وجود مخازن نفت سنگین و ساختارهای شکافدار می‌باشد. درک پدیدة بازیافت نفت از فضای ماتریکس از طریق ترزیق سیال با دمای بالا، از روش سیلاب‌زنی و تزریق مواد شیمیایی خیلی پیچیده‌تر است. چرا که در این روش، بازیافت بستگی به چند مکانیزم دارد. بررسی تجارب انجام شده در تزریق آب گرم به مخازن کربناته شکافدار حاکی از موفقیت آمیز بودن این روش بوده است.
با توجه به خصوصیات مخازن ایران (کربناته شکافدار) و وجود ذخایر نفت سنگین، یکی از مهمترین گزینه‌های قابل مطالعه و تحقیق، روش‌های حرارتی ازدیاد برداشت هستند. یکی از مهم‌ترین گام‌هایی که باید در این راستا برداشته شود، شبیه‌سازی مخازن کشور به منظور آزمایش تزریق بخار و آب گرم، علی‌الخصوص در میادین نفت سنگین است. لازم به ذکر است که تاکنون ۱۸ ساختار نفت سنگین در کشور شناسایی شده است و هنوز ارزیابی دقیقی از میزان این ذخایر وجود ندارد. هم‌اکنون مطالعات ازدیاد برداشت و تولید از این نوع مخازن، در برخی از دانشگاه‌های داخل و خارج کشور (مانند کانزاس) در حال انجام است و ضریب بازیافت این مخازن بین ۵ تا ۱۰ درصد پیش‌بینی می‌شود. با توجه به پایین‌بودن درجه مرغوبیت، گرانروی بالا، درصد مواد سنگین، همچنین وجود گوگرد فراوان در نفت سنگین نسبت به نفت سبک و نیز فشار کم مخازن، استخراج نفت از این مخازن، احتیاج به روش‌های بازیافت مرحله سوم و در راس آن، روش‌های حرارتی دارد.

نویسنده: احمد اسدزاده فرخانی
مآخذ:
۱- cyclic steam injection in kuwit.spe ۳۰۲۸۸
۲- ecent results of steam drive development r

منبع : شبکه تحلیل گران تکنولوژی ایران