تولید شن در مخازن ماسه سنگی و ارزیابی روش های کنترل آن


موضوعات

آمار سایت

  • تعداد مطالب : 333
  • تعداد کاربران : 13134
  • تعداد دیدگاه ها : 292
  • بازدید امروز : 61
  • بازدید دیروز : 1,688
  • بازدید کل : 971,513

برچسب ها

  • مخازن ماسه سنگی نفت,مخزن نفت,مطالب,آموزشی,مهندسی مخازن هیدروکربنی,

کاربران

کانال ما در آپارات

کاربر عزیز به سایت ما خوش امدی
برای استفاده از تمامی بخش ها در سایت عضو شوید.

تبلیغات

 تولید شن در مخازن ماسه سنگی  و ارزیابی روش های کنترل آن

تولید شن در مخازن ماسه سنگی و ارزیابی روش های کنترل آن

تاریخ : سه شنبه 08 بهمن 1392
بازدید : 671
دیدگاه :
نوشته : هادی گلستانی

مخزن

1)  تولید شن در مخازن ماسه سنگی  و ارزیابی روش های کنترل آن

2)  دیاژنز و نقش آن در خصوصیات فیزیکی مخزن


1)  تولید شن در مخازن ماسه سنگی

در مخازن ماسه سنگی با بزرگترین مشکلی که مواجه باشیم پدیده تولید ماسه است . این پدیده که در آن دانه های ماسه به سمت فشارهای زیاد وارده از سنگ مخزن جدا می شوند ، هر ساله هزینه های قابل توجهی را به شرکت های نفتی تحمیل می کند اما تولید ماسه در واقع چه می باشد و به چه علت تا بدین حد در صنعت نفت اهمیت دارد . وقتی که مورد مواد جامدی که همراه سیال ما تولید می شوند صحبت می کنیم بایستی دانست که دو نوع ذرات جامد همراه سیال به سطح می آیند یکی مواد جامد سازند و دیگری مواد جامد سیال سازند ( مانند آسفالتین و ... ) . بنابراین وقتی که صحبت از کنترل ماسه می کنیم منظور ماسه ای است که از سازند تولید می شود در این مقاله روش های کنترل ماسه را مورد بررسی قرار داده و شما را با نقاط قوت و محدودیت های هر یک آشنا می کنیم .

مخزن

 

1)  تولید شن در مخازن ماسه سنگی  و ارزیابی روش های کنترل آن

2)  دیاژنز و نقش آن در خصوصیات فیزیکی مخزن

 

1)  تولید شن در مخازن ماسه سنگی

در مخازن ماسه سنگی با بزرگترین مشکلی که مواجه باشیم پدیده تولید ماسه است . این پدیده که در آن دانه های ماسه به سمت فشارهای زیاد وارده از سنگ مخزن جدا می شوند ، هر ساله هزینه های قابل توجهی را به شرکت های نفتی تحمیل می کند اما تولید ماسه در واقع چه می باشد و به چه علت تا بدین حد در صنعت نفت اهمیت دارد . وقتی که مورد مواد جامدی که همراه سیال ما تولید می شوند صحبت می کنیم بایستی دانست که دو نوع ذرات جامد همراه سیال به سطح می آیند یکی مواد جامد سازند و دیگری مواد جامد سیال سازند ( مانند آسفالتین و ... ) . بنابراین وقتی که صحبت از کنترل ماسه می کنیم منظور ماسه ای است که از سازند تولید می شود در این مقاله روش های کنترل ماسه را مورد بررسی قرار داده و شما را با نقاط قوت و محدودیت های هر یک آشنا می کنیم .

 

مشکلاتی که تولید شن برای ما به همراه دارد عبارت اند از :

1 – فرسایش تجهیزات مانند لوله ها ، پمپ ها ، شیرها و ...

2 – مسدود کردن تجهیزات سطحی و درون چاهی مثل لوله ها .

3 – نیاز به نیروی کار بیشتر جهت تعویض و تعمیر وسایل و تمیز کردن چاه .

4 – کاهش تراوایی سازند و در پی آن کاهش راندمان بازیافت مخزن .

مشکل ماسه در سازندهای کم عمق ظاهر می شود ، همچنین با این شکل در سازندهای عمیق تر از 3500 متر مواجه می شویم . محدوده ابعاد دانه های ماسه توسط انجمن های مختلف ، بصورت مختلف ارائه شده است . در سیستم طبقه بندی متحد که مورد پذیرش استاندار آمریکا ( ASTM ) نیز می باشد به دانه هایی ماسه گفته می شود که در محدوده 76/4 – 074/0 میلیمتر قرار دارند . این بدین معنی نیست که در مخزن فقط دانه هایی با این اندازه تولید می شود کلیه دانه هایی که در چاه تولید می شود از نظر دانه بندی عموما در این محدوده قرار دارند .

 

علل تولید شن :

1 – بر هم خوردن تعادل تنش در زمین : طبق روابط و معادلات موجود در الاتسیته ، وقتی که یک سوراخ در محیط ایجاد شود ، توزیع تنش در اطراف حفره به هم می خورد . این برهم خوردگی تنش در اطراف سوراخ ایجاد شده می تواند به اندازه ای باشد که از مقاومت اطراف حفره حفره تجاوز نماید . در این صورت مواد که از سرطه الاستیک رد شده و وارد مرحله پلاستیک شده اند ، دیگر توانایی باقی ماندن در کنار دیگر مواد را ندارند و در نتیجه به درون حفره ریخته می شوند .

در مورد مخازن نفت و گاز ، موضوع پیچیده تر از این می باشد . در این موارد محیط با یک سیال تحت فشار اشباع شده است در این هنگام اگر توسط حفاری سوراخی در چاه ایجاد شود ، سیال درون مخزن با توجه به فشار بالایی که دارد تمایل  به حرکت به نقطه کم فشار را دارد و لذا با فشار به طرف چاه هجوم می آورد . حال در این شرایط سنگ اطراف چاه که بواسطه برهم خوردن وضعیت تنش ها ، در وضعیت نه چندان خوبی بسر می برد ، تحت فشار نیروی سیال نیز قرار می گیرد و ذرات آن بصورت دانه دانه از یکدیگر جدا شده و بدرون چاه سرازیر می شوند و به همراه سیال به سطح می رسند که به آنها ماسه می گوییم .

2 – بوجود آمدن نیروی حرکتی توسط سیال متحرک . همان طور که در بالا نیز اشاره شد در اثر ایجاد افت فشار در ناحیه اطراف چاه ، سیال سازند شروع به حرکت با سرعت به سمت حفره چاه می کند هر چه افت فشار ایجاد شده بیشتر شود سرعت حرکت سیال نیز افزایش می یابد . حرکت سیال با خود ایجاد یک نیروی مومنتم می کند که این نیرو به ذرات سازند وارد می شوند و مقدار این نیرو به شدت بستگی به سرعت و ویسکوزیته به سیال دارد . و هر چه سرعت حرکتی سیال بیشتر و نفت سنگین تر باشد ( ویسکوزتر ) مقدار این نیرو نیز بیشتر می شود وقتی که از نیروی چسبندگی ای که ذرات سازند را به یکدیگر متصل کرده است بیشتر شود باعث جدا شدن این ذرات شده و شکل تولید شن را ایجاد می کند .

 

3 – کاهش فشار مخزن . ( Pore prelude ) 1 – فشار دوباره یا over burden pellet به فشار اطلاق می شود که ناشی از وزن طبقات و لایه های موجود در بالای یوش سنگ col مخزن می باشد .این فشار که ناشی از نیروی وزن طبقات است همواره ثابتی است . در مخزن بخشی از فشار دوباره را سیال سازند و بخشی دیگر را ذرات سازند تحمل می کنند . با تولید از سیال مخزن ، سطح سیال بطور ناگهانی سقوط مسی کند و این امر منجر به کاهش فشار منفذی موجود در خلل و فرج می شود در نتیجه مقداری از بار که توسط سیال حمل می شده بر روی اسکلت مواد وارد می شود و باعث افزایش نیروی compaction شده و تخریب سیمان نیروی بین ذرات سازند و جدا شدن ذرات و تولید ماسه را به همراه دارد .

4 – کاهش سفتی یا سختی سازند . در مخازن نفتی که مکانیزم تولید ، رانش آب می باشد یا مخازن در مرحله ازدیاد برداشت نفت تزریق آب قرار می گیرند با گذشت زمان تراوایی نسبی آب در مخزن افزایش پیدا کرده و این منجر به کاهش نیروهای موئینگی می شود . وجود مقدار زیاد آب اطراف سنگ مخزن ، و باقی ماندن سنگ در تماس یا آب برای مدت زمانی طولانی باعث حل شدن سیال بین ذرات سازند و سست و جدا شدن این ذرات شده و شکل تولید ماسه را ایجاد می کند .

5 – ایجاد خستگی در سنگ . این حالت در شرایطی رخ می دهد که یک مخزن ذخیره گاز تحت تزریق و برداشت های متوالی قرار گیرد . در این حالت سنگ مخزن در اثر توالی های بارگذاری و با برداری قرار می گیرد و به نوعی دچار خستگی و کرنش باقی مانده قرار می گیرد که در نهایت باعث کاهش مقاومت آن شده و کار به سرطه ای می رسد که در برداشت با شکل تولید ماسه مواجه خواهیم شد .

انتخاب روش کنترل ماسه : چنان چه می دانیم هر یک از روش های کنترل ماسه برای شرایط خاصی از کارایی بیشتری برخوردار می باشد . نکته مهم در اینجا اینست که چنان که چاهی با شکل تولید ماسه مواجه باشد یا با استفاده از روش های پیش بینی تولید ماسه ، این احتمال را بدهیم که در آینده با شکل تولید ماسه روبرو خواهد شد ، کدام سیستم از سیستم های کنترل ماسه از کارایی بیشتری برخوردار می باشد و یا اینکه چه معیارها و ضوابطی را باید در این زمینه مد نظر قرار داد . در اینجا تلاش می شود تا این امر از دیدگاه مقایسه میان روش ها مورد بررسی قرار گیرد . متاسفانه به علت عدم اطلاع از این مباحث ، عموما در مورد نحوه جلوگیری و مقابله و یا به عبارتی کنترل ماسه اطلاع چندانی در اختیار مدیران مربوطه قرار ندارد و این مسئله به یکی از دو صورت زیر حل می شود :

1 – واگذاری به شرکت های مشاور های خارجی

2 – تقطیر از روش های انجام شده در گذشته

در حالت اول به دلیل برخی از مسائل ، هیچ وقت دانش چگونگی این انتخاب در اختیار متوالی امر گذاشته نمی شود و همچنان در این زمینه وابستگی باقی می ماند در حالت دوم در واقع به تقلید از کارهایی که در گذشته بر روی چاه ها انجام شده است بدون اینکه در این زمینه تحقیقات لازم به عمل آید ، سیستم استفاده شده به دیگر چاه ها تعمیم داده می شود . حال در این میان ممکن است در بسیاری از حالات با شکل جدی در حین تولید مواجه نشویم اما نکته در اینجاست که آیا روش انجام شده روش بهینه و اقتصادی بوده است  یا خیر ؟ و این که با چه اطمینانی در این زمینه هزینه شده است . نکته ای که در اینجا باید به آن اشاره شود این است که چگونگی انتخاب سیستم کنترل ماسه یک حالت کمی و فرمولی ندارد یعنی رابطه یا فرمولی وجود ندارد که با قرار دادن تعدادی پارامتر در آن بتوان در نهایت به یک جواب یعنی یک سیستم برای کنترل ماسه دست یافت . بلکه در این حالت با تعاریف و بازه هایی از کارایی ها مواجه می باشیم و در واقع یک حالت کیفی در کار می باشد و تصمیم گیری در این زمینه در نهایت به قضاوت مهندسی مدیران متوالی امر بر می گردد .

 

 

پارامترهای موثر در انتخاب روش کنترل ماسه : صرف نظر از اینکه کدام روش برای چه شرایطی مناسب می باشند ، پارامترهایی در زمینه نحوه کنترل ماسه و انتخاب روش مطرح می باشند که چنان چه اثر هر یک اطلاع کافی داشته باشیم می توانیم در زمینه انتخاب روش کنترل ماسه بازدید بازش عمل نمود . این پارامترها شامل دو دسته پارامترهای فنی و غیر فنی می باشند .

برخی از پارامترهای فنی عبارت انداز : ابعاد دانه های سازند ، نفوذپذیری ، میزان دانه های ریز ، طول فواصل تولید شرایط چاه ، تاریخچه چاه از دیدگاه تولید ماسه ، میزان حساسیت به آب ، دوام روش ، نرخ تولید ، دما و فشار ته چاه ، سرعت سیال ، ویسکوزیته سیال تولیدی ، درصد آبی که همراه سیال تولیدی استخراج می شود ، درصد گاز ترش مسائل مربوط به دکل ، محل چاه ،

و از عوامل غیر فنی می توان به شرایط سیاسی ، شرایط اقتصادی ، مقبولیت و پیشینه روش ، دانش فنی هزینه و بسیاری پارامترهای دیگر اشاره کرد . از آن جا که پرداختن به هر یک از این موارد در این مقاله نمی گنجد به همین مقدار که به آنها اشاره شده اکتفا می کنیم .

 

روش های کنترل شن

در این قسمت روش های کنترل ماسه را مورد بررسی قرار داده و شما را با نقاط قوت و محدودیت های هر یک آشنا می کنیم

1 – کاهش نیروی حرکتی . همان طور که قبلا نیز به آن اشاره شد یکی از عوامل موثر در تولید شن نیروهای حرکتی بوجود آمده در اثر حرکت سیال بودند . برای مهار این پارامتر یا کاهش اثر آن نیاز است که سرعت حرکت سیال را بخصوص در ناحیه اطراف دهانه چاه کاهش دهیم . برای این کار باید تا آنجا که امکان دارد سطح مقطع موثر در برابر جریان را افزایش دهیم یا به عبارت دیگر با افزایش قطر مسیر حرکت سیال ، از سرعت حرکت سیال بکاهیم . معمولا این روش ساده ترین و موثرترین و ارزان ترین روش کنترل ماسه می باشد .

نیروی حرکتی را می توان به طریق زیر کاهش داد :

1 – ایجاد شبکه های بزرگتر و تمیزتر

2 – افزایش تعداد شبکه ها در واحد طول

3 – افزایش طول مسیر مشبک

4 – ایجاد کانال های مصنوعی در سازند از طریق شکاف هیدرولیکی

در یک تولید طبیعی صرف نظر از دبی همیشه مقداری ماسه تولید می شود . اگر میزان تولید از یک مقدار بحرانی افزایش پیدا کند تولید ماسه بصورت فزاینده ای افزایش پیدا می کند . اگر مجبور باشیم به دلایل اقتصادی دبی تولید از چاه ها را بالا ببریم باید این مقدار بحرانی میزان تولید را محاسبه کنیم .

2 – کنترل مکانیکی ماسه

در روش های مکانیکی برای جلوگیری از تولید شن از لوله های کاملا مشبک کاری شده ای که در مقابل سازند تولیدی قرار می گیرند استفاده می کنیم بطوری که فقط سیال بتواند از آستره مشبک عبور کند و ذرات شن نتوانند از آستر عبور کرده و به سطح بیایند .

کنترل مکانیکی شن به دو صورت انجام می گیرد :

a استفاده از liner یا آستره مشبک بدون فیلتر :

در این روش آستره را وارد چاه کرد و در مقابل جریان سیال ورودی از سازند قرار می دهیم . استفاده نکردن از فیلتر باعث می شود همواره بین آستره و دیواره چاه فاصله ای وجود داشته باشد . این فاصله بزرگترین شکل را در حین استفاده از آستره های بدون فیلتر برای ما به همراه می آورد . در این فاصله که معروف به ناحیه Annulus است با گذشت زمان ذرات شنی که نمی توانند از آستره عبور کننده ته نشین می شوند و به مرور ناحیه بین دیوار چاه و آستره کاملا و بسته شده و تولید از چاه بسیار کاهش می یابد .

انواع Liner های مشبک کاری شده عبارت انداز :

Slotted liner : این نوع آستره را در جهت طولی شکافته اند ( دارای شکاف های طولی ) . کمترین طول شکاف ها 3/0 میلیمتر است . اگر ذرات تولید شده از سازند درشت باشند می توان نتایج خوبی را از بکارگیری این نوع آستره بدست آورد .

Wire wrapped screen2 : این نوع آستره ها از یک لوله شکاف دار یا روزنه دار ، با کانال های سنگ و بار یک در داخل آنها تشکیل شده اند . در درون این روزنه ها یک سیم با سطح مقطع ذوزنقه ای یا مثلثی پیچیده شده است . از طریق این کانال ها فقط سیال می تواند عبور کند و ماسه ها متوقف می شوند . کوچکترین شکاف حدود 05/0 میلیمتر است .

Repacked Liner  : این نوع آستره ها از یک لوله فولادی مشبک تشکیل شده اند که با یک بسته شنی ( sand pack ) که با صمغ مصنوعی به آن چیره شده اند احاطه شده است . بسته شنی دارای شن های با بزرگی مختلف می باشد . بین نوع فیلترها را می توان تا دمای 1600c نیز بکار برد . هدف از بکار بردن این بسته شنی این است که تا آنجا که می توانند فضای خالی  بین آستره و دیواره چاه را کاهش دهند . این ذرات شن را در روی سطح با استفاده از یک ماده چسبی به آستره متصل می کنند . یکی دیگر از دلایل استفاده از بسته شنی این است که باز هم به دلیل وجود ناحیه Annulus بین آستره و دیواره چاه ذرات ماسه با سرعت زیاد به طرف آستره پرتاب می شوند و به مرور زمان باعث فرسایش آستره می شوند این مطلب بارها و بارها در چاه ها مشاهده شده است به همین دلیل با پوشاندن آستره با یک لایه از ماسه از فرسایش آستره پیش گیری می کنند .

b استفاده از آستره مشبک کاری شده همراه با فیلتر ( Gravel packer )

در استفاده از Liner ها بزرگترین مشکل را ناحیه Annuls بین دیواره چاه در آستره ایجاد می کرد در در این روش سعی شده با استفاده از ذرات gravel  این ناحیه را پوشش داده و تا حد زیادی اثرات آن را کاهش دهند . در حین استفاده از روش gravel park باید به موارد زیر توجه کرد :

- دانه های ریگ ( gravel ) بایستی تا آنجا که ممکن است بزرگ باشند تا نتوانند از آستره عبور کنند .

- ریگ ها باید سفت و سخت باشند تا شکسته نشوند و تبدیل به قطعات کوچکتر قابل عبور از شبکه ها نشوند .

- ذرات سازند ( ماسه ) باید بیرون آستره شنی ( gravel ) ( درون خود سازند ) متوقف شوند و نباید وارد ناحیه Annulus شوند که توسط gravel ها پوشش داده شده اند .

- ضخامت موثر آستره شنی در ناحیه آنالوس باید بزرگتر از 3" باشد تا کارایی لازم را داشته باشد .

- ریگ ها نباید به هیچ وجه با ماسه های تولید شده از سازند ترکیب شوند .

روش کار بدین صورت است که بعد از مشبک کاری دیواره چاه ( perforation ) ، یک tubing همراه با packer در چاه جای گذاری می کنیم سپس سازند را می شوئیم و فضای لازم جهت جای گذاری ریگ ها در سازند ایجاد می کنیم . پس از طریق tubing فضای خالی ایجاد شده در سازند و چاه را توسط ریگ پر می کنیم و در نهایت لوله فلزی مشبک کاری شده را از طریق شستن ریگ ها در داخل آنها قرار می دهیم ، packer را جایگذاری می کنیم تا بدین وسیله از عبور سیال و ریگ از پشت آستره ممانعت شود . حال tubing را بیرون می کشیم . مهم دیگر انتخاب صحیح مایعی است که توسط آن ریگ ها در محل مورد نظر پمپ شوند . مایعات با گراون کتر از یک سانتی پویز آستره شنی فشرده تری را ایجاد می کنند . آب نمک و نفت ، مایعاتی مناسب برای این منظور هستند آنها باید بقدر کافی خالص باشند .

 

 

غلظت ریگ در مایع بایستی 60 تا 120 kg/m و میزان دبی پمپ کردن بایستی 013/0 باشد .در این مقابه سعی شده است معایب روش gravel pack را در مقایسه ای که بین این روش و روش ESS می شود بیان شوند .

2 – کنترل ماسه از طریق سفت کردن مصنوعی سازند یا تحکیم شیمیایی

فلسفه این روش این است که ماسه سازند را در منطقه نزدیک چاه طوری سفت کند که در این ماسه ها در اثر نیروهای هیدرودینامیکی که در اثر تولید ایجاد می شوند حرکت نکنند .در این روش رزین یا صنعی به داخل چاه پمپ می شود . بعد از سفت شدن رزین در اثر درجه حرارت بالای سازند ، ذرات جامد شن به سازند می چسبند و مانع از تولید شن می شود .

مزایای این روش عبارت اند از :

- از طریق tubing می توان این عملیات را انجام داد .

- در چاه های با قطر کم می توان از این روش استفاده کرد زیرا هیچ گونه وسیله ای وارد چاه نمی شود

- از تمام قطر چاه بعد از عملیات می توان استفاده کرد .

- در سازندهای با ماسه های بسیار ریز این روش نتایج خوبی بدست می دهد .

- در چاه های با multi zone completion یا تکمیل چندگانه می توان از این روش استفاده کرد .

معایب این روش عبارت اند از :

- کاهش تراوایی سازند در اثر ایجاد لایه ای از صنع یا رزین روی سطح سازند

- کاهش دبی تولیدی از چاه

- محدودیت در زمان پمپ کردن صنع ( رزین )

- اکثر مواد استفاده شونده در این روش بسیار سمی بوده و قابل اشتغال هستند .

 کنترل شن توسط Expandable sand screen 

تاکنون به چندین روش کنترل شن در مخازن اشاره شد و توضیحاتی را در مورد آنها ارائه کردیم از تمام روش های استفاده شده برای کنترل شن ، روش gravel pack نتیجه خوبی از خود نشان داد . اما این روش تکمیل چاه دارای معایبی است و همچنین هزینه بر بوده و در دراز مدت و در طول مدت عمر چاه نیز بازدهی مناسبی ندارد . در چند سال اخیر روش جدیدی اختراع گردید که تمامی مشکلاتی را که دیگر روش ها با خود به همراه داشته اند برطرف کرد و امروزه در سراسر دنیا بخاطر بازدهی مناسب استفاده از این روش بصورت تصاعدی در حال رشد است . بطوری که شرکت های نفتی دنیا ، چاه های تازه حفاری خود را با این روش جدید تکمیل می کنند این روش جدید ، تکمیل چاه Expandable sand screen  نام دارد .

ESS   یک قطعه سه لایه قابل انبساط است که درون چاه رانده شده و منبسط می شود. لایه وسطی آن Petra wave نام دارد که کار اصلی کنترل شن را انجام می دهد . مزیتی که ESS نیست به دیگر روش ها در این است که پس از منبسط شدن ، درون چاه کاملا به دیواره چاه می چسبد و ناحیه Annulus را که مشکل اصلی تمام روش های گفته شده قبلی بود را بطور کلی از بین می برد و جایی برای حرکت ذرات سازند باقی نمی گذارد .

همین امر باعث می شود تمام مشکلات جریان دادن چاه حل شود .زیرا در روشهای دیگر پس از اتمام کار مقداری فضای خالی بین سازند و وسیله تکمیل باقی می ماند و مشکلاتی مانند خوردگی ، فرسایش و پلاگینگ ایجاد می کرد . حتی در روش gravel pack که سعی شده است این فضای خالی را با گراول پر کنند همیشه مقداری فضای خالی باقی می ماند . حتی اگر هم بتوانیم این فضا را با کاملا و بطور 100% با گراول پر کنیم باز هم در تماس مستقیم با سازند نخواهیم بود و همین امر نیز باعث بروز مشکلات جدیدتر می شود که در ادامه به آنها می پردازیم . هدف ما در این بخش از مقاله بررسی مزایای ESS نسبت به دیگر روش ها بخصوص روش gravel pack است همان طور که در بخش های قبلی مقاله اشاره شد معایب روش gravel pack را در مقایسه با روش ESS  بیان می کنیم .

 

مزایای ESS بر gravel pack

1- کاهش هزینه های حفاری : ESS به هر چاهی اجازه می دهد حداقل به اندازه یک مبانبر لوله جداری کوچکتر حفاری شود این به این دلیل است که می توان برنامه حفاری با قطر نهایی کوچکتری ریخته شود که پس از اتمام حفاری و تکمیل چاه و منبسط شدن ESS قطر مطلوب حاصل شود که صرفه جویی چشم گیری در هزینه کل یک چاه به همراه دارد .

2- حذف فضای دالیزی یا Annulus : ESS چون به دیواره سازند می چسبد فضای دالیزی را حذف خواهد کرد . حذف این فضای به معنی حذف جریان دالیزی است . یعنی در تماس مستقیم با سازند مستقیم . در حالی که در روش gravel pack این ناحیه کماکان وجود دارد واگر هم کاملا حذف شود هرگز در تماس مستقیم با سازند نیستند .

3- پایداری از دیواره چاه و جلوگیری از plugging . ESS چون به دیواره چاه می چسبد مانند دیواره محکمی عمل می کنند و می تواند دانه های شن و ماسه را در جای خود نگه دارد  . این سر تمایل به پلاگ شدن از بین می برد .

4- جلوگیری از فرسایش لوله آستری . ESS از یک طرف چون در تماس مستقیم با سازند است و ناحیه آنالوس را حذف می کند که از پرتاب ذرات ماسه به طرف شبکه های آستری جلوگیری می کند و از طرف دیگر چون در آستری مخصوص ESS هیچ نقطه کوری وجود ندارد و تماما مشبک کاری شده است حتی در محل اتصالات نیز روزنه وجود دارد بنابراین احتمال فرسایش را به حداقل می رساند موردی که در شبکه های معمولی همیشه رخ می دهد  .

5 – کاهش ضریب Skin . ESS سطح مقطع بسیار بیشتری را در مقایسه با تمان شبکه های دیگر در معرض جریان  قرار  خواهد  گذاشت  .

و بیش از 72% از کل آستره ESS را فضاهای خالی در بر می گیرند به همین دلیل چاههایی که با ESS تکمیل شده اند نسبت به چاه هایی که با gravel pack تکمیل شده اند ضریب Skin بسیار کمتری دارند .

6 – موفقیت در عملیات نمودارگیری در حین بهره برداری ESS چون در تماس مستقیم با دیواره چاه است ، به ما اجازه می دهد که نمودارگیری در حین بهره برداری ( PLT ) را با موفقیت انجام دهیم و اطلاعات دقیقی از مخزن بدست آوریم .همچنین چون در این روش قطر داخلی چاه بزرگ است محدودیتی در عملیات نمودارگیری وجود ندارد ، در حالی که در چاه تکمیل شده با روش گراول پک چون قطر داخلی چاه بسیار کوچک شده ، عملیات نمودارگیری را با مشکل مواجه می سازد .

7- جلوگیری از ریزش سازند و collapse : ESS به منزله یک نگهدارنده مستحکم دیواره چاه است و از ریزش سازند و collapse شدن آن جلوگیری می کند این در حالتی است که در روش gravel pack  اگر آستره شنی از فشردگی بسیار زیادی برخوردار نباشد هر لحظه امکان ریزش دیوار ، چاه وجود دارد .

8 – نصب آسان و راحت تر : ESS نصبی بسیار ساده تر این تر از گراول پک دارد . نصب گراول پک بسیار پیچیده و پر مخاطره است . نصب گراول پک به تجهیزات و نظرات زیاد ، مقادیر زیادی گراول و سیال حمل کننده آن دارد . در حالی که ESS فقط به شبکه دو وسیله انبساط نیاز دارد و نصب آن توسط دو نفر انجام می پذیرد .

 

9 – کاهش مقدار water cut در چاه های تکمیل شده توسط ESS :

از دیگر تفاوت های مهم انواع روش های تکمیل چاه ، تفاوت در مقدار water cut و زمان رسیدن water flux به درون چاه است water break through این امر تاثیر مستقیمی بر ultimate Recovery خواهد داشت .

ID نهایی یا قطر داخلی نهایی تکمیل چاه ، بر عملکرد تکمیل چاه از طریق تولید و بر اندازه Friction pressure بسیار تاثیر گذار است Friction pressure تابعی از قطر داخلی از درجه پنجم معکوس آن می باشد . در نتیجه حتی تغییر کوچکی در این مقدار تاثیر بسیار زیادی خواهد داشت .

Friction pressure در درون چاه در مقابل تولید ، مانند choke سر چاهی عمل می کند و باعث غلظت تولید در ناحیه Heel چاه می شود . این همان تاثیر مخربی که باعث می شود جریان آب که هدایت کننده نفت به دهانه چاه است ، زمان کمتری برای رسیدن به دهانه چاه نیاز داشته باشد و چاه بجای تولید نفت ، به آبدهی بیفتد .

در نتیجه اگر ID نهایی تکمیل چاه ، به اندازه کافی بزرگ باشد ( تکمیل با ESS ) پروفایل جریان در چاه از از قسمت Heel  حالت همگنی پیدا کرده و در نتیجه water Breakthrough time  ( زمان رسیدن آب به دهانه چاه ) افزایش پیدا می کند . با زیاد شدن WBT نفت بیشتری از مخزن ، اسحصال شده و شاهد water cut کنند و ultimate Recovery بیشتری خواهیم بود .

این در حالی است که در روش gravel pack به دلیل کوچکتر بودن قطر داخلی چاه friction pressure بسیار زیادتر است و همین امر نیز باعث افزایش مقدار water cut در چاه هایی می شود که با این روش تکمیل شده اند .

مسئله مهم تر این است که پس از رسیدن آب به دیواره چاه ، در چاهی که با گراول پک تکمیل شده نمی توان کاری کرد و نفت بسیاری از دست خواهد رفت و اما در چاهی که با ESS تکمیل شده وقتی که آب به چاه می رسد می توان قسمت را ایزوله کرد و به تولید ادامه داد .

- ESS قابلیت نصب روی یکدیگر را دارند . در صورت آسیب دیدن یکی از آستره های ESS می توان با راندن یک ESS دیگر روی آستره ESS قبلی با از دست دادن قطری کمتر از 7% اینچ مشکل را برطرف کرد .

 

معایب ESS :

- ESS غیر قابل بازیافت است زیرا کاملا به دیواره چاه می چسبد .

- ESS غیر قابل آسیاب کردن است .

- ESS بسیار گران است .

- رانش فنی این است روش در اختیار ما نیست .

- تعمیر ESS بسیار دشوار است .

 

نتیجه گیری:

·      بدون شک تولید ماسه به عنوان مشکلی قابل توجه همواره در صنعت نفت و گاز مطرح میباشد.

·      این پدیده مشکلات زیادی را با خود به همراه میاورد که برای جلوگیری از انها میتوان به روشهای کنترل ماسه متوسل شد.

·      برای انتخاب روش کنترل ماسه ابتدا باید به تمامی روش های کنترل ماسه احاطه کافی داشت.

·      بررسی پارامتر های موثر در انتخاب روش کنترل ماسه امر مهمی در این فرایند میباشد.

·      توجه به پارامتر های غیر فنی در راستای پارامتر های فنی امری ضروری در انتخاب روش کنترل ماسه میباشد.

·      با توجه به روشهای گفته شده استفاده ازESS نتایج بهتری را نسبت به بقیه روشها دارد.

 

 

2) دیاژنز در ماسه‌سنگ‌ها

دانه‌های ماسه‌ای که توسط جریان آب حمل و سپس نهشته شده اند، طی فرایندهایی مثل انحلال، رسوب مجدد، سیمانی شدن، تجزیه شیمیایی و واکنش‌های بین دانه‌ای به مجموعه ای سخت به نام ماسه‌سنگ تبدیل شده اند.]1[

نتیجه نهایی هریک از این فرایندها، تغییر کلی ساخت و فابریک سنگ است. جدول 1 خلاصه‌ای از اثرات برخی فرآیندهای دیاژنزی روی کیفیت سنگ مخزن را نشان می‌دهد.

 

جدول 1: اثر برخی فرآیندهای دیاژنزی بر روی تخلخل]2[

فرآیند دیاژنزی

نتیجه

اثر بر مخزن

سیمانی شدن

تشکیل سیمانهایی نظیر کوارتز و کلسیت

کاهش تخلخل

رسوب رس

تشکیل رس هایی نظیر کائولینیت و ایلیت

کاهش ناچیز تخلخل

انحلال

شستشوی سیمان و دانه هایی ناپایدار

افزایش تخلخل

فشردگی

نظم مجدد دانه ها

کاهش تخلخل

ریزشدگی

شکسته شدن دانه ها

افزایش ناچیز تخلخل


 

در یک ماسه سنگ خاص ممکن است تمام فرآیندهای دیاژنزی فوق دیده نشود، به عنوان مثال ماسه‌سنگ‌های کواترزی خالص فقط تحت تاثیر انحلال هستند. از آنجایی که در بین عوامل ذکر شده در جدول 1، سیمانی شدن بیشترین نقش را دارد، در این مقاله به این مبحث پرداخته می شود.

سیمانی شدن

سیمانی شدن مهمترین فرآیند دیاژنزی است که طی آن ماسه سنگهای نهشته شده به هم چسبیده و به اصطلاح به سنگ تبدیل می شوند. از میان انواع سیمان‌ها کوارتز، کلسیت و دولومیت متداول‌ترین نوع سیمان در ماسه سنگ ها به شمار می روند. عوامل زیادی روی سیمان شدگی تاثیر می‌گذارند که نظریه‌های زیر در گذشته نسبت به این مورد داده شده‌اند.]1[

سیمان به طور کلی به دو صورت overgrowth و occluding گسترش پیدا میکند که شماتیکی از آن در زیر آمده است. ]3[

 

پتی جان[1] توسعه و گسترش سیمان در ماسه سنگ ها را تابعی از 2 متغیر خلوص کانی شناسی و ترکیب شیمیایی سنگ میزبان معرفی کرده است. بلات[2] اعلام داشت که تشکیل سیمان به‌وسیله دو عامل حرارت و فشار کنترل می شود اصول گسترش سیمان در فضاهای خالی ماسه‌‍‌‌سنگ‌ها در قالب و عمل انحلال و رسوب مجدد مواد محلول صورت می پذیرد که حرارت و فشار بر روی میزان انحلال و رسوب تاثیر می گذارد]4[. هرچند سیمانهای موجود در سنگهای مختلف بسیار متفاوت است و این سیمان‌ها شرایط گوناگون تغییر می‌کند اما می توان سیمانها را به سه گروه زیر تقسیم کرد:

ü   سیمانهای کوارتزی: این نوع سیمانها اغلب در حوزه‌های رسوبی که درجه حرارت آنها بین 60 تا 140 درجه سانتی گراد  است دیده می شوند که بیشتر از حل شدن دانه های فلدسپات و نیز تغییر و تبدیل در دانه های رسی تشکیل می شود.

ü       سیمانهای رسی: از دیدگاه مخزنی رسها به سه دسته تقسیم می‌شوند

     الف) پرکننده منافذ (Pore Filling) مثل کائولینیت

     ب) پوششی (pore Lining)نظیر کلریت

     ج) پل زن (Pore Bridging)مثل ایلیت و اسمکتیت 

 

کانی‌های رسی دارای نقش عمده‌ای در در تغییر تخلخل و تراوایی هستند. همچنین تخلخل های ریز موجود در رسها با ایجاد فشار مویینگی می‌توانند باعث ایجاد موانع[3] در مخزن شوند. رسها و شیلها بر مقاومت سازند نیز تاثیر گذاشته و بررسی ویژگیهای الکتریکی آنها از جمله محاسبه اشباع شدگی در این سازندها را با مشکل مواجه می‌سازد]5.[

ü       سیمانهای کربناته: از این سیمانها نیز می توان کلسیت، دولومیت و سیدریت را نام برد .

دیاژنز در سنگ های کربناته

دیاژنز در سنگ های کربناته شامل چندین مرحله اصلی نظیر تراکم ، سیمانی شدن ، انحلال و دولومیتی شدن است . این فرآیندها نقش مهمی در افزایش یا کاهش تخلخل دارند. فرآیندهای دیاژنزی باعث تغییرات پتروگرافی نظیر سیمانی شدن انحلال و متعاقب آن تغییرات پتروفیزیکی نظیر تخلخل و تراوائی در مخزن می شود]7[.

تاثیر سیمان شدگی بر روی خواص سنگ

سیمان شدگی تاثیر زیادی بر روی خواص سنگ می گذارد اما در صنایع نفت که تخلخل و تراوائی مخزن بسیار مهم است به این خواص بیشتر می پردازیم. سیمان شدگی در کل هم تراوائی و هم تخلخل سنگ مخزن را کاهش می دهد که این خوشایند نیست اما تاثیر گذاشتن بر روی سیمان شدگی امری ناممکن است و براساس میزان سیمان شدگی می توان کارهایی را انجام داد که بهترین روند تولید حاصل شود که در ادامه به این اعمال اشاره می کند]2[.

 

از نکات جالب دیگر می‌توان به این نکته اشاره کرد که شکل سیمان نیز روی میزان کاهش تراوائی نسبت به سیمان شدگی تاثیر می گذارد. به عنوان مثال سیمانهای کائولینیتی به صورت صفحات کتابی شکلی هستند که تاثیر چندانی روی تراوایی سنگ ها نخواهند داشت اما سیمانهای ایلیتی که به شکل بلورهای نازک مو مانند هستند ، تاثیر زیادی روی تراوایی مخزن می گذارند و با وجود این سیمان افت شدیدی در تراوایی مخزن دیده می شود]8.

نقش سیمان شدگی  در پیش بینی محل ورود هیدروکربن به مخزن

از آنجایی که با ورود هیدروکربن به مخزن، سیالات داخل مخزن بیرون رانده می‌شود، اگر در هنگام ورود هیدروکربن به داخل مخزن، سیمان هنوز سفت نشده باشد ، هیدروکربن سیمان را بیرون زده و مانع از کامل شدن سیمانی شدن مخزن می شود. با توجه به گفته بالا  می شود با مشاهده درجه سیمانی شدن نقاط مختلف مخزن و مقایسه آنها با هم به محل ورود هیدروکربن به مخزن پی برد. در این راستا اگر مثلاً هیدروکربن از قسمت جنوبی مخزن وارد شود تا هنگامی که به قسمت شمالی برسد مقداری زمان لازم است در نتیجه سیمانهای قسمت شمالی  فرصت بیشتری برای سفت شدن دارند ، پس می توان حدس زد که نقطه ای از مخزن که کمتر سیمانی شده زودتر از هیدروکربن پر شده است و نیز همانطوری که در مخازن مختلف مشاهده شده قسمت های پایینی مخزن از سیمان شدگی بهتری نسبت قسمت های بالاتر برخوردار است و این بدین دلیل است که چگالی نفت از آب کمتر است در نتیجه نفت هنگام ورود به مخزن ابتدا در قسمت های بالاتر تمرکز پیدا می کند و بعد به مرور زمان قسمت های پایینی را پر خواهد کرد.

 با افزایش عمق استحکام سنگ نیز افزایش یافته و این موءید سخن بالا مبنی بر سیمانشدگی بهتر لایه های پایینی است. با توجه به اینکه استحکام سنگ با سیمان شدگی رابطه مستقیم دارد

تاثیر سیمان شدگی در خواص مکانیکی سنگ

یکی از مهمترین تاثیرات سیمان شدگی اثر آن بر روی خواص ژئومکانیک سنگ می باشد که این ادعا به وضوح در نمودار 3 قابل مشاهده است و دیده می شود که با افزایش میزان سیمان شدگی استحکام سنگ افزایش یافته و در نتیجه خواص مکانیکی سنگ را تحت الشعاع خود قرار می دهد. از طرفی در دهه های اخیر خواص مکانیکی سنگ اهمیت بسزایی یافته به عنوان مثال در بحث مهندسی حفاری مقالاتی در سالهای اخیر وجود داشته که وزن گل، وزن روی مته و یا حتی ROP را هم بر اساس خواص ژئومکانیکی سنگ محاسبه نموده و همچنین در بحث حفاری انحرافی در جدیدترین مقالات با توجه به اطلاعات آزمایشگاهی و محاسبه خواص ژئومکانیکی سنگ زاویه انحراف در حفاری انحرافی و حفاری افقی قابل محاسبه است. ]9[

 

نقش سیمان شدگی در تولید هیدروکربن

همانطور که قبلاً هم گفته شد سیمان شدگی باعث کاهش تخلخل و تراوایی سنگ مخزن می شود ولی این بدین معنی نیست که اگر سیمان شدگی مخزن کمتر باشد پس تولید از این مخزن بهتر صورت خواهد گرفت یا کیفیت این مخزن بالاتر است، چون در صورت پایین بودن سیمان شدگی مخزن مشکلات جدی به وجود خواهد آمد که هم تولید هیدروکربن را تحت‌الشعاع قرار می دهد و هم باعث مشکلاتی می شود که برای برطرف کردن آن به وقت و هزینه زیادی نیاز است.اصلی ترین مشکلی که بر اثر کم بودن سیمان شدگی رخ می دهد ، تولید ماسه است . تولید ماسه باعث می شود که دبی تولید هیدروکربن بسیار کم شود و نیز تولید ماسه مستلزم جداسازی آن است که برای جداسازی ماسه مشکلات زیادی پیش روست، پس چه بسا تولید هیدروکربن در هنگام سیمان شدگی زیاد مخزن ( تراوائی کم ) خیلی بیشتر از تولید در هنگام سیمان شدگی کمتر ( تراوائی بیشتر ) باشد و آن مشکلات عدیده هم وجود نداشته باشد . این نکته واضح است که نمی توان بر روی میزان سیمان شدگی مخزن تاثیر گذاشت اما در صورت کم بودن سیمان شدگی مخزن تکنولوژی های جدیدی موجود است که می توان با استفاده از آنها از تولید شن جلوگیری کرده و مقدار تولید شن را به حداقل رسانده و با این کار تولید هیدروکربن را به حداکثر میزان ممکن رساند . در ادامه به علل تولید ماسه و تکنیک های جلوگیری از آن اشاره می شود.

کنترل تولید ماسه

مشکل تولید ماسه معمولاً در سازندهای کم عمق ظاهر می‌شود هرچند گاهی این مشکل در سازندهای عمیق‌تر از 3500 متر نیز بروز می‌کند. وقتی در مورد مواد جامدی که همراه سیال تولید می‌شود صحبت می‌کنیم، بایستی بین مواد جامد زیر فرق گذاشته شود:

ü       مواد جامد سازند                      

ü       مواد جامد سیال سازند

مواد جامد سیال، بایستی همراه با سیال تولید شده و به سطح زمین آورده شوند چون که در غیر این صورت این مواد باعث گرفته شدن pore ها می‌شوند. بنابراین منظور از کنترل ماسه مواد جامدی است که از سازند تولید می‌شود.  از علل تولید ماسه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

ü       عدم وجود سیمان شدگی

ü       به وجود آمدن نیروهای حرکتی توسط سیال متحرک (اگر سرعت حرکت سیال و گرانروی آن افزایش پیدا کند، تولید ماسه‌سنگ افزایش پیدا می کند).

ü   کاهش سختی سازند: به علت تولید آب (آب سیمان را حل می کند) و یا به علت کاهش نیروهای موئینگی و یا به علت درجه اشباع زیاد آب.

ü   کاهش فشار مخزن، که این امر باعث می‌شود تا نیروی compaction بالا رود که این امر باعث خراب شدن سیمان و تولید دانه‌های شن می‌شود.]10[

 

روش های کنترل ماسه

به طور کلی روش های کنترل ماسه را می توان به سه روش کلی تقسیم کرد:

1-    کنترل ماسه از طریق کاهش نیروهای حرکتی

کاهش نیروهای حرکتی و نیروهای جاری شونده معمولاً موثرترین و ساده‌ترین روش مبارزه با تولید ماسه می‌باشد. نیروهای حرکتی به طریق زیر کاهش پیدا می‌کنند:

ü       ایجاد مشبک‌کاری‌های بزرگتر و تمیزتر

ü       افزایش طول مسیر مشبک‌کاری

ü       ایجاد کانال‌های مصنوعی در سازند از طریق ایجاد شکاف هیدرولیکی

ü       کاهش skin در اطراف دیواره چاه

ü   کاهش دبی تولید: البته هنگام تولید از یک مخزن، صرف نظر از دبی همیشه مقداری ماسه تولید می‌شود، اگر میزان تولید از یک مقدار بحرانی بیشتر شود، تولید ماسه به صورت فزاینده‌ای افزایش پیدا می‌کند. به همین دلیل در مواردی که به تولید بالا از یک مخزن نیاز است، باید دبی بحرانی تولید را مد نظر داشت.

2-    کنترل مکانیکی ماسه

در روش های مکانیکی، می‌توان از فیلتر[4] یا gravel packing همراه با فیلتر استفاده کرد. نکته مهم در این روش این است که کنترل ماسه خود باعث کاهش تولید نشود.

ü   استفاده از آستری[5] مشبک همراه با فیلتر یا بدون فیلتر: در مناطقی که سازند نسبتاً سخت است، می‌توان از جداره گذاری چاه خودداری کرد، اما اگر سازند ماسه زا باشد می‌توان از Liner استفاده کرد.

ü       استفاده از Gravel pack (شکل 5): هنگام به کارگیری Gravel pack بایستی قواعد زیر رعایت شوند:

·      دانه‌های Gravel تا آنجایی که ممکن است بزرگ باشند.

·      Gravelها بایستی دارای مقاومت استحکامی بالایی باشند.

·      ضخامت Gravel pack بیشتر از 3" انتخاب شود، به این ترتیب سرعت بیشتر سیال میسر می‌گردد.

·      Gravelها نباید به هیچ وجه با ماسه‌های سازند ترکیب شوند.

شکل 5: انواع  متداول Gravel pack ]11[

 

3-    کنترل ماسه از طریق سخت کردن مصنوعی سازند

فلسفه این روش این است که ماسه سازند را در منطقه نزدیک چاه طوری محکم کنند که این ماسه‌ها در اثر نیروهای هیدرودینامیکی که در اثر تولید ایجاد می شوند حرکت نکنند. برای مثال رزین یا صمغ به داخل سازند پمپ می شود، بعد از سخت شدن رزین سازند سخت می‌شود، اما از طرف دیگر این روش باعث کاهش تراوایی می‌شود زیرا کانالها تا حدودی توسط رزین پر می‌شوند.]12[

نتایج  و پیشنهادات

1-سیمان شدگی تاثیر زیادی بر خواص مکانیکی سنگ دارد که با توجه به اینکه خواص مکانیکی سنگ می تواند در حفاری های افقی و تایین زاویه انحراف مورد استفاده قرار گیرد اهمیت سیمان شدگی بیشتر معلوم می شود. 

2- دیاژنز و بخصوص سیمان شدگی  نقش مهمی را در میزان تولید هیدروکربن دارد.

3- سیمان های مختلف تاثیرات متفاوتی بر پارامترهای مختلف مخزن دارند و حتی شکل سیمان می تواند بسیار تاثیر گذار باشد.

4- برای حدس زدن محل ورود هیدروکربن به مخزن میزان سیمان شدگی نقاط مختلف مخزن یک راه کاملاً کاربردی است .

5- با توجه به این که نمی‌توان میزان سیمان شدگی را تغییر داد، باید نسبت به میزان سیمان شدگی از تکنولوژی های روز برای به حداکثر رساندن تولید استفاده کرد.

6- از آنجایی که عوامل دیاژنزی بسیار گسترده‌اند شایسته است که در آینده تاثیر دیگر فرآیندهای دیاژنزی در تولید هیدروکربن مورد بررسی قرار گیرد

ارسال نظر برای این مطلب


نام
ایمیل (منتشر نمی‌شود) (لازم)
وبسایت
:) :( ;) :D ;)) :X :? :P :* =(( :O @};- :B /:) :S
نظر خصوصی
مشخصات شما ذخیره شود ؟ [حذف مشخصات] [شکلک ها]
کد امنیتی

تالار گفتمان نفت یاسوج


وبلاگ نفت یاسوج

آخرین ارسال ها

اطلاعات کاربری


عضو شويد

نام کاربری :
رمز عبور :

فراموشی رمز عبور؟

عضویت سریع
نام کاربری :
رمز عبور :
تکرار رمز :
ایمیل :
نام اصلی :
کد امنیتی : * کد امنیتیبارگزاری مجدد

آرشیو

خبرنامه

براي اطلاع از آپدیت شدن سایت در خبرنامه سایت عضو شويد تا جديدترين مطالب به ايميل شما ارسال شود

نظرسنجی

به نظر شما بهترین گرایش مهندسی نفت کدام است؟




کدهای اختصاصی

ADS