12

مهندسی نفت

پتروفیزیک
پتروفیزیک مطالعه خصوصیات فیزیکی سنگ مخزن و سیال درون آن بر اساس نمودارهای برداشت شده با ابزار و روش های مختلف و اندازه گیری های انجام شده به خصوص تخلل، تراوایی و اشباع آب در آزمایشگاه بر اساس قوانین فیزیکی و ریاضی است. با تلفیق اطلاعات زمین شناسی،حفاری، مغزه و اطلاعات به دست آمده از نمودارگیری سعی میشود که بهترین مدل پتروفیزیکی از سازند و سیال درون آن ارائه شود. در دانش پتروفیزیک تقریباً تمامی اصول فیزیکی (الکتریکی، هسته ای، صوتی، تشدید مغناطیسی و غیره) برای رسیدن به شناسایی خواص سنگ و سیال مخزن هیدروکربوری زیرزمینی استفاده می گردد.
یک پتروفیزیست باید تسلط لازم بر اصول و مبانی فیزیکی کارکرد ابزار نمودارگیری و علوم حفاری، مهندسی مخزن، زمین شناسی، ژئوفیزیک و مهندسی بهره برداری داشته باشد و در عین حال از بازه وسیعی از اطلاعات با مقیاس های میکروسکوپی مانند ارزیابی مغزه تا مقیاس های چند صد متری مانند لرزه نگاری درون چاهی استفاده کند.
هدف از پتروفیزیک، شناسایی مخازن هیدروکربوری زیرزمینی و ارزیابی خواص سنگ و سیال مخزن بوده و خروجی آن توصیف استاتیک و دینامیک مخزن و نحوه توزیع سیال در چاه و دورتر از آن است.
 
  1. عملیات: برنامه ریزی جهت انتخاب ابزار مناسب و نظارت بر عملیات نمودارگیری این ابزار از درون چاه جهت تأیید صحت و سقم اطلاعات برداشت شده از اهم فعالیت های این بخش است. در این بخش برنامة نمودارگیری اعم از نمودارگیری حین حفاری (MWD/LWD) و نمودارگیری با کابل (Wire Line) برای چاه هایی که قرار است حفاری شوند تهیه و تنظیم می شود. با شروع حفاری در ساختار مورد نظر هماهنگی لازم برای ارسال و عودت ابزار نمودارگیری به سکو و نظارت بر عملیات نمودارگیری انجام می شود. لازم به ذکر است نمودارگیری توسط شرکت های پیمانکار انجام می گردد.
  2. مطالعات: در این بخش نمودارهای اخذ شده تعبیر و تفسیر شده و یا بر ارزیابی این نمودارها که توسط پیمانکار انجام می شود، نظارت صورت می گیرد. همچنین یکی از مهمترین فعالیت های این بخش شرکت در مطالعات جامع میادین نفت وگاز می باشد.   
  3. امور مالی و قراردادی: در این بخش ضمن تعریف شرح کار و تهیه اسناد مناقصه پس از برگزاری مناقصه، ارزیابی فنی پیمانکاران صورت گرفته و پیمانکار مورد نظر انتخاب می شود. ضمناً در این بخش کنترل دقیق صورتحساب های مالی برای هر عملیات انجام می شود.
 
مخازن هیدروکربوری آبهای عمیق تفاوت های بعضاً عمده ای با دیگر مخازن هیدروکربوری از هر نظر (ژئوفیزیک، زمین شناسی، حفاری، پتروفیزیک، آزمایش چاه، مهندسی مخزن، مهندسی بهره برداری و تولید و فرآورش) را دارند. این تفاوت ها در بخش های عملیاتی و مطالعاتی پتروفیزیک نیز به خوبی قابل بحث می باشد. به عنوان مثال در بخش عملیات نمودارگیری با کابل (WireLine) به دلیل استفاده از سکوی حفاری نیمه شناور (Semi-Submersible) و تاثیر امواج در جابجایی عمودی دکل و بالطبع ایجاد خطا در عمق اندازه گیری شده از چرخ ها و تکنیک خاصی جهت جبران وتصحیح خطای وارد شده در عمق استفاده می گردد.(Wave Motion Compensation for wireline logging from floating rigs)
تا کنون در بخش ساحل جنوبی و کم عمق دریای خزر سه حلقه چاه با نظارت و راهبری مدیریت اکتشاف شرکت ملی نفت ایران و در بخش عمیق دریای خزر نیز دو حلقه چاه با نظارت و راهبری شرکت نفت خزر حفاری شده و اطلاعات پتروفیزیکی تقریباً کاملی از این چاه ها برداشت شده است. ضمناً 16 حلقه چاه نیز در زمان قبل از انقلاب اسلامی در محدوده استان های گیلان، مازندران و عمدتاً گلستان حفاری و بعضاً اطلاعات قدیمی پتروفیزیکی در این چاه های برداشت شده است.
 
تکمیل و آزمایش چاه
بخش تکمیل و آزمایش چاه ها یکی از زیر مجموعه های اداره مهندسی نفت بوده که وظیفه طراحی برنامه آزمایش چاه؛ نظارت بر کلیه مراحل عملیات آزمایش و تعبیر و تفسیر نتایج حاصله از آزمایش چاه توسط نرم افزارهای تخصصی را عهده دار می باشد.
از نقطه نظر بنیادی تفاوت چندانی بین عملیات آزمایش چاه در خشکی و آبهای کم عمق دریا وجود ندارد لیکن بدلیل وجود شرایط خاص آبهای عمیق انجام عملیات آزمایش چاه در آبهای عمیق دریای خزر با عمق متوسط 700متراز ویژگی های متمایزی برخوردار است.
این تمایز می تواند در طراحی برنامه آزمایش؛ در نوع تجهیزات ایمن سازی چاه در حین عملیات؛ در بکارگیری تسهیلات سطح الارضی خاص بدلیل وجود مشکلاتی مانند پایین بودن دمای آب و احتمال تشکیل واکس و انسداد لوله استخراج و یا نیاز به تجربه و دانش فنی در انجام عملیات آزمایش چاه در آبهای عمیق نمایان گردد. در حوزه های اکتشافی از جمله بلوکهای اکتشافی مورد نظر دردریای خزر که تاکنون مورد بهره برداری قرار نگرفته اند انجام عملیات آزمایش چاه بمنظور بررسی توان تولید مخزن و شناخت خصوصیات مخزنی (سنگ وسیال) از ضروریات بوده و علیرغم بالا بودن هزینه های انجام آزمایش درمقایسه با خشکی و یا آبهای کم عمق اجتناب ناپذیر است زیرا مطالعات مقدماتی و تفصیلی توسعه کامل میدان نفتی شامل طراحی تاسیسات سطح الارضی یا زیردریایی وخطوط لوله انتقال زیر دریایی بر اساس نتایج بدست آمده از آزمایش چاه می تواند صورت گیرد.
اهداف اصلی ازآزمایش چاه تعیین مشخصات سنگ و سیال مخزن بشرح زیر می باشد:
  1. تعیین فشار مخزن
  2. ارزیابی مشخصات سازند از قبیل میزان نفوذ پذیری؛ وجود شکست در مخزن؛ چند لایه ای بودن
  3. تعیین رژیم جریانی مخزن
  4. تخمین پارامترهایی ازقبیل kh,skin,Pi
  5. تعیین ترکیب سیال مخزن
  6. اندازه گیری میزان H2S,CO2 موجود در سیال مخزن
اهم فعالیت هایی که جهت انجام عملیات آزمایش چاه (FBDST) باید انجام گیرد عبارتند از:
تهیه برنامه آزمایش چاه؛ انتقال تجهیزات درون چاهی، بستر دریا و سطح الارضی به سکو؛ نصب تجهیزات و انجام آزمایشات فشار؛ مشبک کاری؛ راندن تجهیزات درون چاهی؛ مراحل جریان دادن و بست چاه؛ ثبت و ذخیره اطلاعات مربوط چاه وسیالات تولیدی مانند فشارودمای سرچاهی و بن چاهی و دبی نفت و گاز؛ PLT ؛ نمونه گیری سرچاهی و بن چاهی؛ ارسال نمونه های اخذ شده به آزمایشگاه PVT؛ خارج کردن تجهیزات درون چاهی و برچیدن تجهیزات سطح الارضی؛ تعبیر و تفسیر اطلاعات بدست آمده از داده های آزمایش چاه؛ تهیه گزارش نهایی آزمایش چاه
ضمنا برنامه ریزی و نظارت بر عملیات سرویس های جانبی مورد استفاده در واحد تکمیل و آزمایش چاه از جمله خدمات لوله مغزی سیار (coiled tubing)، فراز آوری نفت و اسیدکاری بر عهده این واحد می باشد.

 

آشنایی با عملیات آزمایش چاه :
مهندسی نفت1
تجهیزات درون چاهی (Down hole Equipments):
 از فعالیتهای مهم عملیات آزمایش چاه؛ تکمیل موقت چاه با تجهیزات درون چاهی و رشته استخراج به منظور تولید موقت جهت بررسی رفتار دینامیک مخزن می باشد در فرایند راندن رشته تکمیلی و تجهیزات جانبی اهداف زير دنبال می شود
  1. ایزوله نمودن بخشی از سازند تولیدی جهت آزمایش
  2. مشاهده پاسخ دینامیکی مخزن به تغییرات فشاری و ثبت آنها توسط فشارسنجهای درون چاهی                   
  3. نیاز به بدست آوردن اطلاعات بن چاهی از قبیل فشار؛ دما ومیزان جریان سیالات
  4. گرفتن نمونه سیال بن چاهی بمنظور تعیین مشخصات PVT سیال مخزن
  5. کنترل چاه
 
تجهیزات ایمنی کف دریا (SENTREE):
بمنظور انجام عملیات آزمایش چاه در آبهای عمیق بصورت ایمن وجلوگیری از تخلیه مواد هیدروکربنی به دریا و آلودگی محیط زیست دریایی در شرایط اضطراری وزمان جدا شدن سکو ازچاه از تجهیزی بنام sentree استفاده می شود. این تجهیز که در بستر دریا و داخل شیر فوران گیر (BOP) نصب می گردد امکان جدا شدن ایمن سکورا از رشته تکمیلی داخل چاه در شرایط طوفانی دریا فراهم آورده و پس از رفع شرایط اضطراری سکو می تواند مجددا به رشته تکمیلی داخل چاه متصل شده و عملیات آزمایش چاه ادامه یابد.
 
تجهیزات سطح الارضی:
استقرار تجهیزات سطح الارضی در زمان آزمایش چاه با اهداف زیر انجام می گیرد :
1-تعیین نوع سیالات تولیدی و مشخصات فیزیکی وشیمیایی آنها
2-تعیین میزان تولید نفت وگاز وآب همراه
3- تعیین دما وفشار سر چاهی در دبی های مختلف
4-گرفتن نمونه سیالات هیدروکربنی تحت فشار از تفکیکگر
5-تعیین میزان H2S,CO2 وBSW  موجود در نفت وگاز تولیدی
6-تعیین درجه مرغوبیت نفت و دانسیته گاز
7-تعیین میزان شوری آب همراه در صورت وجود
 
مهندسی مخازن
مهندسی مخازن مسئولیت ارزیابی مخزن و تدوین سناریو های توسعه و تولید و نیز طراحی و نظارت بر عملیات نمونه گیری سیال درون چاهی و تست های فشار درون مخزن و نیز آزمایش چاه و همچنین مطالعه و استفاده از مکانیزم بهینه بازیافت از مخزن را بر عهده دارد. تعیین میزان بازیافت بهینه و صیانتی مخزن از عمده وظایف این واحد است. 
وظایف اصلی این واحد عبارت است از:
1-    کنترل کیفی، تحلیل و مدلسازی اطلاعات PVT سیال مخزنی
سیال تک فاز بدست آمده از مخزن در ظروف تحت فشار و یا نفت و گاز نمونه گیری شده از تفیک گر سرچاهی در آزمایشگاه های مربوطه مورد بررسی و آزمایشات مختلف قرار گرفته و مشخصات کلی فیزیکی و نیز خصوصیات PVT آنها تعیین می گردد. تعیین مؤلفه های هیدروکربنی، وزن مخصوص استاندارد، ویسکوزیته در شرایط دما و فشار مخزنی، و انجام آزمایشات CCE  DL و تفکیک گر از جمله این آزمایشات می باشد. این اطلاعات با استفاده از روابط EOS مدلسازی شده و نتایج در شبیه سازی مخزن مورد استفاده قرار می گیرد.
2-    کنترل کیفی و تحلیل اطلاعات CCAL/SCAL  مربوطه به مغزه های بدست آمده از زون های مخزنی
میزان تخلخل و نمودار های تراوایی نسبی از جمله مشخصات بسیار مهم سنگ مخزن است که در آزمایشگاه های مربوطه تعیین شده و نتایج حاصله بهمراه سائر اطلاعات بدست آمده از نمودار های پتروفیزیکی و نیز اطلاعات آزمایشات چاه برای تحلیل پتانسیل حجمی و قابلیت تولید چاه مورد استفاده قرار میگیرد.
3-    بررسی اطلاعات بدست آمده از آزمایش چاه و تحلیل اطلاعات فشار گذرای چاه
اطلاعات فشار گذرای چاه شامل اطلاعات تغییرات فشار در زمان بست چاه و نیز میزان دبی قابل تولید
چاه در هنگام جریان دادن آن با شیرهای سرچاهی با اندازه های مختلف بمنظور بدست آوردن میزان تراوایی کلی زون مخزنی و تعیین محدوده های جریانی و تعیین محل گسل ها و قابلیت تولید چاه مورد استفاده قرار می گیرد.
4-    نظارت بر آزمایشات فشار سازند و تحلیل اطلاعات بدست آمده
فشار نقطه ای بدست آمده به منظور تعیین گرادیان وزن حجمی سیالات و ارتباط فشاری بین لایه ای و بررسی سطوح محتمل تماس بین سیالات مخزن مورد استفاده قرار میگیرد واز طرفی نمونه گیری از سیالات مخزنی در شرائط فشار و دمای مخزن در این عملیات امکان پذیر می باشد. تجهیزات RFT ، XPT و MDT از تجهیزاتی هستند که برای آزمایش سازند مورد استفاده قرار می گیرند.
5-    تعیین پروفیل فشار سازند و تهیه نقشه های خطوط همفشار
با توجه به اندازه گیری فشار در آزمایشات سازند و نیز آزمایشات لایه آزمایی چاه و همچنین با توجه به اطلاعات بدست آمده از عملیات حفاری مانند وزن گل مورد استفاده و آزمایشات LOT میزان فشار پیش بینی شده برای هر بخش سازند مورد اصلاح قرار می گیرد.
6-    مطالعات مربوط به سطوح تماس سیالات مخزنی شامل سطح تماس
تعیین سطوح تماس نفت-گاز، نفت- آب و یا گاز-آب (در مخازن گاز) از عوامل تعیین کننده در مشخص نمودن محدوده مخزن در حجم سنجی و نیز از مشخصه های مهم در تعیین پارامتر های تکمیل چاه و میزان دبی جریانی بحرانی برای اجتناب از مخروطی شدن آب و یا گاز می باشد. لذا با استفاده از اطلاعات نمودار های پتروفیزیکی مخزنی و نیز اطلاعات آزمایشات سازند و همچنین اطلاعات نمودار های فشار مویینگی حاصل از آزمایشات سنگ مخزن نسبت به تعیین این سطوح بررسی انجام می گیرد.  
7-    محاسبات حجم سنجی میزان هیدروکربن درجا
با توجه به محدوده های ژئوفیزیکی ساختار و نیز سر سازندهای تعیین شده حین حفر چاه و با استفاده از خطوط همتراز عمقی میزان حجم ناخالص سنگ مخزن تعیین می گردد. و با توجه میزان خالص سنگ و تخلخل مفید سنگ مخزن میزان حجم متخلخل محاسبه می گردد و با مشخص کردن میزان اشباع هیدروکربن و نیز ضریب حجمی سیال مخزنی محاسبات اندازه گیری حجم درجا هیدروکربن انجام می گیرد. این حجم سنجی در آغاز عملیات اکتشاف و ارزیابی با روش های احتمالاتی انجام میگیرد و حفر تعداد بیشتر چاه ها بر قطعیت نتایج افزوده می گردد.
8-    مدلسازی تکمیل چاه و تعیین بهره دهی جریان عمودی در لوله تولید
به منظور بهینه سازی تولید جریان سیال از مخزن تا تجهیزات سطحی شبیه سازی شده و پارامتر های بهینه جریانی تعیین می گردد.
9-    شبیه سازی مخزن و تطبیق تاریخچه
شبیه سازی مخزن یکی از مهمترین قسمت های مطالعات مربوط به مخزن می باشد. در این قسمت با استفاده از مدل استاتیک تدوین شده در بخش زمین شناسی و با بارگذاری اطلاعات دینامیک مخزن و تغییر مقیاس گرید بندی آماده مدل اولیه تهیه می گردد و با استفاده از اطلاعات تاریخچه تولید میدان مقادیر خصوصیات پارامتر های مدل تنظیم می گردد. با استفاده از این مدل دینامیکی، نحوه عملکرد مخزن در هنگام توسعه و تولید مورد ارزیابی قرار گرفته و پروفیل تولید و نیز عملکرد مخزن در مراحل مختلف عمر میدان پیش بینی می گردد. تحلیل عدم قطعیت ها و حساسیت سنجی مدل نسبت به تغییرات محتمل پارامتر های مخزنی با استفاده از این مدل قابل بررسی می باشد.
10-    تصمیم در رابطه با تعداد چاه و محل چاه های ارزیابی، تولیدی و تزریقی بر اساس مدل های ساخته شده و شبیه سازی دینامیکی جریان نفت و گاز و آب در مخزن از وظائف واحد مهندسی مخزن است.
مهندسی نفت2