محاسبه حجم سیالات مرزی با استفاده از داده¬های تشدید مغناطیسی هسته در سازند کنگان میدان پارس¬جنوبی

گفتگو با تنها باقیمانده اولین گروه ایرانی نصب کننده پمپ درون چاهی؛ نخواستیم ESP را بومی کنیم؟!
آذر ۱, ۱۳۹۶
معرفی سیستم ویژه اندازه گیری جریان های چند فازی
آذر ۱, ۱۳۹۶

محاسبه حجم سیالات مرزی با استفاده از داده¬های تشدید مغناطیسی هسته در سازند کنگان میدان پارس¬جنوبی

Border fluid volume calculation using nuclear magnetic resonance data in Kangan South Pars field

مقدمه:

از سال ۱۹۴۶ که NMR[1] معرفی شد، تشدید مغناطیسی هسته­ای، یک ابزار با ارزش در فیزیک، شیمی، زیست و پزشکی به شمار می­رود. در سال­های اخیر، تشدید مغناطیسی هسته­ای NMR و تصاویر حاصل از آن به عنوان روشی جدید در صنعت نفت معرفی شده است. این روش بر اساس اصول خود در تفسیر شرایط مخزن بسیار کارآمد است. اساس روش NMR بر اندازه­گیری­های هندسه فضاهای خالی و نوع سیال پرکننده آن فضاها استوار است. ارتباط این دو باعث شده است که NMR روشی منحصر به فرد در تفسیر یک مخزن باشد [۱].

تخلخل یکی از پارامترهای مهم مخزنی است، که انواع مختلفی دارد و به روش­های گوناگون اندازه­گیری می­شود. استفاده از مغزه و لاگ­های پتروفیزیکی که درون چاه رانده می­شود، از روش­های اندازه­گیری تخلخل است. روش تشدید مغناطیسی هسته از روش­های بسیار جدید در ارزیابی خواص پتروفیزیکی مخزن است که با تشدید هسته هیدروژن در میدان مغناطیسی، مقدار تخلخل را می­سنجد.

داده­های خام نمودارگیری تشدید مغناطیسی هسته

قبل از نمودارگیری از یک سازند توسط دستگاه NMR ، پروتون­های درون سیال سازند به طور کاتوره­ای سمت­گیری کرده­اند. با عبور دستگاه از میان سازند، دستگاه با تولید میدان­ مغناطیسی، پروتون­های سازند را فعال می­کند. ابتدا میدان مغناطیسی دائمی دستگاه، محور اسپین پروتون­ها را در جهت خاصی قطبیده می­کند. وقتی که میدان نوسانی حذف شود، پروتون­ها شروع به برگشت یا آسایش به جهت اولیه خودشان که در میدان مغناطیسی یکنواخت هم­جهت شده بودند، می کند [۲].

پالس­های متوالی معین برای تولید سری­هایی که پژواک اسپین نامیده می­شوند، به کار می­روند. این پژواک­ها توسط دستگاه­های نمودارگیری NMR اندازه­گیری می­شوند و بر روی نمودارهایی به صورت رشته پژواک-اسپینی نمایش داده می­شوند. این رشته­های پژواک داده­های خام NMR را تشکیل می­دهند شکل (۱).

شکل۱-  نمایش سیگنال­های NMR

رشته پژواک مشاهده شده به پارامترهای برداشت داده و تخلخل حفره­های سیال که در حجم حساس قرار دارند، مربوط است. پارامترهای برداشت داده شامل فاصله داخلی بین پژواک­­ها (TE) و زمان قطبش (TW) هستند. TE زمان بین پژواک­ها در یک رشته پژواک است. TW زمان بین پایان اندازه­گیری یک رشته پژواک و شروع رشته پژواک بعدی است. TE و TW را می­توان برای تغییر محتوای اطلاعات از داده­های به دست آمده، تنظیم نمود [۱].

خواص سیالات حفره که بر رشته پژواک تأثیر می­گذارند، عبارتند: از شاخص هیدروژنی (HI)، زمان آسایش طولی ( )، زمان آسایش عرضی ( ) و ضریب پخش (D). شاخص هیدروژنی معیاری از دانسیته اتم­های هیدروژن درون سیال است.  نشان دهنده سرعت آسایش طولی پروتون­های واژگون شده نسبت به محور میدان مغناطیسی پایا و  بیان­گر سرعت آسایش عرضی پروتون­های واژگون نسبت به محور میدان مغناطیسی پایا است. پخش شدگی (D) نشان می­دهد که تا چه حد ملکول­های درون سازند کاتوره­ای حرکت می­کنند[۲].

زمین­شناسی منطقه مورد مطالعه:

چاه مورد مطالعه، در سازند کنگان میدان پارس جنوبی حفاری شده است. سازند کنگان مربوط به دوره زمین­شناسی تریاس است و لیتولوژی آن عمدتا از جنس سنگ­های کربناته است که شامل دولومیت، آهک و انیدریت است. سازند کنگان به لحاظ واحدهای مخزنی و سنگ­شناسی به دو بخش  و  تقسیم می­شود. ضخامت واحد  ۱۱۲ متر است و این بخش به علت سیمانی شدن و وجود پلاگ­های انیدریتی، دارای کیفیت پایین تا متوسط مخزنی است. واحد  دارای ۴۵ متر ضخامت است، این بخش به لحاظ وجود تخلخل قابل مشاهده، دارای کیفیت مخزنی بالایی است.

 شکل۲- ستون چینه­ شناسی و سن زمین­ شناسی سازندهای ایران[۳]

در شکل (۲) سازندهای مهم کشور  به ترتیب سن زمین شناسی آورده شده است. سازندهای گروه بنگستان، خامی، نیریز، دشتک و کنگان مربوط به دوره زمین شناسی مزوزوییک و سازندهای دالان و فراقان و زاکین و سرچاهان مربوط به دوره زمین­شناسی پالئوزوییک است [۳].

روش کار

محاسبه توزیع  و تخلخل

بعد از تصحیح داده­های خام NMR و جداسازی نویز از سیگنال، باید قسمت حقیقی رشته پژواک برای برررسی توزیع  معکوس شود. روش  برای بدست آوردن توزیع  انتخاب شده است و مقادیر پارامترهای لازم برای این محاسبات ms4/0=TE، S4=TW و ۳۰۰۰=NE است. یکی از قیود معکوس­سازی داده­های NMR به توزیع  این است که جمع دامنه­های توزیع ، با دامنه سیگنال NMR در زمان  برابر باشد. این دامنه متناسب با تخلخل است بنابراین جمع دامنه­های توزیع  با تخلخل برابر است [۴]. نتایج محاسبات در شکل۲ آمده است. از چپ به راست ستون اول نشان دهنده عمق مورد بررسی، ستون دوم نشان دهنده عمق واحدهای  و ، ستون چهارم توزیع  حاصل از معکوس سازی داده­های NMR و ستون پنجم تخلخل حاصل از نگار NMR به همراه تخلخل مغزه را نشان می­دهد.

شکل ۳- نمودار توزیع  به همراه تخلخل NMR و تخلخل مغزه

شکل۳ نمودار توزیع تخلخل را نشان می­دهد. نقاطی که منحنی­های توزیع  پیک­های بلند گرفته­اند در این قسمت­ها تخلخل کل مقدار بالایی دارد. با محاسبه سطح زیر منحنی­های توزیع  تخلخل بدست آمده است. جهت بررسی صحت نتایج، بر روی نمودار تخلخل حاصل از نمودار NMR ، داده­های مغزه را قرار می­دهیم و مشاهده می­شود که تخلخل مغزه به تخلخل NMR بسیار نزدیک است.

محاسبه حجم سیالات مرزی

برای تعیین حجم سیالات مرزی از روشCBFV[1] استفاده می­کنیم. این روش بر این فرض استوار است که سیالات مرزی در حفره­های کوچک و سیالات قابل تولید در حفره­های بزرگ ساکن هستند. چون مقادیر  به اندازه حفره مربوط است، می­توان مقداری از  را انتخاب نمود که در کمتر از آن انتظار می­رود سیالات متناظر در حفره­های کوچک ساکن بوده و بی­حرکت باشند و در مقادیر بیشتر از آن انتظار می­رود سیالات متناظر در حفره­های بزرگ ساکن بوده و در نتیجه قادرند آزادانه حرکت کنند، این  اصطلاحاً،  نامیده می­شود. مقادیر  به نوع سازند (کربناته یا ماسه­سنگی) بستگی دارد و معمولاً در آزمایشگاه با اشباع و وا اشباعی مغزه و نمودارهای مربوطه تعیین می­شود. مقادیر پیش­فرض برای کربنات­ها ms100 و برای ماسه­ سنگ­ها ms33 است. طبق اندازه­گیری­های انجام شده، مؤلفه­های  کمتر از ms3 به آب ناحیه رسی، مولفه­های  بین ۳ و ms100 به عنوان آب ناحیه مویی و بیشتر از ms100 به حجم سیال آزاد اطلاق می­گردد. محدوده ۰ تا ms3 متناظر حجم رس­هاست و امکان تعیین دقیق­تر آن برای انواع رس­ها تحت شرایط مختلف در آزمایشگاه وجود دارد. با این تقسیم­بندی توزیع ،  تخلخل را به بخش [۲]BFV و [۳]FFV (سیال آزاد) تقسیم می­کند. زمان­های آسایش کوچک­تر متناظر با حفره­های کوچک­تر است که شامل آب ناحیه مویی و آب ناحیه رسی شده و به عنوان حجم سیال مرزی (BFV)، شناخته می­شوند [۴]. BFV آب ناحیه مویی و آب ناحیه رسی را در بر دارد:

(۱)                                 BFV= BVI+CBW

در فرمول (۱) CBW[4] با اعمال  حدوداً در ms3 مشخص می­شود.

محاسبه حجم آب ناحیه رسی و تخلخل مؤثر

برای جدا کردن ناحیه رسی،  برابر با ms90 در نظر گرفته شده است. به این ترتیب می­توان با تقسیم­بندی توزیع ، حجم آب ناحیه رسی، حجم آب غیرقابل کاهش و تخلخل مؤثر را به طور جداگانه توسط روابط زیر به دست آورد.

BVI=BFV-CBW                                      (۲)

PHIE=PHIT-CBW                                   (۳)

BVI آب ناحیه مویی و [۵]PHIE تخلخل مؤثر است که به صورت مجموع سیال آزاد و سیال ناحیه مویی (BVI) و یا تخلخل کل منهای آب ناحیه رسی (CBW) تعریف می­شود [۶].

 

شکل ۴- نمودار توزیع  به همراه نمودار تخلخل سیال آزاد و آب محدود به رس و ستون لیتوژی

در شکل (۳)  ۹۰ میلی ثانیه با توجه به اطلاعات مغزه در نظر گرفته شده است. قسمت­هایی از نمودار توزیع  که در سمت چپ خط برش قرار گرفته است (زمان­های پایین) به عنوان سیال مقید در نظر گرفته می­شود و قسمت­هایی  در نمودار توزیع  در سمت راست خط برش قرار گرفته است به عنوان سیال قابل تولید در نظر گرفته می شود. در شکل(۳) تراک سوم از سمت چپ نشان دهنده تخلخل مؤثر و حجم آب مقید است. ستون پنجم از سمت چب لیتولوژی را نشان می­دهد که از اطلاعات مغزه به دست آمده است.

نتیجه گیری

۱- با مقایسه تخلخل NMR با تخلخل بدست آمده حاصل از نتایج مغزه مشاهده شده است که این مقادیر به یکدیگر بسیار نزدیک هستند.

۲- از مقایسه نتایج تخلخل NMR و مغزه می­توان از نتایج پردازش داده­های NMR اطمینان حاصل نمود و با دقت بالا سایر پارامترهای مورد نظر را محاسبه کرد.

۲- نمودارهای توزیع  کمک بسیار زیادی در تعیین حجم سیالات مقید و قابل تولید و تعیین عمق­های مستعد تولید دارد.

۳- نمودارهای توزیع  در سازند کنگان نشان می­دهد بخش  کیفیت مخزنی بالایی دارد زیرا در این قسمت حجم سیالات مقید پایین است و سیالات قابل تولید حجم بالایی دارد که این نشان دهنده حفرات بزرگ و تراوایی مناسب و در نتیجه مناسب بودن کیفت مخزن است.

۴- نمودار توزیع  در مقابل لیتولوژی آهک دارای زمان­های آسایش طولانی می­باشد که این نشان دهنده وجود سیال در این لیتولوژی است.

پیشنهاد

با تهیه مقاطع نازک از اعماق مختلف سازند  می­توان نتیجه­گیری­های بدست آمده از NMR را کنترل نمود و سایر پارامترهای مورد نظر را با دقت بالاتر تعیین کرد.

 

 

منابع

[۱]. کارگر ز.، مجرد ح. و خوش سیما ف.، چاه­نگاری به روش تشدید مغناطیسی هسته­ای، اصول و کاربردها، نویسندگان: Coates, G.R.,Xiao,L. و . Parmmer,M.G، انتشارات دانشگاه شیراز، ۱۹۹۹٫

[۲]. ørland G. H., Djurhus K. and Skauge A., “Absolute pore size distributions from NMR”,University of Bergen,Norway, Diffusion Fundamentals 5,4.1-4.15, 2007.

 

[۳]. Aali, J., Rahimpour-Bonab, H., Kamali, M.R., 2006. Geochemistry and origin of naturalgas in world’s largest non-associated gas field. Journal of Petroleum Science and Engineering 50, 163-175.

 

[۴]. Bube K. P and Langan R. T., “Hybrid L1/L2 minimization with applications to tomography”, Geopysics, Vol. 62, No. 4, pp. 1183-1195, 1997.

 

[۵]. Coates G., Marschall D., Mardonl D., and Galford J,. “A new characterization of bulk-volume irreducible using magnetic resonance The Log Analyst”, Vol. 39, No. 1, pp. 51–۶۳٫, ۲۰۰۰٫

 

[۶]. Crain E.R. 2004. Crain’s Petrophysical Handbook; Permeability, Productivity, Reservoir Volume, and Cash Flow. Rocky Mountain House. Alberta Canada. 530 p.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *