مروری بر مطالعات تأثیر تغییر ترشوندگی بر بهبود تولید در مخازن گاز میعانی

حفاری افقی در آمریکای شمالی و خاورمیانه
دی ۱۰, ۱۳۹۶
MICROMAX؛ تحولی درساخت دوغاب سنگین بدون SETTELING
دی ۱۰, ۱۳۹۶

مروری بر مطالعات تأثیر تغییر ترشوندگی بر بهبود تولید در مخازن گاز میعانی

مروری بر مطالعات تأثیر تغییر ترشوندگی بر بهبود تولید در مخازن گاز میعانی

چکیده

در چاه­های گاز میعانی پس از کاهش فشار به کمتر از فشار نقطۀ شبنم، میعانات در اطراف چاه تشکیل شده و تجمع پیدا می­کنند. نفوذپذیری گاز و نرخ تولید چاه گاز میعانی به ­دلیل تجمع میعانات و پدیده انسداد میعانی، به ­میزان قابل ملاحظه­ای افت می­کند. یکی از روش­های نوین افزایش بهره­دهی در چاه­های گاز میعانی تغییر ترشوندگی سنگ مخزن از مایع­دوست[۱] به گاز دوست[۲] است. تغییر ترشوندگی سبب می­شود میعانات تشکیل شده در اطراف چاه قابلیت حرکت بیشتری پیدا کنند و از تجمع میعانات در اطراف چاه و کاهش بهره­دهی ناشی از این تجمع تا حدی جلوگیری به­عمل آید. تغییر ترشوندگی با استفاده از یک سری مواد شیمیایی که قابلیت به وجود آوردن خاصیت دفع فاز مایع در سطح سنگ را دارند، انجام می­شود. در این مقاله مروری بر مهم­ترین تحقیقات انجام شده در مورد تأثیر تغییر ترشوندگی بر بهبود تولید گاز و میعانات در مخازن گاز میعانی و نتایج آنها در پایان جمع بندی می­شود.

 

واژه­های کلیدی: تغییر ترشوندگی، مخزن گاز میعانی، بهبود تولید.

 

۱- مقدمه

رفتار مخازن گاز میعانی به­‌ علت امکان تشکیل میعانات در مخزن دارای پیچیدگی بیشتری نسبت به سایر مخازن هیدروکربوری می­باشد. در مخازن گاز میعانی هنگامی که فشار از فشار نقطۀ شبنم کمتر شود مایع در مخزن تشکیل می­شود. به‌ علت تجمع مایع شکل‌گرفته در اطراف چاه نفوذپذیری مؤثر گاز و شاخص بهره‌دهی چاه به شدت کاهش می­یابد که این پدیده انسداد میعانی[۳] نامیده می­شود. همچنین باقی‌ ماندن این میعانات بسیار ارزشمند تشکیل شده در مخزن ضررهای اقتصادی زیادی را به بار می­آورد. لذا شناسایی و بررسی رفتار مخازن گاز میعانی به­ دلایل اقتصادی و مهندسی حائز اهمیت می­باشد. تاکنون روش­های مختلفی مانند بازگردانی گاز، ایجاد شکاف هیدرولیکی، حفاری چاه­های افقی و … پیشنهاد شده است. یکی از روش­های جدید مطرح شده برای غلبه بر این مشکل تغییر ترشوندگی سنگ مخزن می­باشد. در ادامه پس از بررسی مفهوم ترشوندگی، خلاصه­ای از پژوهش­های انجام شده در مورد تأثیر تغییر ترشوندگی[۴] بر بهبود تولید و غلبه بر مشکل انسداد میعانی در مخازن گاز میعانی ارائه می­گردد.

۲- ترشوندگی

توانایی یک سیال برای پخش شدن بر روی سطح سنگ در حضور سیالات دیگر در یک سیستم سنگ و سیال مخزن به عنوان خاصیت ترشوندگی شناخته می­شود. ترشوندگی نقش مهمی را در تولید نفت و گاز ایفا می­کند زیرا نه تنها توزیع اولیۀ سیالات در مخزن را تعیین می­کند بلکه عامل تأثیرگذاری در فرآیند جریان سیال در محیط متخلخل می­باشد.

مشاهدات نشان می­دهند که یک قطره سیال بر روی یک سطح صاف جامد ممکن است شکل­های مختلفی به خود بگیرد. شکل قطره با توجه به خاصیت ترشوندگی سطح، می­تواند مسطح یا منحنی و به شکل یه گلوله باشد. در شکل ۱ نحوه پخش شدن سیال بر روی یک سطح جامد بر اساس خاصیت ترشوندگی نشان داده شده است. همانطور که در این شکل مشاهده می­شود در صورت وجود دو سیال آب و هوا، آب فاز تر و برای هوا و جیوه، هوا فاز تر است و سطح سنگ را می­پوشاند.

شکل ۱: مقایسۀ نحوه پخش­شدن سیالات تر و غیرتر بر روی سطح جامد.

خاصیت ترشوندگی یک سنگ به عواملی زیادی از قبیل جنس و مواد تشکیل دهنده سنگ مخزن، هندسه فضاهای خالی سنگ، ترکیب و مقدار نفت و آب، دما و فشار، مکانیزم­های زمین­شناسی و تغییرات اشباع و فشار بستگی دارد.

برای تعیین ترشوندگی مخازن، ارزیابی خواص سنگ و سیال ضروری است. بر اساس نحوۀ پخش­شدن سیالات بر روی سطح و زاویۀ تماس آنها، سنگ­های مخزن به دو دستۀ کلی آب­دوست[۵] و نفت­دوست[۶] تقسیم می­شوند. سنگ­هایی که نه آب­دوست هستند و نه نفت­دوست، میانه[۷] یا خنثی[۸] نامیده می­شوند.

ارزیابی و تعیین ترشوندگی سنگ با استفاده از مغزه­های گرفته شده از مخزن در آزمایشگاه انجام می­شود.

۳- تغییر ترشوندگی

در سال ۲۰۰۰،  Li و Firoozabadi برای اولین بار مقاله­ای در مورد تغییر ترشوندگی سنگ از حالت مایع­دوست به گازدوست در سیستم­های هیدروکربوری ارائه کردند. آنها به­صورت تئوری نفوذپذیری­های نسبی سیستم­های گاز میعانی در یک شبکه ساده را مدل کردند. نتایج آنها نشان می­داد هنگامی­که ترشوندگی محیط متخلخل از مایع­دوست شدید به گازدوست تغییر کند، افزایش چشمگیری در قابلیت تحویل­دهی چاه گازی مشاهده می­شود. در مخازن گاز طبیعی بسیاری از سنگ­ها در حالت طبیعی مایع­دوست هستند. پس از آن Li و Firoozabadi (b2000) به­صورت تجربی و با آزمایش نشان دادند که ترشوندگی سنگ مخزن می­تواند در سامانه­های گاز-مایع-سنگ از شدیداً مایع­دوست (نفت­دوست یا آب­دوست) به متمایل به گازدوست[۹] تغییر کند. آنها از مواد شیمیایی با نام­های تجاری ۷۵۴-FC و ۷۲۲-FC استفاده کردند.

۷۵۴-FC یک سورفکتانت کاتیونی و دارای قابلیت حل شدن در آب است. وزن مخصوص آن در دمای  برابر ۱۵/۱ است. ۷۲۲-FC یک پلیمر با وزن مولکولی ۱۰۰۰۰۰ است که نه در آب و نه در نفت حل نمی­شود. ۷۲۲-FC می­تواند در حلال­های نوع فلوئوروکربن حل شود و وزن مخصوص آن در دمای  برابر ۷/۱ است. نتایج نشان داد که ۷۲۲-FC تأثیر بیشتری بر روی تغییر ترشوندگی دارد. آنها همچنین گزارش کردند که بازیافت میعانات و نفوذپذیری نسبی فاز گاز در اشباع باقی­ماندۀ میعانات در سامانه­های گاز-مایع-سنگ می­تواند با تغییر ترشوندگی به گازدوست به میزان قابل­توجهی افزایش یابد. کلیۀ آزمایش­های آنها در شرایط دمایی و فشاری آزمایشگاه و نه مخزن انجام شده است.

Tang و Firoozabadi (2002 و ۲۰۰۳) با استفاده از همان مواد شیمیایی ۷۵۴-FC و ۷۲۲-FC تغییر ترشوندگی را تا دمای  انجام دادند و اثر تغییر ترشوندگی بر افزایش تحرک­پذیری مایع را بررسی کردند.

تاکنون تزریق سیال فرار مانند متانول برای از بین بردن مایعات تجمع­یافته در اطراف چاه­های گاز میعانی و افزایش بهره­دهی آنها توسط محققین بررسی شده است (Ahmad و همکاران، ۱۹۸۸؛ Du و همکاران، ۱۹۸۸؛ Walker و همکاران، ۱۹۸۸؛ Al-Anazi و همکاران، ۱۹۸۸). به­عنوان یک مثال میدانی، چاه­های میدان Hatter’s Pond در ایالت آلاباما در حالت اولیه بر اثر انسداد میعانی، دچار کاهش شدید بهره­دهی شده بودند اما پس از فرآیند حل کردن آب و میعانات در متانول، بهره­دهی چاه­ها افزاش یافت و به­مقدار دو برابر میزان اولیه رسید. ولی افزایش نرخ جریان فقط برای یک دورۀ ۴ ماهه پایدار بود و پس از آن دوباره کاهش یافت. ممکن است در این میدان یک تغییر ترشوندگی موقت رخ داده باشد (Al-Anazi ، a2005).

Kumar و همکاران (۲۰۰۶) به صورت آزمایشگاهی تأثیر تغییر ترشوندگی را بر نفوذپذیری نسبی گاز بررسی کردند. آنها ابتدا آزمایش­هایی را برای ارزیابی مؤثر بودن مواد شیمیایی مورد استفاده در دما و نرخ جریان بالا در محدوده اعداد مویینگی در نزدیک چاه تولیدی، انجام دادند. نتایج نشان داد که برای ماده فعال سطحی پلیمری با نام تجاری ۴۴۳۰Novec FC در مخلوط متانول-آب در بازه دمایی ۱۴۵ تا ، شاخص بهره­دهی مغزه­های ماسه­سنگی دو تا سه برابر بهبود می­یابد.

از آنجایی که پژوهش­های قبلی بر روی تغییر ترشوندگی محدود به دمای  بودند،  Fahes و Firoozabadi (2007) تغییر ترشوندگی به گازدوست میانه را در دو نوع مغزه ماسه سنگی در دماهای بالا مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار دادند. مغزه­ها شامل Berea (نفوذپذیری در حدود ۶۰۰ میلی­دارسی) و سنگ مخزن (نفوذپذیری در حدود ۱۰ میلی­دارسی) بودند. آنها از مواد شیمیایی جدیدی که شامل ده نوع پلیمر بود، در دمای  استفاده کردند. در این تحقیق از دکان به­عنوان فاز میعانات و هوا به­عنوان فاز گاز استفاده شده است. به عنوان نمونه شکل ۲ زاویه تماس در مغزۀ ماسه سنگی Berea قبل و پس از تغییر ترشوندگی را مقایسه می­کند. همانطور که در این شکل مشاهده می­شود پس از تغییر ترشوندگی، فاز مایع دیگر به صورت کامل روی سطح سنگ پخش نشده است.

شکل ۲: زاویۀ تماس در مغزۀ ماسه سنگی Berea قبل و پس از تغییر ترشوندگی]  Fahes و Firoozabadi،۲۰۰۷[.

  1. نتایج پژوهش آزمایشگاهی آنها نشان داد که:
  2. در دماهای بالای مخزن ترشوندگی می­تواند به ­صورت دائمی از مایع­دوست به گازدوست میانه تغییر کند.
  3. تغییر ترشوندگی اثر قابل ­توجهی بر افزایش تحرک­پذیری مایع در شرایط مخزن دارد.
  4. تغییر ترشوندگی منجر به بهبود تولید گاز می­شود.
  5. تغییر ترشوندگی برای برخی از مواد شیمیایی اثر چندانی بر روی نفوذپذیری مطلق سنگ مخزن ندارد.

آنها همچنین دریافتند که سنگ مخزن بر خلاف Berea در سیستم گاز-آب-سنگ به­صورت آب­دوست قوی نیست.

 

Noh و Firoozabadi (2008) ضریب جریان غیردارسی[۱۰] (سرعت بالا) را برای جریان­های دوفازی پایدار[۱۱] در مغزه­های Berea اندازه­گیری کردند. خاصیت ترشوندگی در آزمایش­های آنها با استفاده از شستشو با ترکیبی از fluorochemical تغییر پیدا کرده است. شکل ۳ یکی از نتایج این مطالعه که مربوط به ضریب جریان غیردارسی در جریان نفت-گاز به صورت تابعی از اشباع نفت است را نشان می­دهد.

شکل ۳: ضریب جریان غیردارسی در جریان نفت-گاز به صورت تابعی از اشباع نفت] Noh و Firoozabadi ، ۲۰۰۸[.

نتایج آنها نشان می­داد که ضریب جریان غیردارسی برای حالت ترشوندگی تغییر داده شده به صورت سیستماتیکی کاهش می­یابد و تغییر ترشوندگی در ناحیه اطراف چاه می­تواند منجر به بهبود قابل توجهی در بهره­دهی چاه شود.

Li و همکاران (۲۰۱۱) آزمایش تغییر ترشوندگی را بر روی مغزه­های میدان گاز میعانی Donpu واقع در چین انجام دادند. این مخزن نفوذپذیری بسیار پایینی در حد ۱/۰ میلی­دارسی و دمای بالایی در حدود  دارد. در این میدان تولید گاز این مخزن به­دلیل نفوذپذیری بسیار پایین و انسداد میعانی ناشی از میعان معکوس در اطراف چاه­ها، بسیار پایین بوده است. برای افزایش بهره­دهی چاه­ها روش­های مختلفی از قبیل ایجاد شکاف در مقیاس بزرگ در این مخزن گاز میعانی انجام شده اما تولید گاز و میعانات به­ میزان قابل ملاحظه­ای بهبود نیافته بود. نتایج آزمایشگاهی مطالعه آنها نشان می­دهد که پس از تغییر ترشوندگی از مایع­دوست به متمایل به گازدوست، نفوذپذیری نسبی هر دو فاز گاز و مایع به اندازۀ قابل توجهی افزایش می­یابد. همچنین به­دلیل تغییر ترشوندگی اشباع باقی­مانده فاز مایع کاهش پیدا می­کند و همان­گونه که در شکل ۴ مشاهده می­شود، تولید نهایی گاز به­میزان زیادی بهبود می­یابد. نام تجاری ماده شیمیایی استفاده شده در این تحقیق ۱۲WA می­باشد که تا دمای و غلظت نمک ppm70000 پایدار است.

شکل ۴: تولید گاز اندازه ­گیری شده قبل و بعد از تغییر ترشوندگی به گازدوست ] Li و همکاران، ۲۰۱۱[.

 

Wu و Firoozabadi (2011) به­صورت آزمایشگاهی نشان دادند که تحرک­پذیری فاز گاز در حالت ترشوندگی میانۀ گاز[۱۲]، ممکن است افزایش یا کاهش یابد که این کاهش یا افزایش تابع حداقل اشباع مایع است. آنها گزارش کردند که به عنوان یکی از نتایج تغییر ترشوندگی، ممکن است کاهش چشمگیری در ضریب جریان غیردارسی دوفازی ، در سرعت­های بالا نسبت به حالت بدون ­تغییر ترشوندگی به­وجود آید. همچنین افزایش نفوذپذیری­های نسبی فازهای مایع و گاز و کاهش ضریب جریان غیردارسی دوفاز ناشی از تغییر ترشوندگی، در افزایش بهره­دهی چاه مؤثر هستند.

کاراندیش و همکاران (۲۰۱۵) تغییر ترشوندگی در یک مخزن گاز میعانی کربناته را با استفاده از شستشو با ترکیب fluorinated آنیونی مورد بررسی قرار دادند و روش جدیدی را برای تغییر ترشوندگی از آب­دوست به گاز دوست ارائه کردند. شکل ۵ قطره آب نمک را بر روی سطح سنگ اشباع شده با هوا را قبل و بعد از تغییر ترشوندگی نشان می­دهد.

شکل ۵: قطره آب نمک بر روی سطح سنگ اشباع شده با هوا الف) قبل از تغییر ترشوندگی. ب) بعد از تغییر ترشوندگی  ]کاراندیش و همکاران، ۲۰۱۵[.

 

نتایج آزمایشات آنها حاکی از افزایش چشمگیر نفوذپذیری نسبی در اثر تغییر ترشوندگی می­باشد. آنها همچنین نتیجه گرفتند که آزمایش­های زاویه تماس و آشام خود به خودی[۱۳] برای ارزیابی تغییر ترشوندگی ناشی از شستشوی شیمیایی دارای کاربرد هستند. این روش­ها برای بهینه­سازی حلال و غلظت ترکیبات بسیار مفید هستند.

۴- خلاصه و نتیجه­ گیری

در این مقاله مروری بر مهم­ترین مطالعات اخیر انجام شده پیرامون تغییر ترشوندگی در مخازن گاز میعانی صورت گرفت. تاکنون پژوهش­های مختلفی در زمینه تغییر ترشوندگی انجام شده است و تمرکز اکثر این پژوهش­ها بر ساخت و توسعه ترکیبات شیمیایی که در دما و فشار مخزن پایدار باشند، بوده است. همه تحقیقات انجام شده نشان می­دهند تغییر ترشوندگی با افزایش نفوذپذیری نسبی گاز و میعانات در اطراف چاه که  امکان انسداد میعانی وجود دارد، باعث بهبود چشمگیر بهره­دهی چاه و تولید گاز و میعانات می­شود. همچنین در اثر تغییر ترشوندگی ضریب جریان غیردارسی نیز کاهش می­یابد.

محمد شیدایی ­مهر، دانشجوی دکتری مهندسی نفت

مراجع

  1. Wu, S., Firoozabadi, A., Simultaneous Increase in Gas and Liquid Relative Permeabilities and Reduction of High-Velocity Coefficient From Wettability Alteration, SPE-144637-PA-P, 2011.
  2. Kumar, V., Pope, G.A., and Sharma, M.M.: “Improving the Gas and Condensate Relative Permeability Using Chemical Treatments,”  SPE ۱۰۰۵۲۹, ۲۰۰۶٫ 
  3. Heinemann, Z. E., 2005: Fluid Flow in Porous Media, University of Leoben., Leoben, Austria.
  4. Li, K. and Firoozabadi, A.: “Experimental Study of Wettability Alteration to Preferential Gas­Wetness in Porous Media and its Effect,”  SPE ۶۲۵۱۵, ۲۰۰۰٫
  5. Tang, G. and Firoozabadi, A.:”Effect of pressure gradient and initial water saturation on water injection in water­wet and mixed­wet fractured porous media”, Transport in Porous Media, ۲۰۰۳٫ 
  6. Fahes, M. and Firoozabadi, A.: “Wettability Alteration to Intermediate Gas­Wetting in Gas/Condensate Reservoirs at High Temperatures,”  SPE ۹۶۱۸۴, ۲۰۰۵٫ 
  7. Liu, Y., Zheng, H., Huang, G., Li, G., and Li, K.: “Improving Production in Gas/Condensate Reservoirs by Wettability Alteration to Gas Wetness,” paper SPE ۹۹۷۳۹, ۲۰۰۶٫ 
  8. Hamoud A. Al­Anazi, SPE, J.J. Xiao, SPE, Ahmed A. Al­Eidan, SPE, Ismail M. Buhidma, SPE, Mahbub S.
  9. Ahmed,  SPE,  Mohammad  G.  Al­Faifi,  and  Wisam  J.  Assiri,  Saudi  Aramco.:  “Gas  Productivity Enhancement by Wettability Alteration of Gas­Condensate Reservoirs”  SPE ۱۰۷۴۹۳, ۲۰۰۷٫
  10. Yijang  liu,  Hongwen  Zheng,  Guixuing  Huang,  Ganqin  Li,  Zhoungyuan  Kewen Li, :”  Production Enhancement in Gas­Condensate Reservoir by Altering Wettability to Gas Wetness: Field Application” paper SPE ۱۱۲۷۵۰, ۲۰۰۸٫
  11. Panga, K.R.,  Ooi,  Y.S.,  Koh,  P.L.,  Chan,  K.S.,  Enkababian,  P.,  Chenevière,  and Samuel,  M.: “Wettability Alteration for Water­ Block Prevention in High­TemperatureGas Wells,”. SPE 100182, 2006.Al-Gharbi, M. S. (2004). “Dynamic Pore-Scale Modelling of Two-Phase Flow”. Ph.D. thesis, University of London.
  12. Li, K., Liu, Y., Zheng, H., Huang, G., Li, G.,. 2011.” Enhanced gas-condensate production by wettability alteration to gas wetness”,. Journal of Petroleum Science and Engineering 78 (2011) 505–۵۰۹٫
  13. Gu, Y. and Yang, C., “The effects of capillary force and gravity on the interfacial profile in a reservoir fracture or pore”, Journal of Petroleum Science and Engineering 40 (2003) 77-78.
  14. Noh, M. and Firoozabadi, A. 2008. Effect of Wettability on High-Velocity Coefficient in Two-Phase Gas/Liquid Flow. SPE J. 13 (3): 298–۳۰۴. SPE-102773-PA.
  15. R. Karandish,  M.R.  Rahimpour, S.  Sharifzadeh, A.A.  Dadkhah,. ” Wettability  alteration  in  gas-condensate  carbonate reservoir  using  anionic  fluorinated  treatment” , chemical  engineering  research  and  design  ۹۳  (۲۰۱۵)  ۵۵۴–۵۶۴٫

[۱] Liquid Wet

[۲] Gas Wet

[۳] Condensate Blockage

[۴] Wettability Alteration

[۵] Water Wet

[۶] Oil Wet

[۷] Intermediate

[۸] Neutral

[۹] Preferential Gas Wet

[۱۰] Non-Darcy Flow Coefficient

[۱۱] Steady State

[۱۲] Intermediate Gas Wetting

[۱۳] Spontaneous Imbibition

دیدگاهتان را بنویسید

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