آشنایی با مفاهیم چاه آزمایی ـ بخش اول - آکا
ایجاد می شود تغییر پارامتر های مخزن باعث,بخش اول,میزان,رفتار مخزن مانند چگونگی فاز های سیال مایع و گاز,ایجاد می شود,چاه در درون مخزن و آغاز استخراج سیال,بخش,چا

آشنایی با مفاهیم چاه آزمایی ـ بخش اول

● مقدمه و ضرورت چاه آزمایی

به محض حفر یک چاه در درون مخزن و آغاز استخراج سیال درون آن، تغییراتی در پارامتر های مخزنی مانند فشار، حجم سیال درون مخزن، گرانروی سیال و... ایجاد می شود. تغییر پارامتر های مخزن باعث تغییر رفتار مخزن مانند چگونگی فاز های سیال(مایع و گاز) درون مخزن، در نتیجه چگونگی فازهای سیال استخراج شده، میزان دبی و... می شود.

بنابراین با گذشت زمان و ادامه ی برداشت از مخزن، رفتار مخزن تغییر می کند. در واقع پارامترهای مخزن به نوعی تابع زمان هستند. عملیات چاه آزمایی (Well Testing) تجزیه و تحلیل رفتار مخزن و چاه بر اساس زمان است؛ نتایج حاصل از آن می تواند تأثیر زیادی در تشخیص مقادیر واقعی پارامترهای مخزنی داشته باشد، از این رو چاه آزمایی یکی از مهم ترین ابزار های مهندسان برای شناخت مخزن نفت محسوب می شود. به دست آوردن مقدار واقعی این تغییرات نقش عمده ای در ایجاد یک مدل دقیق و به روز از مخزن دارد.

در سال های ۱۹۵۰، چاه آزمایی به عنوان ابزاری برای شناخت رفتار واقعی مخزن در قبال تغییرات ایجاد شده ی درون چاه، وارد مهندسی نفت شد. مخزن نفت محیطی ناشناخته و بسیار ناهمگن است که تشخیص دقیق آن عملاً امکان پذیر نیست. با توجه به ویژگی های کلی مخزن، مدل های ریاضی اولیه ای برای تفسیر رفتار مخزن و چگونگی حرکت سیال در درون محیط های متخلخل مختلف از جمله محیط متخلخل مخازن شکافدار، وجود دارد. این مدل ها که اصطلاحاً مدل های ایده آل گفته می شوند، تا اندازه ای توانایی پیش بینی رفتار واقعی مخزن را دارند. پارامتر های مدل را باید پس از تطبیق با رفتار مخزن اصلاح کنند، تا رفتار مدل، رفتار واقعی مخزن را نشان دهد.

پس از انجام هرتست، روی مخزن واقعی، اطلاعات فشار و زمان را روی نمودارهایی (مختصات لگاریتمی، شبه لگاریتمی یا دکارتی) پیاده کرده و آن را بر اساس نمودار های مدل های اولیه تفسیرمی کنند و اطلاعاتی مانند نوع رژیم جریان(خطی، شعاعی، کره ای)، مساحت مخزن و... غیره را به دست آورند.

در حدود سال های ۱۹۷۰به بعد، محققین با ارائه کردن نمودارهای مدل (Type curves) فشار در برابر زمان، به تشخیص حالت های کلی شکل مخزن پرداختند که در تفسیر نمودارهای چاه آزمایی نقش بسیار زیاد و مهمی دارند.

نمودار های مدل نسبت به روش قبلی، جزئی تر و دقیق تر بوده و حالت های بیشتری را نشان می دهند، از این رو برای مهندس نفت این امکان ایجاد می شود که با اخذ اطلاعات مخزن و پیاده کردن داده های مربوط به آزمایش روی نمودار، نمودار بدست آمده از مخزن واقعی را با نمودارهای مدل (Type curves) منطبق کرده و براساس آن پارامترهای دیگر مهندسی مخزن (نفوذ پذیری، ضریب پوسته و....) را به دست آورد، و یا درحالت عدم انطباق کامل با نمودار های مدل، برخی از پارامترهای نمودار مدل را تغییر داده تا بهترین نمودار بیان کننده ی حالت واقعی مخزن را شناسایی کند.

پس از این برای افزایش دقت، روش استفاده از نمودارهای مشتق ( نمودار مشتق فشار در برابر زمان ) ارائه شد. در واقع نمودار های مشتق نیز یک نوع نمودار مدل هستند که محاسبات مهندسی بر اساس آن ها بیشتر، در تأیید و تکمیل نتایج بدست آمده از نمودارهای مدل(Type curves) معمولی بکارمی رود. امروزه روش های مدرن تری درحال گسترش می باشند که Deconvolution نامیده می شوند.

در کشورما به دلیل اهمیت داشتن تولید روزانه، بستن چاه به مدت دو یا سه روز برای انجام تست تا حدود زیادی امکان پذیر نیست و یا خیلی سخت است به همین دلیل مجهز کردن چاه ها به سیستم های هوشمند (چاه هوشمند) برای ثبت فشار و زمان و دبی تولید می تواند تا حدودی مار از عملیات چاه آزمایی بی نیاز کند. یکی از نکات جالب درمورد چاه آزمایی این است که با استفاده از اطلاعات سه متغیر زمان، فشار و دبی تولیدی یا دبی تزریقی، اکثر پارامترهای مهندسی مخزن نظیر نفوذپذیری، ضریب پوسته، سطح تخلیه چاه (حجم مؤثر درتولید چاه، به بیان دیگر حجمی از مخزن که توسط هر چاه تخلیه می شود)، نوع مخزن (ساده یا ترکیبی) را به دست می آورند.

قبل از ورود به مقوله چاه آزمایی به تعریف واژگان تخصصی به کار رفته در متن وتوضیحات کمی در مورد مخزن نفت را می پردازیم.

● واژگان تخصصی

▪ نفوذپذیری یا تراوایی:( Permeability)

توانایی سنگ برای عبوردهی سیالی (با گران روی مشخص و در فشار مشخص) از درون خلل و فرج خود را Permeability می گویند. نفوذ پذیری مطلق تنها به خصوصیات سنگ بستگی دارد، اما نفوذپذیری نسبی علاوه برخصوصیات سنگ، به خصوصیات سیال و درصد اشباع(سنگ از سیال) نیز بستگی دارد.

▪ پوسته:

فاصله نزدیک چاه که به دلیل عواملی،خواص فیزیکی خود را از دست داده باشد. این عوامل می تواند ورود آب از گل حفاری به داخل سازند یا عوارض حاصل از مشبک کاری (سوراخ کردن) و هم چنین آزادشدن گاز نزدیکی چاه، به دلیل افت فشار و هم چنین رسوب آسفالتین(نوعی نفت بسیار سنگین با گرانروی بسیار بالا) می تواند باشند. مقدار پوسته را با یک ضریب به اسم ضریب پوسته نشان می دهند.

▪ حرکت سیال درون محیط متخلخل

پس از اکتشاف مخزن نظارت مهندسین مخازن آغاز شده و با بررسی ساختار فضایی مخزن شروع به عملیات حفاری در نقاط بهینه و مشخص شده ی مخزن می کنند. پس از تکمیل چاه، حرکت سیال به سمت چاه و تولید از مخزن آغاز می شود.

درک چگونگی نمودارهای چاه آزمایی، نیازمند شناخت کمی و کیفی حرکت سیال در محیط متخلخل است. ازاین رو سه نمونه حرکت خطی(Linear)، شعاعی(Radial)، کروی(Spherical) برای سیال درون مخزن پیش بینی شده است که در شکل های زیر نشان داده می شود.

با استفاده از روابط قانون پایستگی جرم (که بیان می کند؛ جرم به وجود نمی آید و از بین هم نمی رود) و هم چنین قانون دارسی (که بیان کننده ارتباط میان سرعت خطی و گرادیان فشار(آهنگ تغییرات فشار بر حسب کم و یا زیاد شدن فاصله) می باشد)، مدل سازی ریاضی حرکت سیال در محیط متخلخل در هر یک از سه سیستم فوق به دست می آید که البته در به دست آوردن این معادلات تعداد فاز(جامد، مایع، گاز) و نوع سیال موجود درمخزن نیز تأثیرگذاراست.

● مرزهای مخزن

از مهم ترین عوامل تأثیرگذار درحل مدل ریاضی حرکت سیال در محیط متخلخل نوع مرزهای مخزن است.

به دیواره ی چاه مرز داخلی گفته می شود، دورترین نقطه ی مخزن و به بیان دیگر حاشیه ی مخزن را مرز بیرونی مخزن می گویند.

▪ مرز داخلی: که به دوصورت می باشد:

۱) تولید با فشار جریانی ثابت

در این روش فشار را ثابت نگه می داریم و دبی تغییر می کند که راحت تر از روش دبی ثابت است.در این روش از Gauge هایی استفاده می شود که می توانند دبی برداشت را تغییر دهند. در مخازنی که خطر مخروطی شدن گاز یا آب وجود دارد، برای پیشگیری از وقوع این خطر، بیشتر از این روش استفاده می شود تا فشار مخزن تا حد زیادی حفظ شود.

۲) تولید با دبی جریانی ثابت

در این روش دبی جریان را با استفاده ازیک شیر(choke) که معمولا در مقابل محدوده ی مخزن و محلی که لوله ی جداری(Production casing) مشبک کاری قرار می دهند، ثابت نگه می دارند.

▪ مرز بیرونی:

که به سه صورت می باشد:

چنان که گفته شد مرز بیرونی به دورترین نقطه ی مخزن گویند، جریان سیال در ماقبل این مرز وجود دارد و در این مرز جریانی نخواهیم داشت.

مرز بیرونی نیز به سه صورت توضیح داده می شود.

۱) برای مخازن محدود که حجم مشخصی دارند، در مرز بیرونی افت فشار داریم.

۲) برای مخازنی که همراه با تأمین کننده قوی، نظیر محیط آبده یا کلاهک گازی با فشار بالا هستند که اجازه کاهش فشار را درسطح بیرونی مخزن نمی دهند، فشار درسطح بیرونی را برابر با فشار اولیه مخزن می گیرند، به بیان دیگر افت فشار نداریم.

۳) حالتی که مصرف ریاضی دارد، یعنی آن قدر مخزن را بزرگ فرض می کنیم که با میل کردن شعاع بیرونی به سمت بی نهایت، فشار برابر با فشار اولیه مخزن می شود و افت فشار نخواهیم داشت

● انواع تست های رایج

پس ازاین که به طورکیفی متوجه شکل مخزن ونوع حرکت سیال آن شدیم باید کمی درمورد چگونگی انواع آزمایش هایی که برروی چاه انجام می گیرد توضیح دهیم.

انواع تست هایی که برروی چاه های نفت انجام می شوند عبارتند از:

۱) Drawdown Test

Multiple Flow Test (۲

۳) Reservoir Limit Test

۴) Build up Test

۵) Injection Build up or Full Off Test

۶) Multiple Well interferences

۷) Drill stem Tests

هم چنین تست های زیربرای مخازن گازی انجام می گیرد:

۱) Back Pressure or flow after flow

۲) Isochronal test

۳) Modified Isochronal test

امروزه از Well test moduleنرم افزارهای Pan System، CMG، Eclipse برای تحلیل اطلاعات حاصل از انجام تست های چاه استفاده می شود.

● تشریح کیفی بعضی از تست ها

▪ تست build up:

شرح این تست به این صورت است که چاهی که با یک دبی ثابت و مشخص تولید می کند را به طورکامل می بندند (عملاً تولید آن را متوقف کنیم) و سپس با یک ثبت کننده فشار، فشار ته چاه را اندازه گرفته و آن را براساس زمان ثبت می کنند. با پیاده کردن مقادیر فشار و زمان بر روی نمودارهرنر (Horner) (شکل ۲) می توان نفوذپذیری، ضریب پوسته و فشار اولیه مخزن را بدست آوریم. البته لحاظ کردن زمان تولید قبل از تست نیز ضروری می باشد.مدت زمان بستن چاه بین ۲ تا ۳ روز است تا فشار در تمام قسمت های مخزن تقریبا یکی شود.

▪ drawdown test:

در تست drawdown عکس تست build up عمل می شود، به گونه ای که چاه بسته را با دبی ثابت برای تولید بازکرده و سپس با ثبت اطلاعات فشار و رسم نمودار داده های فشار در برابر زمان و آنالیز این نمودار، می توان مقادیر نفوذپذیری، ضریب پوسته، شکل مخزن و سطح تخلیه ی آن را به دست آورد.این تست معمولا بلافاصله بعد از تست Build up ،که در طی آن چاه بسته است، انجام می شود.

در چاه آزمایی معمولی با داشتن خروجی (داده های فشار) و ورودی (دبی جریان)، برای به دست آوردن سیستم مخزن (مقصود تمام خصوصیات مخزن شامل شکل مخزن، شکافدار یا غیر شکافدار بودن و...،است ) تلاش می شود .

در روش Convolution ابتدا یک سیستم برای مخزن حدس می زنیم و با استفاده از داده های ورودی، داده های خروجی را به دست می آوریم. این داده ها با داده های خروجی واقعی مقایسه می شوند و آن قدر سیستم را تغییر می دهند تا بهترین تشابه(Match) بین خروجی حاصل از محاسبه و خروجی های واقعی به دست آورند و آن سیستم را سیستم مخزن لحاظ می کنند.

در روش Deconvolution سیستم مخزن را حدس نمی زنیم اما با گزاردن محدودیت هایی برای سیستم، خروجی ها را به دست آورده و بعد از مقایسه با خروجی های واقعی می توان سیستم مخزن را به دست آورد.

▪ DST:

Drill stem test تست معمول و رایجی است که بیشتر مورد استفاده ی مهندس بهره برداری می باشد. این تست معمولاً بعد از عملیات حفاری انجام می شود.

در این تست دستگاه Drill stem را روی لوله حفاری می بندند. در پائین آن یک شیر کنترل قراردارد که هنگام پایین آمدن بسته است. دستگاه را به پائین چاه می فرستند درحالی که فشار داخل لوله خیلی کمتر از فشار هیدروستاتیک گل می باشد. پس از آن که دستگاه درمقابل مخزن قرارگرفت Packer (جداری ای لاستیکی که پس از باز شدن، فضای بین لوله و لوله ی جداری را مسدود می کند) را بازکرده تا فشار ستون گل را از روی مخزن بردارند و هم زمان شیر کنترل ورودی Drill Stem را بازمی کنند تا سیال وارد شود. پس از زمانی معین ، شیر را می بندند ودر تمام این مدت داده های فشارو زمان را ثبت می کنند این عمل باز و بسته کردن شیر را چندین بار انجام می دهند تا سیال تولیدی، همان سیال مخزن شود و عملاً جواب تست بهبود یابد. درواقع می توان گفت DST مجموعه چند تست drawdown و Build Up پیاپی می باشد.
  
 
خبرگزاری ایسنا
ویرایش و تلخیص:آکاایران

منبع : بخش مقالات علمی آکاایران
برچسب :