استفاده از نمودار دما در بهره‌برداری از چاههای نفت و گاز

فاطمه یاس

کاربر ممتاز


نمودار دما یکی از مجموعه نمودارهایی است که در نمودارگیری تولید استفاده می‌شود.



کاربردهای نمودار دما بسیار متنوع است، زیرا این نمودار علاوه بر نشان دادن شرایط کنونی چاه توانایی نشان دادن رفتار چاه در درازمدت را نیز دارد. با این که نمودار دما دارای کاربردهای فراوانی است اما در چاههای نفت و گاز ایران استفاده چندانی از آن نمی‌شود. در این مقاله سعی شده است کاربردهای این نمودار همراه با مثالهایی کاربردی از چاههایی که در آنها نمودار دما رانده شده است نشان داده شود. البته کاربردهای این نمودار به موارد ذکر شده در این مقاله محدود نمی‌شود و با توجه به کیفیت و دقت اطلاعات، کاربردهای استفاده از این نمودار فراوان است.

هدف از این مقاله بررسی کاربردهای مختلف نمودار دماست تا با استفاده بهینه و بیشتر از آن به شناخت بهتری از وضع چاه در مخزن دست یافت و بتوان پیش از اجرای هر عملیات، برنامه‌ریزی مناسب را ارائه کرد.

مقدمه


استفاده از نمودارگیری تولید در اواخر دهه ١٩٣٠ با معرفی اندازه‌گیری دما در چاههای نفت و گاز آغاز شد. تفسیر نمودارهای دما معمولاً به صورت کیفی انجام می‌شود، اما با پیشرفت علم و فناوری، تفسیر کمی این نمودار نیز امکان پذیر شده است. مثلاً ارزیابی کیفی جریان سیال با انحراف نمودار دما از نمودار زمین گرمایی مشخص می‌شود. گرادیان زمین گرمایی با افزایش عمق به صورت خطی زیاد می‌شود. چنانچه به چاه فرصت داده شود تا به شرایط پایدار برسد گرادیان زمین گرمایی مشخص می‌شود. علاوه بر این می‌توان از لحاظ کمی، دبی تولیدی چاه را از نمودار دما به دست آورد.

در حین اندازه‌گیری دما ابزار دما به وسیله کابل نمودارگیری در چاه معلق می‌ماند و دمای اندازه‌گیری شده سازند را برای نمایش و ثبت اطلاعات به سطح زمین می‌رساند. نمودار دما، دمای سیال درون چاه را ثبت می‌کند و

نسبت به دمای دیواره چاه نیز حساسیت نشان می‌دهد. نمودار دما به دو شیوه درون چاه رانده می‌شود:
١- حالت جریانی: حالتی که سیال در چاه در حال تزریق یا تولید است و به طور کلی سیال در چاه جریان دارد.
٢- حالت بسته: وقتی که چاه بسته است و سیال هیچ حرکتی ندارد. لازم به ذکر است که در این حالت اگرچه جریان سیال به طرف سطح متوقف است اما ممکن است در ته چاه مقداری جریان از یک ناحیه به ناحیه دیگر وجود داشته باشد که این پدیده جریان عرضی نامیده می‌شود، بنابراین در حین تفسیر نمودار دما باید به این نکته توجه کافی داشت.کاربردهای نمودار دما


١-تشخیص جریان پشت لوله جداری

با استفاده از نمودار دما می‌توان به وجود جریان در پشت لوله جداری/آستری پی برد. در برخی مواقع سیال از پشت لوله جداری و قسمت پایین‌تر از ناحیه مشبک کاری شده جریان یافته و به سمت بالا حرکت کرده و از مشبکها وارد چاه می‌شود. از آنجایی که جریان سنج پروانه‌ای فقط به حرکت سیال حساسیت نشان می‌دهد، از این رو جریان را از جایی بالاتر از محل واقعی نشان می‌دهد در حالی که جریان از قسمتی پایین‌تر و پشت لوله جداری شروع شده است که این پدیده به وسیله نمودار دما تشخیص داده می‌شود.



تشخیص کانال پشت لوله جداری به وسیله نمودار دما

همان طور که مشاهده می‌شود جریان سنج پروانه‌ای در مقابل ناحیه مشبک کاری شده انحراف یافته است در حالی که انحراف نمودار دما در نقطه‌ای پایین‌تر اتفاق افتاده است، یعنی از جایی که سیال از محیط متخلخل به پشت لوله جداری نفوذ کرده است(١).

٢- تشخیص فواصل تزریق شده

در چاههای تزریقی آب، تشخیص پروفایل تزریق پذیری برای پیش‌بینی توزیع جذب آب در یک فاصله تزریقی امری ضروری است. در این چاهها از نمودار دما برای تعیین ناحیه تزریقی استفاده می‌شود. وقتی که چاه بسته است فرایند بازیافت گرمایی شروع می‌شود. از دیدگاه فیزیکی اختلاف دمای ناحیه تزریقی بسیار بیشتر از نواحی بالا و پایین آن است و همین امر سبب می‌شود تا به وسیله نمودار دما فواصل تزریق آب مشخص شود.



نمودار دما و تشخیص تزریق پذیری در حالت جریانی و بسته چاه

همان گونه که نشان داده شده است در حالتی که چاه بسته شده است دمای چاه در ناحیه تزریق شده کمتر از نواحی بالا و پایین آن است(٢).

٣- تشخیص محل شکاف ایجاد شده در اثر عملیات ایجاد شکاف هیدرولیکی

با استفاده از نمودار دما می‌توان ارتفاع ناحیه شکاف داده شده را پس از اتمام عملیات ایجاد شکاف هیدرولیکی مشخص کرد. اما برای انجام این کار لازم است نمودار دما را قبل و بعد از عملیات در چاه راند و سپس این دو نمودار را با یکدیگر مقایسه کرد. حجم سیالی که در شکافها قرار دارد باعث می‌شود دمای این نواحی دیرتر به دمای زمین گرمایی برگردد، این امر سبب ایجاد اختلاف دما در نواحی شکاف داده شده می‌شود.



تشخیص ناحیه شکاف داده شده

این شکل یک نمودار دما را که برای مشخص کردن ناحیه شکاف داده شده بکار رفته است، نشان می‌دهد. در این شکل نمودار پایه مورد استفاده، نمودار دمای اولیه است که به پروفایل زمین گرمایی بسیار نزدیک است. نمودار دمای بعد از عملیات ارتفاع و محل شکاف ایجاد شده را نشان می‌دهد.

نمودار دمای قبل از ایجاد شکاف نموداری است که قبل از گردش آب خنک در چاه و قبل از عملیات مشبک کاری گرفته شده است. باید اطمینان داشت که اختلاف دمای کافی بین سیال تزریق شده و دمای زمین گرمایی وجود دارد. بنابراین بعد از عملیات ایجاد شکاف، نمودار دما را باید تا ١٢ ساعت بعد از اجرای عملیات و در اولین فرصت راند(٣).


٤-تشخیص نواحی اسیدکاری شده

با استفاده از نمودار دما می‌توان فواصلی را که اسید نفوذ کرده است تشخیص داد. برای این کار لازم است قبل از اسیدکاری نمودار دما در چاه رانده شود تا پروفایل زمین گرمایی مشخص شود. چنانچه چاه کم عمق و دمای چاه پایین باشد تأثیر اسید به صورت واکنش گرمازا در ناحیه اسیدکاری شده مشخص می‌شود. به دلیل تزریق اسید خنک از سطح زمین، دما در بالای ناحیه اسیدکاری شده کمتر از پروفایل زمین گرمایی است. این مسئله در تصویر زیر (سمت راست) نشان داده شده است، بدین صورت که بالای ناحیه اسیدکاری شده جایی است که نمودار دما، پروفایل زمین گرمایی را قطع می‌کند و پایین ناحیه اسیدکاری شده جایی است که دما شروع به کاهش می‌کند(٤).

چنانچه چاه عمیق باشد سازند به اندازه‌ای گرم است که حتی حرارت ایجاد شده از واکنش اسید و سازند کمتر از دمای سازند است. در نتیجه ناحیه اسیدکاری شده به وسیله ناحیه‌ای که گرمتر از اسید تزریقی و خنک تر از پروفایل زمین گرمایی است مشخص می‌شود. در تصویر (سمت چپ) این وضع به خوبی قابل مشاهده است.



تشخیص ناحیه اسیدکاری شده در چاه کم عمق(سمت راست) و عمیق (سمت چپ)

٥- تشخیص بالای ناحیه سیمان شده
عمل بندش سیمان فرایندی گرمازاست و میزان اختلاف دما با بندش سیمان به این عوامل بستگی دارد: دمای سطح، ترکیب سیمان و ضخامت حلقه سیمان. بازیافت دمای سازند پس از عملیات حفاری نیز بر مقدار اختلاف دما تأثیر می‌گذارد. آلودگی دوغاب سیمان به وسیله گل حفاری نه تنها زمان بندش سیمان را به تأخیر می‌اندازد بلکه مقدار اختلاف دما را نیز کاهش می‌دهد. داده‌های آزمایشگاهی و میدانی نشان داده است که بیشترین مقدار اختلاف دما در بازه زمانی ٤ تا ٢٤ ساعت اولیه اندازه‌گیری می‌شود. بنابراین نمودار دما یکی از روشهایی است که به کمک آن می توان بالای ناحیه سیمان شده را تشخیص داد ]٣[.

٦-تشخیص فواصل گازدار
تشخیص لایه های ماسه سنگی گازدار با استفاده از نمودارهای متداول مشکل است. وقتی که فشار درون چاه پایین است نمودارهای دما رانده می شوند. چنانچه در این چاهها از هوا یا نیتروژن به عنوان سیال حفاری استفاده شده باشد می توان از نمودار دما برای تشخیص گاز استفاده کرد.

فواصل گازدار کاهش دمای شدیدی را روی نمودار دما نشان می دهند.



تشخیص نواحی گازدار در چاههای حفاری شده با سیال سبک

٧-تشخیص ورود گاز به داخل چاه
هنگامی که گاز وارد دهانه چاه می شود کاهش فشار و دما به طور همزمان رخ می دهد. گاز پس از ورود به چاه در حین حرکت به سمت بالا تا زمان همگرایی با دمای زمین گرم می شود. هرچه میزان دبی جریان در یک سازند بیشتر باشد افت دما نیز بیشتر خواهد شد. وقتی که حجم گاز افزایش می یابد دمای گاز کاهش پیدا می کندکه این پدیده اثر خنک شدن نامیده می شود. در چاه تولیدی چنانچه گاز وارد دهانه چاه شود اصطکاک گاز سبب ایجاد گرما و در نتیجه افزایش دما می شود. اما به طور کلی افزایش دمای حاصل از اصطکاک گاز بسیار کمتر از اثر خنک کنندگی آن است.

در شکل پایین مشاهده می شود که گاز از مشبکها وارد چاه شده و نمودار جریان سنج پروانه ای نیز وجود جریان را نشان می دهد. بنابراین دما در بازه ای که گاز وارد چاه می شود کاهش می یابد. این پدیده برای تشخیص نواحی گازی در نمودارگیری تولید بکار می رود(٤).



ورود گاز به داخل چاه
شکل بالا نمودار دمای چاهی در یکی از میدانهای واقع در فروافتادگی دزفول را نشان می دهد که نسبت گاز به نفت بالایی دارد. به منظور تشخیص ناحیه ای که از آن گاز وارد چاه می شود، نمودار دما در این چاه رانده شد. این چاه گاز زده ابتدا با کاهنده ١,٨ اینچ آزمایش شد و نتایج نمودار دما در عمق سه هزار و ٥٥٩ متری کاهش می یابد که نشان می دهد گاز وارد چاه شده است. چاه مزبور سپس با کاهنده ١.٤ اینچ آزمایش شد که در شکل پایین نمایش داده شده است به دلیل اینکه دبی نفت و گاز در اثر افزایش اندازه کاهنده بیشتر می شود، عمق ورود گاز با دقت بیشتری مشخص می شود. بنابراین یکی دیگر از کاربردهای نمودار دما تخمین دبی است که در شلکهای پایین به خوبی نشان داده شده است. با تغییر دبی میزان انحراف نمودار دما بیشتر شده و با استفاده از فرمولهای مربوطه می توان دبی نفت را به دست آورد


آزمایش چاه با کاهنده ١,٨ اینچ



آزمایش چاه با کاهنده ١,٤ اینچ
تشخیص فوران زیرزمینی


اندازه گیری دما می تواند جریان بین فواصل زیرسطحی در مواقعی که فوران زیرزمینی وجود دارد را نیز مشخص کند. شکل بالا به صورت نموداری پروفایل دما را در شرایطی که سیال به سمت بالا و گاز بین دو ناحیه جریان دارد را نشان می دهد. نمودارهای دما به دلیل سهولت عملیات، هزینه پایین و کاربرد آنها هم در چاههای حفره باز و هم در چاههای جداره پوش برای شناسایی فوران زیر زمینی به کار می روند. برای تخمین بزرگی فوران زیرزمینی، مدل انتقال حرارتی دیواره چاه برای مشکلات خاص انتقال دما در فورانهای زیر زمینی نیاز است. جنبه های قابل توجه موقعیت فوران زیرزمینی شامل موارد زیر است:
١- اندازه گیری دما از طریق لوله حفاری ٢- وجود سیال حفاری در چاه ٣- اندازه گیری دما بعد از مدت زمان کوتاهی از جریان(٦)


تشخیص فوران زیرزمینی بوسیله نمودار دما

٩- استفاده از اطلاعات دما در آزمایش چاه گازی
از نظر تئوری، هم آزمایش افت فشار و هم رشد فشار را می توان از طریق چاه آزمایی چاههای گازی اندازه گرفت. مزیت چاه آزمایی توسط دما این است که دما مانند فشار تحت تأثیر عواملی مانند تراکم پذیری سیال، تغییرات دبی و غیره قرار نمی گیرد و می تواند دقت بالاتری داشته باشد. بطور معمول از آنجا که اطلاعات فشار آزمایش افت فشار، کاملاً دارای اختلال هستند تنها اطلاعات فشار آزمایش رشد فشار قابل استفاده هستند. اطلاعات فشار آزمایش افت فشار اغلب توسط تغییرات دبی تحت تأثیر قرار می گیرند و این مسئله را تنها می توان به صورت تقریبی در صورت وجود نداشتن تغییرات دبی چاه تخمین زد. فیلتر کردن زیاد اطلاعات گاهی می تواند یاری رسان باشد اما این مسئله می تواند ویژگیهای مهم مخزن از قبیل لایه بندی و تخلخلهای دوگانه را از نظر دور سازد. دماسنجهای جدید آزمایش چاه می تواند دما را به درستی فشار اندازه گیری کند. استفاده از چنین اندازه گیریهایی بطور خاص محدود به تصحیح یا سنجش علائم فشار خام است. قرائتهای دما بطور محدودی برای توضیح روند غیر متعارف فشار یا تخمین دماهای استاتیک یا در حال جریان ته چاه بکار برده می شوند. بنابراین می توان از نمودار دما برای چاه آزمایی در مخازن گازی نیز استفاده کرد.(٣).

نتیجه گیری


با توجه به کاربردهای متعدد و متنوع ذکر شده برای نمودار دما بدیهی است که این نمودار قابلیتهای فراوانی دارد، البته استفاده از این نمودار به همین موارد محدود نمی شود و می توان با استفاده از این نمودار به وجود نشت در لوله مغزی و توپک نیز پی برد. همچنین از این نمودار می توان برای بررسی کیفیت سامانه مهار ماسه گراول پک استفاده کرد. پر واضح است که در صورت تمرکز و توجه بیشتر به این نمودار می توان با استفاده بهینه و بجا از آن به بسیاری از ابهامات در مورد وضع چاه پاسخ داد.

منابع
١-مهندس علی سید مختاری، دکتر محمد کمال قاسم العسکری، "تحلیل نمودارهای تولید"، (١٣٨٧)

٢- Lonnie r. Jameson, member alme division engineer, producer chemical company, borger, texas, "Some applications of differential temperature logging", spe ١٩٧٧

٣- Eppelbaum L V and Kutasov I M "Pressure and temperature drawdown well testing: similarities and differences" J. Geophys. Eng. ٣ ١٢–٢٠, (٢٠٠٦)

٤- Schlumburger, "production log interpretation", Document C-١١٨١١, Houston, Texas, (١٩٧٣)

٥- Elshahawi, H.: "A Theoretical Study of Temperature Variations in Wellbores: Implications for Temperature Logging", Master’s Report, The University of Texas at Austin (١٩٩٧)

٦- Schlumburger, "production logging", (١٩٩٧)

٧- Witterholt, E.J. and Tixier, M.P.: "Temperature Logging in Injection Wells," Paper SPE ٤٠٢٢ presented at the ١٩٧٢ SPE Annual Tech. Conference and Exhibition, San Antonio, TX, Oct. ٨-١١.
 
آخرین ویرایش:
بالا