فنآوری تکمیل هوشمند در چاه های نفت و گاز

فاطمه یاس

کاربر ممتاز
پیمان سبزی، کارشناسی ارشد مهندسی نفت از داشگاه پلی تکنیک تهران، کارشناس ارشد تکمیل چاه،

نادر بحری، کارشناسی ارشد مهندسی نفت از دانشگاه تهران، کارشناس تکمیل چاه، شرکت نفت فلات قاره
قاسم کدیورپور، کارشناسی مهندسی نفت از دانشگاه نفت، کارشناس تکمیل چاه، شرکت نفت فلات قاره

مقدمه:

سازماندهی مجهولات یک مخزن، به ویژه در سنگ های کربناته، یک چالش بزرگ به شمار می رود. این در حالی است که فن آوری تکمیل هوشمند امکان بررسی و کنترل ناحیه مورد نظر را فراهم می سازد. بدون وجود این نوع از کنترل، اپراتور ممکن است چاه را هنگام مواجهه با یک آبدهی پیش‌بینی نشده از یک ناحیه از دست بدهد و یا نیازمند بازدارنده های مکانیکی همراه با ریسک‌ها و هزینه های مخصوص به خود شود. این فن آوری اپراتورها را قادر می سازد تا فرآیند بهره برداری یا تزریق را به صورت بهینه انجام دهند، و عملکرد مخزن را بهبود بخشد، درصد استخراج بالاتری را باعث شود و هزینه‌های توسعه میدانی را کاهش دهد. درجه اطمینان این فن آوری در چاه‌هایی با تولید بالا به اثبات رسیده است. تکمیل‌های هوشمند هدفمند در چاه‌های باتولید کم هم به کار گرفته می شود تا آن ها را در مقابل رفتارهای بد مخزن محافظت کرده و منجر به افزایش تولید شود. این مقاله مثال هایی را در مورد کنترل آب و فرازآوری با گاز توصیف می کند و نشان میدهد که چگونه تکمیل هوشمند می تواند در این موارد بهترین و اقتصادی ترین انتخاب باشد. پیشرفتهای حاصل از فن آوری مکان یابی چاه سرعت تولید را بهبود بخشیده و نیز باعث کاهش تولید آب شده است. در اینجا مفهوم تکمیل هوشمند را بیان می کنیم.

تکمیل هایی که مهندسین مخازن را قادر می سازد تا تولید و تزریق را در حداقل یک ناحیه مخزنی تحت نظر گرفته و کنترل کنند، تکمیل هوشمند نامیده می شوند.

چنین فن‌آوری در حال شناخته شدن به عنوان راهی مطمئن و کم هزینه تر برای مدیریت هر چه بهتر یک مخزن است. این تکنولوژی عملیات را از ریسک هایی مانند نفوذ آب و گاز تداخل جریانی بین لایه های تولید کننده، در امان نگه می دارد. در سال 2001، تکمیل هوشمند در چاه‌های چند شاخه‌ای در مطالعه مخازن خاورمیانه بررسی گردید. فواید احتمالی این نوع تکمیل توضیح داده شد. اما در آن زمان نمونه هایی هم داشتیم که در خاورمیانه وجود نداشت. فن آوری تکمیل هوشمند هدفمند در حال حاضر در چاهی با تولید کم، به طور موفقیت‌آمیزی با کاربردهای مختلف استفاده می‌شود. این فن آوری به طور فزاینده‌ای در خاور میانه برای مدیریت مجهولات مخازن کربناته استفاده می شود اما از کاربردهای دیگر آن می توان به بهینه سازی فرازآوری با گاز و کنترل تولید ماسه اشاره کرد.

مدیریت مجهولات


شرکت هایی نظیر استات اویل، شل، آرامکو عربستان از این تکنولوژی در مراحل اولیه توسعه‌اش استفاده کردند و اکنون مایل به استفاده از آن در چاه‌هایی هستند که از چند لایه تولید می کنند و نیز در چاه‌هایی که جبهه آب و گاز در آن‌ها پیشروی کرده است. تعیین تراوایی یک مخزن کربناته قبل از عملیات حفاری یک فرآیند مشکل است. در بسیاری از چاه ها بخش اعظمی از سیال از یک ناحیه محدود با تراوایی بالا تولید شده و یا به آن تزریق می شود. سازندهای کربناته تمایل بیشتری به شکافته شدن نسبت به سازندهای ماسه سنگی دارند. با استفاده از داده های حاصل از چاه پیمایی، زمین شناسان و مهندسین مخازن می توانند شکاف های باز یا بسته را شناسایی کنند اما قادر نیستند که مشخص کنند کدام یک از شکاف ها در اینده آب تولید خواهد کرد.

این مجهولات چگونه مدیریت می شوند؟

در برخی موارد مسدود کردن و رها کردن ناحیه آبده کارساز واقع می شود اما این کارها با توجه به هزینه های سنگین نیاز به بررسی بیشتری دارد. چرا که نیاز دارد که دکل به محل چاه اعزام شود، تولید به خاطر عملیات تعمیراتی متوقف گردد و نیز امکان گیر کردن ابزار در چاه وجود دارد. در ادامه نیز دسترسی به چاه های دریایی که عمق آب در آنجا زیاد است مشکل بوده و این مسئله با پیچیده شدن طراحی های چاه های چند شاخه‌ای پیچیده تر می شود. دسترسی به چاه تنها بخشی از مشکل است. در ضمن داده های به دست آمده از سر چاه مانند فشار سر چاهی و نیز ترکیبات سیال و میزان جریان فازها تنها بیانگر رفتار چاه در آن لحظه می‌باشدکه برنامه ریزی بر طبق آن دقیق نمی‌باشد. اما در تکمیل هوشمند این مشکل حل می شود به نحوی که اپراتورها قادر هستند به طور پیوسته رفتار سیال و نیز مخزن را زیر نظر داشته باشند و بر اساس آن از تداخل جریان بین چاه ها جلوگیری کنند. در این راستا سنجش‌گرهای ‌ته چاهی فشار، دما و میزان دبی را اندازه گیری می‌کنند و نیز شیرهایی برای مسدود کردن جریان لایه‌های مختلف به کار می رود. فن آوری تکمیل هوشمند کاربردهای بالقوه‌ای دارد که در مخازن ماسه سنگی هم استفاده می شود. برای مثال شرکت ONGC چاه‌هایی را با حداکثر تماس با مخزن در هند حفاری می‌کند و از این تکمیل‌ها برای ارزیابی وضعیت مخزن و کنترل ماسه استفاده می کند.

اقدامات و بررسیهای ته چاهی

بررسی‌های مداوم ته چاهی در دهه 1960 با استفاده از تجهیزات چاه پیمایی اصلاح شده، آغاز شد اما سنجشگرهای استفاده شده در آن زمان، مسیر طولانی را برای کسب درجه اطمینان طی می کردند. در تکمیل هوشمند امروزی از فشارسنج و دماسنج های مجزا برای بررسی فضای درون لوله مغزی و فضای حلقوی استفاده می شود و سنسورهای دیگری عملکرد ESP را زیر نظر گرفته و یا پروفایل دمای چاه را تنظیم می کنند. شیرهایی که جریان را کنترل می کنند از مهمترین اجزای هر تجهیزات ته چاهی به شمار می روند. شیرهای کنترلی ته چاهی اولیه ابزارهای ساده ای با دو وضعیت بودند (باز یا بسته) امروزه مهندسین از شیرهایی استفاده می کنند که دارای ده وضعیت متوالی به اضافه حالت کاملا بسته هستند. شیرهای کنترل جریان قابل بازیافت شرکت شلمبرژه به صورت هیدرولیکی عمل می‌کنند و نیز برای تنظیم جریان فضای حلقوی به لوله مغزی استفاده می‌شوند. در شکل شماره 1 شیر TRFC-HNLP نشان داده شده است که با پوششی که در اطراف چوک ایجاد می کند تولید از لوله مغزی را کنترل می کند. قابلیت اطمینان برای سیستم هایی که قرار است در مدت طول عمر چاه فعالیت کنند بسیار مهم است. تکمیل هوشمند از سنجش‌گرها، شیرها، توپک ها و... برای جداسازی لایه‌ها، کنترل جریان فرازآوری مصنوعی و کنترل ماسه استفاده می کند. این ابزارها داده هایی را از درون لوله مغزی و فضای حلقوی ثبت می‌کند.

سه عامل مهم در تکمیل هوشمند عبارتند از: شبیه سازی و مدلسازی، مانیتور کردن و کنترل کردن مخزن، مدل های مشترک زمین که حلقه ارتباط این عوامل منجر به به روز بودن دینامیک مخزن می شود.

به روز بودن مخزن


مطالعه چاه های دریایی زاویه دار و چند شاخه، امری مشکل است، در نتیجه تکمیل های هوشمند برای کمتر کردن این مشکلات استفاده می شوند. مهندسین مخازن و بهره برداری در مرحله طراحی از مدل های مخزن و یا تحلیل های نقطه ای برای بهینه سازی تکمیل هوشمند استفاده می کنند، تا آنرا برای یک چاه خاص سازماندهی نمایند. عوامل اقتصادی نقش مهمی را در نحوه طراحی این فرآیند ایفا می کنند و عملکرد تکمیل هوشمند، فاکتور مهمی در تحلیل میزان هزینه‌ها، مخاطرات، مجهولات مخزن و منافع حاصل از نظارت و کنترل است. بدون وجود نظارت و کنترل، برش آبی در یک ناحیه تولیدی، حتی اگر تولید آب در هیچ لایه دیگری وجود نداشته باشد ممکن است اپراتور را مجبور به ترک مخزن بکند. تعداد و مکان کنترل کننده های جریان، با توجه به تعداد لایه های افقی یا تعداد ناحیه های تولیدی، همچنین عوامل اقتصادی، تولید می شود. زمانی که گروه کنترل مدل مناسبی از مخزن داشته باشد، از آن برای طراحی بهینه یک تکمیل هوشمند استفاده می کند. در مدل های امروزی مخازن، مخزن به بخش‌های کوچک دیفرانسیلی تقسیم می شود تا بتوان معادلات مربوط به جریان سیال در مخزن را حل نمود. چاه نیز به بخش‌های کوچک تقسیم می شود تا معادلات مربوط به حرکت جریان سیال درون لوله مغزی قابل حل باشند. زمانی که فقط پارامترهای پایه مخزن مانند فشار و شاخص تولید در اختیار باشد از تحلیل نقطه‌ای استفاده می شود. این تحلیل محل مناسب برای نصب چوک را مشخص می کند.

تولید متعادل

اکثر چاه‌های توسعه یافته brownfield اهداف متعددی را دنبال می‌کنند. ممکن است لایه‌های فرعی در حضور لایه‌های اصلی تولید کننده، تولید نداشته باشند و نیز ممکن است تداخل جریانی از لایه های با تولید زیاد، به لایه‌های فرعی وجود داشته باشد. در گذشته لایه‌های فرعی کنارگذر می شدند تا از این تداخل جریانی جلوگیری شود. فن آوری تکمیل هوشمند امروزه اپراتورها را قادر می‌سازد تا بدون نیاز به تکمیل مجدد و بدون تداخل جریان، تولید افزایشی از لایه های کنارگذر شده داشته باشند. این عمل با متعادل کردن جریان تولیدی از هر لایه با استفاده از شیرهای کنترلی و یا ایزوله کردن لایه‌ها و تولید انفرادی از هر لایه میسر می شود. متعادل کردن تولید در یک چاه می تواند نفوذ جبهه آب و گاز را به تاخیر بیاندازد.
مسدود کردن تولید از یک لایه مشکل دار با استفاده از تکمیل هوشمند ، باعث می شود تا لایه های دیگر به تخلیه مخزن ادامه دهند و درصد تولید از مخزن بدون وجود تداخل جریان افزایش یابد. بهینه سازی تولید از مخزن موجب افزایش ضریب پاکسازی و بازیافت می شود و عمر میدان را افزایش می دهد.

تنظیم جریان

تشکیل جبهه نفت و گاز، در مناطقی با قابلیت تحرک بالا می تواند اتفاق بیافتد، به خصوص در مخازن کربناته که تراوایی بالایی دارند. رزفلو (Resflow) سیستم جدیدی است که تولید در تکمیل حفره باز را با تنظیم جریان مخزن به چاه، بهینه می کند. این سیستم خود تنظیم شونده، ساده، قوی و قابل اعتماد است. چند سری از رزفلوها (Resflow) با توپک های ایزوله کننده نصب می شوند. هرکدام یک توری Linespot دارد که روی یک لوله پایه ای پوشیده می شود. سیال مخزن وارد توری شده و بین پوشش توری و لوله پایه ای جریان می یابد . سپس جریان سیال از طریق نازل های سفالی وارد رشته تولیدی می شود. محاسبات نقطه ای برای انتخاب بهینه، از ترکیب اندازه نازل ها حاصل می شود. سیال در سرعت‌های بالاتر با محدود کننده های بزرگتری کنترل می شود که تولید را از مناطق با سرعت جریان کمتر شبیه سازی می کند. این سیستم خود تنظیم شونده است و هیچ بخش متحرک یا نیاز به ابزار درون چاهی اولیه یا دائمی، جهت نصب ندارد.
خطر مسدود شدن نازل ها وجود ندارد، چرا که اندازه آن ها بیش از ده برابر اندازه سوراخ توری است. سیستم رزفلو (Resflow) فشار جریان ته چاه را بین 7 تا 30 پام کاهش می دهد، اما همچنین درصد آب تولیدی را نیز کاهش می دهد که به معنی انرژی کمتر برای بالاآوری سیال تولیدی است. مانند تمام تکمیل های هوشمند، این سیستم هزینه های توسعه میدان و تداخل چاه را کاهش می دهد.

یک سیستم رزفلو (Resflow) می تواند موارد زیر را تامین کند: -بهبود تمیز کاری چاه از طریق به کار گیری فشار جزئی، برای جدا کردن کیک گل حفاری. -همسان کردن پروفایل تولید. -مدیریت مناسب تر برای تولید از چند ناحیه. -به تاخیر انداختن پدیده نامطلوب استوانه ای آب و گاز. -کاهش سرعت آب و گاز (عناصر نامطلوب در تولید نفت). -کاهش خطر روش های کنارگذری. -افزایش سرعت بازیابی.

کنترل آب در یک چاه واقعی با نام مستعار A

کنترل آب در مخازن کربناته شاخص مهمی است. یک چاه توسط شرکت آرامکو با بیشترین سطح تماس با مخزن حفر شد تا بیشترین سرعت تولید و افزایش نسبت بازیافت نفت، همراه با کاهش هزینه بر نسبت واحد تولید، به دست آید. برای رسیدن به تولید متعادل از چند لایه چاه، کنترل افت فشار و کاهش درصد آب تولیدی، از فن‌آوری تکمیل هوشمند استفاده شد. این سیستم برای این مخزن کربناته که پر از گسل و شکستگی سازند است، قابل اعتماد بوده و برای تست هر لایه تولیدی پیشنهاد اضافه کردن شیرها کنترلی را می‌دهد. سایر شرکت ها هم سیاست های مشابهی از بیشترین سطح تماس با مخزن را از طریق تکمیل هوشمند در پبش گرفتند. با این تفاوت که در مخازن ماسه ای، ابزار جلوگیری از تولید شن و ماسه تعبیه شد.

چاه A دارای بیشترین سطح تماس با مخزنی است که در خاور میانه تکمیل شده است. این چاه از مخازن کربناته ناهمگن تولید می کند و دارای دو تقاطع از لایه های تولیدی روی قسمت اصلی چاه می باشد. بر اساس یک تکمیل استاندارد و ناهمگنی مخزن در منطقه، درصد آب در طول یک سال به 23‌درصد رسید، در نتیجه تولید نفت را کاهش داد و هزینه‌های تولید آب و عملیات جداسازی آن را افزایش داد. در آوریل 2005 یک سیستم تکمیل هوشمند برای هر لایه تولیدی نصب شد. این اولین تکمیل هوشمند شرکت شلمبرژه برای یک میدان خاص بود. موفقیت یک تکمیل هوشمند صرفا مربوط به فن‌آوری نیست، بلکه به یک روش سیستماتیک از برنامه‌ریزی که شامل اطلاعات مدل سازی مخزن است، نیاز دارد. مدل سازی مخزن یک بخش مهم از طراحی تکمیل است.

نرم افزارPIPESIM فشار لایه های مختلف با درصد آب متفاوت را محاسبه و شبیه سازی می کند تا داده های لازم برای فرآیند طراحی را فراهم کند. در یک تکمیل هوشمند انجام شده، از سه توپک QM و تعداد سه شیر RTFC-HN برای کنترل تولید از هر لایه و مقطع اصلی استفاده گردید. در هنگام آزمایش جریان و تجهیزات، هرکدام از شیرها طی ده سیکل (که شامل110 تغییر وضعیت است) به کار گرفته شدند که معادل چند سال عملیات تولید بوده تا درجه اطمینان فن آوری مشخص شود. سیستم ول واچر(WELLWATCHER) که در واقع مانیتورینگ زمان واقعی تولید و مخزن است، داده های فشار و دما را فراهم می کند که توسط سیستم اینتراکت (INTER ACT) به اداره اصلی شرکت نفت ارسال می‌کند. این اطلاعات همراه با سرعت جریان چند فازی که با فیزتستر phasetester) ) اندازه گیری می شد، برای کنترل شیر های درون چاهی، افزایش تولید نفت و کاهش درصد آب استفاده می شد. پس از انجام تکمیل هوشمند برای تولید نفت رقم 950 متر مکعب در روز و تولید با میزان آب گزارش شد.

شرکت نفت دبی (DPC) نیز از طراحی مشابهی در تکمیل هوشمند برای کنترل آب در مخازن کربناته استفاده کرده است. این شرکت در میدان Falah برای تولید از دو ناحیه توسط دو مسیر افقی بالایی و پایینی، چاهی حفر کرده است.

با این وجود پیش‌بینی زمان و محل نفوذ جبهه پیش‌رونده آب و گاز که در مخازن کربناته روی می دهد، بسیار مشکل است. لایه بالایی چاه در سال اول تولید، شروع به تولید آب کرد.
لایه پایینی هم‌چنان تولیدی در حدود 160000 مترمکعب در روز داشت اما شرکت مجبور به بستن این چاه شد، زیرا لایه بالایی مسدود نمی شد.در هنگام تصمیم گیری برای حفر چاه جدید، فن آوری تکمیل هوشمند در طراحی لحاظ شد.
این موضوع باعث می شد تا تولید لایه های حفاری شده کنترل شود. چاه fd-11 اولین چاهی بود که تکمیل هوشمند در آن به کار رفت و قرارداد آن بین دولت دبی و شرکت Conoco Philips منعقد شد. تکمیل این چاه در آوریل 2005 بعد از گذشت یک سال از طراحی، انجام و نتیجه آن تست شد.
فن آوری تکمیل هوشمند از یک توپک دائمی QL استفاده کرد. تولید از ناحیه پایینی توسط این توپک از طریق لوله''5/8 9 و تولید از ناحیه بالایی از طریق فضای حلقوی انجام شد.

شیر های کنترل تولید در قسمت های بالای چاه نصب شدند تا عملیات بازیابی آن ها توسط گروه خدمات چاه امکان پذیر باشد.
این در حالی است که تکنولوزی تکمیل هوشمند قابل اطمینان بوده و نیاز به بازیابی را از بین می برد. این نوع تکمیل باعث شد امکان باز و بسته کردن لایه ها در هر زمانی، براساس نیاز تولید و مشکلات آن، فراهم گردد.
 

Similar threads

بالا