چگونه کمک به زهکشی بازدهی میدان نفتی را بهبود می‌بخشد؟

درک مفهوم کمک به زهکشی و نقش آن در عملیات میدان نفتی

تعریف و عملکرد کمک به زهکشی در عملکرد چاه

کمک‌های زهکشی به طور کلی به تیمارهای ویژه‌ای اشاره دارند که بر مخازن نفت اعمال می‌شوند و با کاهش کشش بین سطوح نفت و سنگ، به حرکت بهتر سیالات کمک می‌کنند. هنگامی که این سیستم‌ها عمل می‌کنند، نحوه تعامل سنگ‌ها با نفت و آب را تغییر می‌دهند و بدین ترتیب جریان نفت از میان فضاهای بسیار ریز درون ساختار سنگ را تسهیل می‌کنند. نتیجه چیست؟ نفت سریع‌تر به سمت چاه‌های تولید حرکت می‌کند. در مناطق سختی که سنگ به طور طبیعی اجازه خروج کافی از نفت را نمی‌دهد، مطالعات اخیر آژانس انرژی بین‌المللی (IEA) در سال ۲۰۲۳ نشان داده‌اند که استفاده از کمک‌های زهکشی می‌تواند میزان استحصال را نسبت به روش‌های قدیمی تا حدود ۱۲ تا ۱۸ درصد افزایش دهد. این میزان بهبود عملکرد توضیح می‌دهد که چرا بسیاری از بهره‌برداران به این روش‌ها روی می‌آورند، به ویژه هنگامی که با مخازن مقاومی سروکار دارند که به راحتی نفت خود را آزاد نمی‌کنند.

مکانیسم‌های کلیدی استخراج سیالات از طریق زهکشی مبتنی بر گرانش

زهکشی مبتنی بر گرانش به این دلیل کار می‌کند که نفت، آب و گاز چگالی‌های متفاوتی دارند و این تفاوت به طور طبیعی هیدروکربن‌ها را به سمت چاه حفاری هل می‌دهد و نیازی به روش‌های مصنوعی بالابری ندارد. مواد افزودنی خاص زهکشی به شتاب بخشیدن به این فرآیند کمک می‌کنند، بدین صورت که ویسکوزیته نفت را کاهش داده، نیروهای موئینگی درون منافذ سنگ را کم می‌کنند و نفت باقیمانده‌ای که در جا گیر کرده است را آزاد می‌سازند. هنگام کار با چاه‌های مایل، تمام این عوامل با هم همکاری می‌کنند تا جداسازی سیالات را بهتر کرده و کارایی کلی جریان را افزایش دهند. اندازه‌گیری‌های واقعی نشان می‌دهد که نرخ زهکشی معمولاً در هر متر ارتفاع مخزن بین ۰٫۳ تا ۰٫۸ متر مکعب در روز متغیر است. جالب اینجاست که چاه‌های مایل نسبت به چاه‌های عمودی حدود ۲۲ درصد سریع‌تر نفت را بازیابی می‌کنند، صرفاً به این دلیل که تماس بهتری با لایه‌های نفتی واقعی در زیرزمین دارند.

بازیابی پیشرفته نفت از طریق تکنیک‌های پیشرفته کمک به زهکشی

ادغام کمک به زهکشی با راهبردهای بازیابی پیشرفته نفت (EOR)

فناوری جدید کمک به زهکشی اخیراً نتایج بازیابی بهبودیافته نفت را به‌طور چشمگیری افزایش داده است، زیرا به حرکت بهتر سیالات از طریق مخازن کمک می‌کند و میزان کامل‌بودن شست‌وشوی نفت را بهبود می‌بخشد. هنگامی که این سیستم‌ها با تکنیک‌های تزریق گاز مانند زهکشی گرانشی کمک‌شده با CO2 ترکیب می‌شوند، مستقیماً با اشباع نفت باقیمانده مقابله می‌کنند و چسبندگی نیروهای موئینگی را که روش‌های سنتی EOR را محدود می‌کند، از بین می‌برند. بر اساس یک مطالعه اخیر در سال 2024 که عملکرد مخازن را بررسی کرده است، ترکیب این رویکردها معمولاً نرخ بازیابی را در مخازن پیچیده و ناهمگون به میزان ۱۲ تا ۱۸ درصد افزایش می‌دهد. نحوه‌ای که این سیستم‌ها جابجایی مبتنی بر گرانش را بهبود می‌بخشند، به اپراتورها امکان می‌دهد تا به مناطقی از مخزن دست یابند که قبلاً عملاً غیرقابل دسترس بودند، به‌ویژه در لایه‌های پیچیده‌ای که خواص سنگ از نقطه‌ای به نقطه دیگر به‌طور چشمگیری تغییر می‌کند.

تأثیر الگوهای جریان بر کارایی زهکشی در چاه‌های مایل

هنگام کار با چاه‌های انحرافی، نحوه تخلیه سیالات به شدت به انتخاب صحیح حالت جریان بستگی دارد. مطالعات نشان می‌دهند که هنگامی که مهندسان تعادل بین نیروهای ویسکوز و گرانش را در زوایای مشکل‌ساز بین ۳۵ تا ۵۵ درجه تنظیم می‌کنند، می‌توانند سرعت تخلیه نفت را حدود ۲۲ درصد نسبت به چاه‌های عمودی معمولی افزایش دهند. اپراتورهای میدانی معمولاً از مواد افزودنی خاصی برای کنترل ویسکوزیته استفاده می‌کنند تا جریان به‌طور یکنواخت و بدون مشکل علی‌رغم نوسانات دما و فشار در عمق چاه حفظ شود. این پایداری به‌ویژه در عملیات بازیابی بهبود یافته نفتی حرارتی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند، جایی که حفظ شرایط یکنواخت از اهمیت بالایی برخوردار است. تنظیم دقیق این پارامترها از بازگشت ناخواسته سیالات جلوگیری می‌کند و اطمینان حاصل می‌شود که سیالات تولیدی واقعاً به مخازن غنی نفتی در اعماق زیرزمینی برسند.

سیستم‌های تخلیه غیرفعال در مقابل فعال: ارزیابی محدوده‌های عملکرد

سیستم‌های زهکشی غیرفعال عمدتاً از طریق نیروی گرانش کار می‌کنند و در مناطق کم‌عمق که قبلاً فشار طبیعی مشخصی وجود دارد، عملکرد خوبی دارند. اما سیستم‌های فعال متفاوت هستند — آنها از پمپ‌ها یا روش‌های دیگر برای افزایش فشار استفاده می‌کنند که می‌تواند منجر به بهبود عملکرد تا حدود ۱۵ تا شاید حتی ۲۵ درصد در میادین نفتی قدیمی‌تر شود. نکته منفی چیست؟ هزینه اولیه آنها تقریباً ۴۰ درصد بیشتر است، بنابراین بودجه یک عامل مهم محسوب می‌شود. اکنون شروع به دیدن سیستم‌های ترکیبی جالبی کرده‌ایم که این روش‌ها را با هم ترکیب می‌کنند. این سیستم‌های جدید مواد شیمیایی خاصی را تزریق می‌کنند که به‌صورت خودکار بین حالت غیرفعال و فعال در صورت برقراری شرایط خاصی سوئیچ می‌کنند. این نوع سوئیچ هوشمند، انعطاف‌پذیری بیشتری در طول زمان فراهم می‌کند، به‌ویژه هنگامی که شرایط مخزن تغییر می‌کند.

مدلسازی، اعتبارسنجی و کاربرد میدانی فرآیندهای زهکشی

پیشرفت در مدلسازی نرخ زهکشی برای کاربردهای واقعی در میادین نفتی

در این روزها، پیش‌بینی دقیق مدل‌های محاسباتی تفاوت بزرگی در به کارگیری وسایل کمکی زهکشی ایجاد می‌کند. جدیدترین مدل‌های دینامیک سیالات محاسباتی نیز بسیار چشمگیر هستند و دقتی حدود ۹۲٪ در پیش‌بینی حرکت آب از طریق انواع تشکیلات سنگی مخزن دارند. آزمایش‌های اخیر در سال ۲۰۲۴ یافته جالبی در مورد رفتار واقعی سیالات در چاه‌های عمودی به دست آوردند. آن‌ها دو نوع اصلی الگوی جریان شناسایی کردند: یکی آن‌که تمام مواد به صورت هم‌زمان فرو می‌ریزند و دیگری آن‌که مواد از مرکز به سمت بیرون زهکشی می‌شوند. درک این الگوها به مهندسان کمک می‌کند تا فشارهای تزریق را به صورت پویا تنظیم کنند و مسیرهای حفاری را در صورت نیاز اصلاح نمایند. این امر باعث می‌شود تولید حاصله در بیشتر عملیات به خوبی با برنامه اولیه هماهنگ شود.

تحلیل تجربی جابجایی سیال و اثربخشی زهکشی

در آزمایشگاه، محققان امروزه از روش‌های بسیار پیشرفته‌ای استفاده می‌کنند. آنها نمونه‌های سنگی ساخته‌شده با چاپ سه‌بعدی تولید می‌کنند که نحوه تشکیل ترک‌ها در طبیعت را تقلید می‌کند، جریان سیالات سریع را با دوربین‌های پرسرعت ضبط می‌کنند و انتشار مواد در مخازن را با استفاده از ردیاب‌های خاص پیگیری می‌کنند. آزمایش‌های میدانی در محدوده پرمیان هم چیز جالبی نشان داده‌اند. نرخ جریان پیش‌بینی‌شده در حدود ۱۵٪ با اعداد واقعی تولید در دنیای واقعی مطابقت دارد که این رقم بسیار بهتر از مدل‌های قدیمی است که گاهی تا ۴۰٪ اشتباه داشتند. دستیابی به این سطح از دقت، تفاوت بزرگی در تصمیم‌گیری شرکت‌ها برای انتخاب محل حفاری بعدی و مدیریت مؤثر منابع ایجاد می‌کند.

مطالعه موردی: بهینه‌سازی عملیات سیمان‌کاری از طریق زهکشی کنترل‌شده در عملیات پلاگینگ

کارکنانی که در دریای شمال کار می کنند، پس از اینکه برای کار های سیمان کشی خود از مواد مخصوصی با کمک های تخلیه استفاده کردند، مشکلات سیمان کشی به شدت کاهش یافت. وقتی مهندسان زمان مشخصی را برای تخلیه آب در طول فرآیند تعیین کردند، آنها موفق شدند تقریباً در تمام چاه های خود، 97 مورد از هر 100 مورد را جدا کنند، در حالی که قبل از تغییر روش ها، این تعداد فقط 82 مورد بود. چیزی که این روش را موثر می کند این است که باعث می شود مایعات از مسیرهای سیمان عبور نکنند در حالی که خمیر را به اندازه کافی ضخیم نگه می دارد. خدمه های زمینی این پیشرفت ها را از دست خود مشاهده کرده اند، گزارش مشکلات کمتری در چاه و عملکرد طولانی مدت بهتر در چندین سایت چاه در منطقه.

روند نوآورانه: فن آوری های تخلیه شیمیایی و گاز

تخلیه گرانشی با کمک CO2 به عنوان یک روش EOR ترکیبی

تکنیک شناخته شده به عنوان تخلیه گرانشی با کمک CO2 یا CAGD با تزریق گاز کار می کند در حالی که اجازه می دهد گرانش بیشتر کار را برای جابجایی روغن از مخازن ضخیم با نفوذ کم انجام دهد. وقتی CO2 با روغن مخلوط می شود، در واقع باعث می شود که روغن کمتر چسبناک باشد و جریان بهتری داشته باشد. بعلاوه، چون CO2 بالای نفت شناور است، به جابجایی بیشتر منابع کمک می کند. برخی از آزمایشات میدانی نشان داده است که نرخ بازیابی بین 18 تا 22 درصد نسبت به روش های سنتی سیل آب افزایش می یابد، به ویژه هنگامی که با تشکیلات سنگ کربناتی برخورد می شود، بر اساس تحقیقات اخیر لی و همکارانش در سال 2023 چیزی که این رویکرد را جذاب می کند این است که چقدر به خوبی مقیاس پذیر می شود و به درستی در تنظیمات زیرساخت های فعلی قرار می گیرد. به همین دلیل است که ما شاهد هستیم که شرکت های بیشتری نه تنها برای پروژه های جدید، بلکه برای احیای زمینه های قدیمی که در غیر این صورت ممکن است رها شوند، CAGD را اعمال می کنند.

همبستگی بین سیلاب مواد سطح فعال و سیستم های کمک به تخلیه

اضافه کردن مواد سطح فعال به فرآیند تخلیه با کاهش تنش در مرز جایی که روغن با سطوح سنگ برخورد می کند، کار می کند. آزمایشات آزمایشگاهی نشان داده است که این می تواند سرعت حرکت مایعات را در این سیستم ها حدود ۴۰ درصد افزایش دهد. ترکیب سطح فعال با مواد دیگر کمک به تخلیه مسیرهای جریان بهتری را در مخازن ایجاد می کند که در سراسر یکنواخت نیستند. تحقیقات در سال 2023 در مجله Frontiers in Built Environment نشان داد که راه حل های مخلوط سطح فعال سفارشی در هنگام آزمایش در شرایط آب شور، توانستند حدود 29٪ روغن باقی مانده را از نمونه های سنگ شن بیرون بیاورند. چیزی که این روش را بسیار موثر می کند توانایی آن است که مانع از تشکیل کانال ها و رسیدن آب به مناطقی شود که نفت در آن باقی مانده است. برای شرکت هایی که در تلاش برای بهبود استخراج نفت فراتر از روش های اولیه هستند، گنجاندن مواد سطح فعال در عملیات خود یک استراتژی هوشمند برای تلاش های استخراج ثانویه و سوم است.

استفاده از آبشوری با استفاده از مواد شیمیایی در میدان های نفتی بالغ

بیش از دو سوم میدان های نفتی قدیمی در سراسر آمریکای شمالی اخیراً به عنوان بخشی از تلاش های بازیابی ثانویه خود از کمک های تخلیه شیمیایی استفاده کرده اند. سیستم های پلیمر مورد استفاده با حل مشکلات نزدیک به منطقه سر چاه با شکستن آن سپرده های ارگانیک سخت گیر و ذرات کوچک که چیزها را مسدود می کنند، که به بازگشت تشکیلات به سطوح نفوذ طبیعی کمک می کند. کارگزاران میدان به طور کلی تولید را بین 8 تا 12 درصد پس از استفاده می بینند، و اکثر آنها سرمایه گذاری خود را در حدود یک سال و نیم می بینند. به عنوان مثال، حوضه پرمیا را در نظر بگیرید، جایی که شرکت هایی که این تکنیک ها را اجرا می کنند، تقریباً یک چهارم کار های اضافی را کاهش داده اند. این به معنای هزینه های نگهداری پایین تر در کل و چاه های ماندگار بهره وری طولانی تر از آنها به غیر از آن است. پس انداز واقعی پول همراه با نتایج فنی بهتر باعث می شود که این رویکرد برای بسیاری از اپراتورها که با کاهش عملکرد میدان مواجه هستند، ارزش دارد.

سوالات متداول

کمک تخلیه در عملیات میدان نفت چیست؟

کمک به تخلیه به درمان های اعمال شده در مخازن نفت اشاره دارد که حرکت مایعات را با کاهش تنش بین سطوح نفت و سنگ بهبود می بخشد و در نتیجه جریان نفت را از طریق تشکیلات سنگی آسان تر می کند.

تزریق گرانشی چگونه استخراج نفت را بهبود می‌بخشد؟

تزریق گرانشی با استفاده از تفاوت چگالی‌های نفت، آب و گاز، هیدروکربن‌ها را بدون نیاز به بالابری مصنوعی و با کمک افزودنی‌هایی که نیروهای موئینگی را به حداقل می‌رسانند، به سمت چاه جریان می‌دهد.

تفاوت بین سیستم‌های زهکشی غیرفعال و فعال چیست؟

سیستم‌های زهکشی غیرفعال به گرانش وابسته هستند و در مناطق کم‌عمق با فشار طبیعی عملکرد خوبی دارند، در حالی که سیستم‌های فعال از پمپ‌ها برای افزایش فشار استفاده می‌کنند و نتایج بهتری ارائه می‌دهند، اما هزینه اولیه بالاتری دارند.

روش‌های زهکشی گرانشی با کمک دی‌اکسید کربن چقدر مؤثر هستند؟

روش‌های زهکشی گرانشی با کمک دی‌اکسیدکربن به‌طور موثر با کاهش ویسکوزیته نفت و استفاده از نیروی گرانش، نفت را جابه‌جا می‌کنند و اغلب نرخ بازیابی را در مقایسه با روش‌های سنتی ۱۸ تا ۲۲ درصد افزایش می‌دهند، به‌ویژه در تشکیلات سنگ آهکی.