انواع مکانیزم های رانش مخزن

فشار ذخیره شده در مخزن به شکل سیالات فشرده و سنگ، نشان دهنده انرژی طبیعی قابل توجهی است که برای تولید سیالات در دسترس است و نیاز به بهینه سازی برای اطمینان از حداکثر بازیابی دارد. مکانیزمی که توسط آن یک مخزن سیال تولید می کند، مکانیسم رانش مخزن (Reservoir drive mechanism) نامیده می شود.

مکانیسم های رانش مخزن

مکانیزم رانش مخزن به روشی اشاره دارد که از طریق آن مخزن انرژی تولید سیال را تامین می کند. تعدادی مکانیزم رانش وجود دارد و یک مخزن ممکن است تحت تأثیر یک یا چند مکانیزم به طور همزمان باشد.

مکانیزم رانش گاز محلول (Solution Gas Drive)

اگر مخزنی در ابتدا دارای نفت بالای نقطه حباب خود باشد، با ادامه تولید، حذف نفت تولید شده از مخزن با انبساط نفت باقی مانده در مخزن جبران می شود. این امر منجر به کاهش فشار می شود و در نهایت فشار داخل مخزن به زیر نقطه حباب می رسد. سپس گاز از حالت محلول خارج شده و هر گونه تولید بعدی سیالات منجر به انبساط هر دو فاز نفت و گاز در مخزن می شود. هر جا که فشار زیر نقطه حباب باشد، گاز از حالت محلول به صورت حباب های پراکنده خارج می شود، اما در نواحی کم فشار مانند اطراف دهانه چاه تمرکز بیشتری دارد. با این حال، نفوذپذیری نسبی گاز تا زمانی که اشباع گاز در فضای منافذ افزایش پیدا نکند قابل توجه نخواهد بود.

در نهایت، با افزایش اشباع گاز، گاز آزاد زیادی همراه با نفت تولید خواهد شد. علاوه بر این، اگر نفوذپذیری عمودی اجازه دهد و زمان کافی برای جداسازی گرانشی در نظر گرفته شود، ممکن است گاز به بالای مخزن مهاجرت کند و کلاهک گازی آزاد (free gas cap) را تشکیل دهد. ممکن است مشاهده شود که پس از رسیدن به نقطه حباب، نسبت گاز به نفت تولیدی (produced GOR) به دلیل حفظ گاز آزاد شده در فضای منافذ، کاهش می یابد. همچنین با خروج گاز از حالت محلول، ویسکوزیته و چگالی فاز نفت افزایش و ضریب حجمی تشکیل آن کاهش می‌یابد و منجر به کاهش تولید نفت می شود. علاوه بر این، با افزایش اشباع گاز در فضای منافذ، نفوذپذیری نسبی نفت کاهش می یابد. به مرور زمان GOR تولیدی به دلیل افزایش اشباع گاز و تحرک به طور پیوسته افزایش خواهد یافت.

عملکرد یک مخزن با مکانیزم رانش گاز محلول

مکانیزم انبساط کلاهک گازی (Gas-Cap Expansion Drive)

اغلب، اگر فشار مخزن در ابتدا برابر با فشار حباب باشد یا در مراحل بعدی به فشار نقطه حباب نفت کاهش یابد، گاز آزاد شده از محلول ممکن است به سمت بالا حرکت کند تا یک کلاهک گازی در بالای نفت تشکیل دهد. همانطور که قبلاً بحث شد، خارج شدن گاز از نفت، باعث می شود که نفت ویسکوزیته بالاتر و تحرک کمتری داشته باشد.

عملکرد یک مخزن با مکانیزم انبساط کلاهک گازی با عملکرد یک مخزن با مکانیزم رانش گاز محلول متفاوت خواهد بود. فشار در مخزن به دلیل ظرفیت انبساط در کلاک گازی به طور کلی کندتر کاهش می یابد.
به دلیل ظرفیت انبساط در درپوش گاز، کندتر کاهش می یابد.

حجم کلاهک گازی به موارد زیر بستگی دارد:

• فشار متوسط مخزن
• فشار حباب نفت
• نسبت گاز به نفت و ترکیب گاز

برای چنین مخازنی، دو اثر متضاد وجود دارد. کاهش فشار مخزن باید ۱) اندازه کلاهک گازی را به حداکثر برساند و حداکثر قابلیت انبساط را فراهم کند ۲) تحرک نفت را نیز کاهش می دهد.

عملکرد یک مخزن با مکانیزم انبساط کلاهک گازی

مکانیزم رانش آبده (Water Drive Reservoir)

در یک مخزن با مکانیزم رانش آب، با انبساط آبده یا از طریق تزریق آب به مخزن، انرژی مخزن حفظ می شود. بسته به شکل ساختاری، زاویه شیب و OWC درون مخزن، سیستم آبده را می‌توان به دو شکل تعریف کرد:

• رانش آب از پایین (bottom water drive)
• رانش آب از لبه (edge water drive)

آبده می تواند از کاهش فشار مخزن جلوگیری کند اما این بستگی به دبی تولیدی چاه ها و سایز آبده دارد. اگر دبی چاه ها زیاد و سایز آبده کوچک باشد، ناچاراً هم فشار مخزن کاهش می یابد و هم فشار آبده. اگر میزان تولید در مقایسه با حجم آبده کوچک باشد، در این صورت انبساط آبده ممکن است از تخلیه بیش از حد مخزن جلوگیری کند.

گسترش آبده به زون نفتی منجر به بالا آمدن سطح تماس با آب نفت (OWC) می شود و این ممکن است ناحیه مشبک کاری شده را تحت تاثیر قرار دهد. این پدیده را مخروطی شدن آب (Water coning) می نامند. علاوه بر این، ممکن است انگشتی شدن آب (fingering) به دلیل ناهمگونی ها رخ دهد و منجر به حرکت آب از طریق لایه های تراواتر و رسیدن زودهنگام آب به چاه شود.

اگرچه درایو آب اغلب به عنوان یک مکانیسم محرکه طبیعی مواجه می شود، بسیاری از میدان ها، به ویژه در دریای شمال، به طور مصنوعی از طریق تزریق آب در مراحل اولیه توسعه خود بر روی درایو آب قرار می گیرند.

اگرچه آب تراکم پذیری کمتری نسبت به نفت یا گاز دارد و از این رو کمتر قادر به تامین حجم انبساط مورد نیاز در مخزن برای جبران حذف سیال توسط تولید است، اما از نظر سهولت تزریق مجدد، ایمنی، در دسترس بودن و مدیریت ایمن تر در مقایسه با گاز، برتری دارد.

عملکرد یک مخزن با مکانیزم رانش آبده

مکانیزم رانش ریزش تقلی (Gravity Drive)

این مکانیزم کمتر رایج است و برای موثر بودن چنین مکانیزمی به حداکثر شیب ساختاری، ویسکوزیته کم نفت، نفوذپذیری عمودی و افقی خوب، ترجیحاً یک کلاهک گازی فعال و فعالیت ناچیز آبده نیاز دارد.

در رانش گرانشی، فشار هیدرواستاتیک ناشی از ستون نفت و فشار کلاهک گازی، حرکت سطح تماس گاز نفت (GOC) به سمت پایین را منجر می شود.

این مکانیزم عمدتاً در مراحل پایانی تخلیه یک مخزن وجود دارد.

مکانیزم انبساط سنگ و سیال (Compaction Drive)

نفت در فضای منافذ مخزن توسط وزن لایه های بالایی و فشار سیالات موجود در منافذ، فشرده می شود. اگر سیال از مخزن خارج شود، این امکان وجود دارد که کاهش فشار در فضای منافذ ناشی از تولید سیال، با وزن لایه های بالایی جبران شود. تاثیر این امر، کاهش تخلخل است.

چنین مکانیزمی تا حدودی در بسیاری از مخاز رخ می دهد اما حرکت سطح زمین به ندرت قابل اندازه گیری است.

مکانیزم رانش ترکیبی (Combination Drive)

در اکثر مخازن، تولید سیالات توسط یک مکانیسم کنترل نمی شود، بلکه اغلب توسط چندین مکانیسم رانش به صورت ترکیبی کنترل می شود. در چنین شرایطی امکان پیش بینی واکنش مخزن به تولید دشوارتر است.

مباحث مرتبط با انواع مکانیزم های رانش مخزن را می توانید در درس مهندسی مخزن ۲ به صورت کامل تر آموزش ببینید:

آموزش درس مهندسی مخزن ۲