فرآیند ریزش ثقلی به کمک بخار (SAGD)

8 خواندن ثانیه
0
364

عملیات برداشت نفت از مخازن با نگاه به ترتیب زمانی، به سه مرحله اولیه، ثانویه و ثالثیه می‌شود. در کنار این عملیات تعاریف دیگری نیز همچون ازدیاد برداشت نفت و بهبود برداشت نفت نیز وجود دارد.

مرحله نخست تولید با استفاده از انرژی طبیعی موجود در مخزن که منبع اصلی انرژی برای جابجایی نفت به سمت چاه تولیدی است،صورت می‎‌گیرد. منبع اصلی این انرژی طبیعی رانش گاز محلول، رانش کلاهک گازی، رانش آبده، انبساط سنگ و سیال و ریزش ثقلی است.

مرحله دوم اغلب پس از مشاهده کاهش تولید توسط روش اولیه استفاده می‌شود. برداشت ثانویه با افزایش انرژی طبیعی مخزن با کمک تزریق آب یا گاز برای افزایش جابجایی نفت به سمت چاه‌های تولیدی انجام می‌شود. در این فرآیند گاز و آب را می‌توان برای تثبیت فشار یا انبساط کلاهک گازی و آبده و یا با رویکرد جابجایی غیر امتزاجی نفت، تزریق نمود.

برداشت ثانویه یا سومین مرحله تولید آن چیزی است که پس از مراحل تثبیت فشار و با هدف افزایش تولید انجام می‌شود. این روش‌های برداشت عموما شامل تزریق گازهای امتزاجی و غیر امتزاجی، مواد شیمیایی، انرژی حرارتی برای برداشت بیشتر نفت اند.

نمونه فرآیندهای حرارتی استفاده از بخار یا آب داغ یا تولید انرژی حرارتی درجا با سوزاندن نفت در مخزن اند. فرآیندهای برداشت حرارتی از شکل‌های مختلف انرژی حرارتی با مکانیزم‌های متفاوت برای حرکت نفت به سمت چاه‌های تولیدی استفاده می‌کنند. یا توجه به خصوصیات مخزن، تاریخچه این فرآیندها و پارامترهای اقتصادی روش های مختلفی در سال‌های اخیر استفاده شده اند، از جمله تزریق بخار، تزریق تناوبی بخار، احتراق درجا، تزریق بخار همراه با ریزش ثقلی و استخراج بخار هیدروکربنی.

هدف از ایجاد و توسعه فرآیند ریزش ثقلی به کمک بخار (SAGD) طراحی ابزاری بود که توسط آن نفت سنگین در مخزن طوری جابجا شود که برداشت کامل‌تری نسبت به فرآیندهای مرسوم سیلاب‌زنی بخار که در آن نفت با هل دادن توسط سیال تزریقی جابجا می‌شود، صورت پذیرد.

در برداشت نفت سنگین از فرمی خاص از سیلاب‌زنی بخار استفاده می شود که به نام ریزش ثقلی به کمک بخار SAGD شناخته شده است. در این فرآیند حرکت نفت به سوی چاه برداشت بر اثر نیرو محرکه گرانش صورت میگیرد و هندسه سیستم به نحوی است که نفت تقریبا موازی با سطح بین دو فاز که مرز یک ناحیه در حال رشد اشباع از بخار به نام اتاقک بخار را تشکیل میدهد، حرکت می کند.

فرآیند ریزش ثقلی به کمک بخار

شکل ۱ نمای کلی فرآیند SAGD در مخازن نفت

همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است، تزریق بخار داغ از بالای چاه برداشت، باعث گرم شدن نفت مخزن و ریزش آن به سوی چاه برداشت می‌گردد.

معمولا فشار بخار در اکثر فرآیند ثابت نگه داشته می‌شود. البته فشار در اتاقک بخار الزاما ثابت باقی می‌ماند و جریان با نیرو محرکه گرانش بوجود می‌آید. رشد اتاقک بخار به سمت بالا نسبتا بی‌قاعده است، ولی سریع پیشروی می‌کند تا اینکه توسط لایه سنگ بالای مخزن محدود شود.

فرآیند ریزش ثقلی به کمک بخارشکل ۲ اتاقک بخار در فرآیند SAGD

حرکت رو به بالای مرز مشترک اتاقک بخار و توده نفت به شکل انشعاب بخار است که نفت در بین آن جریان دارد و بی قاعده می باشد. برعکس حرکت رو به پایین و اطراف اتاقک بخار به گونه ای بسیار پایدار صورت می گیرد. در واقع گرانش باعث این پایداری می گردد. طبیعت فرآیند به گونه ای است که گرمایش و جابجایی نفت توسط بخار سیستماتیک می باشد و نفت در جریان به سمت چاه کشیده می شود و منشعب شدن بخار رخ می دهد.

جذابیت این روش در این است که با وجود نزدیکی چاه های تزریق و برداشت، مکانیزم ذکر شده باعث رشد اتاقک بخار به شکلی می شود که به تدریج اجازه ریزش از یک ناحیه بسیار وسیع از مخزن را می دهد. یعنی احتیاجی نیست که چاه تولید و تزریق ناحیه ریزش را پوشش دهند. فایده دیگر این مکانیزم آن است که نفت گرم شده در طول جریان به سمت چاه تولید گرم باقی می‌ماند. در روش سیلابزنی بخار، نفت جابجا شده توسط اتاقک بخار سرد شده و راندن آن دشوار می‌گردد.

steam chamberشکل ۳ محدودیت رشد اتاقک بخار به سمت بالا

پس از برخورد اتاقک بخار با سنگ بالای مخزن، همان گونه که در شکل ۳ نمایش داده شده است، اتاقک بخار رو به اطراف رشد می کند. بنابراین می توان از روش SAGD در سنگین‌ترین مخازن قیر طبیعی بدون پیش گرمایش وسیع استفاده کرد. چاه برداشت بایستی به قدر کافی طولانی باشد تا بتوان یک دبی اقتصادی بدون پدیده مخروطی شدن (coning) بخار از برداشت نفت بدست آورد.

بخار همواره با فشاری پایین‌تر از فشار شکست سنگ تزریق می شود. همچنین چاه برداشت اغلب خفه (throttle) می شود تا دمای قیر طبیعی تولیدی را زیر شرایط بخار اشباع نگه دارد تا از ورود بخار به درون چاه و لذا رقیق شدن نفت تولیدی جلوگیری شود. به این فرآیند تله بخار (steam trap) گفته می‌شود. در حقیقت، می توان گفت که فرایند SAGD قادر است تا ۵۵٪ نفت و قیر طبیعی در جای اولیه خود در مخزن را به طور اقتصادی برداشت کند.

در یک فرایند ایده آل SAGD اتاقک در حال رشد بخار در اطراف چاه افقی تزریق شکل می گیرد و بخار به طور پیوسته به سمت مرز مشترک اتاقک و توده نفت جریان می یابد. در این مرز بخار چگالش یافته و نفت اطراف را گرم می کند. گرما توسط رسانایی، همرفت و بواسطه گرمای نهان بخار منتقل می گردد. نفت گرم شده به دلیل وجود جاذبه و کاهش ویسکوزیته به سوی چاه تولید واقع در نزدیکی پی مخزن، در زیر چاه تزریق جریان می یابد.

عملکرد فرایند SAGD به شدت تحت تاثیر انتخاب پارامترهای هندسی و عملیاتی است. فاصله عمودی چاه ها از پایین و بالای مخزن،فاصله عمودی چاه ها از یکدیگر،طول چاه های تولید و تزریق مثال هایی از پارامترهای هندسی و همچنین پارامترهایی نظیر آنتالپی بخار تزریقی و فشار و دمای تزریق مثال هایی از پارامترهای عملیاتی می باشند. لذا مدلسازی دقیق و صحیح این فرایند ازدیاد برداشت، می تواند به انجام درست و به صرفه این فرایند در مخازن نفت سنگین منجر شود.

منبع: برگرفته از پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندس رحیم‌بخش

بارگذاری توسط pedram nouri
بارگذاری در مخازن هیدروکربوری

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *