نتايج و بحث
بهينه سازي سيستم فرازآوری طبيعي از طريق الگوريتم تكامل ديفرانسيلي براي مدل طرح شده با ميزان گازهاي در دسترس متفاوت براي يك دوره ۱۰۰ روزه انجام شده است. هدف از بهينه سازي بيشينه كردن ميزان توليد نفت از سيستم مورد مطالعه است. در تمامي موارد حالت پايه، حالتي در نظر گرفته شده است كه هيچ يك از چاهها از سيستم فرازآوری طبيعي استفاده نميكنند.
در اين قسمت نتايج بهينه سازي را براي حالت ميزان گاز در دسترس نامحدود، ارائه ميكنيم. منظور از گاز نامحدود اين است كه افت فشار ناحيه گازي در كل زمان برداشت تغيير چنداني نميكند. براي دست يابي به اين منظور تخلخل ناحيه گازي را در شبيه ساز به اندازه كافي زياد ميكنيم تا ميزان گاز در دسترس نامحدود شود. شكل ۳ ميزان كسر گاز و وضعيت بهينه شير كنترلي را كه از طريق برنامه نوشته شده در محيط MATLAB بدست آمده است، نشان ميدهد. شكل ۴ نيز متناظر اين شكل را كه از شبيه ساز حاصل شده است، نشان ميدهد. شكل ۵، نرخ توليد نفت را در حالت پايه و بهينه شده نشان ميدهد. شكلها نشان ميدهند با افزايش زمان توليد و كاهش قابليت توليد مخزن نفتي سبت گاز به نفت مورد نياز براي بهينهكردن ميزان نفت افزايش مي‌يابد. در هر بازة كنترلي الگوريتم سعي دارد با پيدا كردن نسبت گاز به نفت بهينه، بيشترين نفت را در آن بازه توليد نمايد. اين هدف با استفاده از كنترل كننده و تغيير وضعيت شير كنترلي (براي ثابت نگه داشتن كسر گاز) ميسر شده است. در مطالعه‌ي ديگر، نتايج بهينه سازي براي مدل مزبور ميزان گاز محدود ارائه شده است. منظور از ميزان محدود گاز اين است، كه در طول مدت توليد نفت، فشار ناحيه گازي افت محسوسي خواهد داشت و حتي فشار ممكن است تا حدي پايين بيايد كه ورود گاز از ناحيه گازي به داخل چاه ديگر امكانپذير نباشد. براي رسيدن به اين هدف در شبيه‌ساز، تخلخل ناحيه گازي را به طور قابل ملاحظه‌اي كاهش داده‌ايم. نتايج در شكل هاي ۶ و۷ و جدول ۱ ارائه شده‌اند.
نتيجه گيری نهایی
نتايج نشان ميدهد در حالت گاز محدود اولا بهينه سازي هر بازه به صورت مستقل، به نتايج غير بهينه منجر ميشود و ثانياً نسبت گاز به نفت و سياست تغيير وضعيت شير كنترلي، هر دو، نسبت به حالت گاز نامحدود تفاوت اساسي دارند.
البته طبيعي است كه برداشت نهايي در مقايسه با برداشت نهايي با گاز نامحدود مقدار كمتري ميباشد ولي سياست بهينه تغيير وضعيت شيرها منجر به بهبود قابل ملاحظه‌اي در توليد ميشود. نكته قابل تامل ديگر اين است كه الگوريتم به دليل محدوديت در ميزان گاز (و يا به صورت معادل محدوديت در ميزان افت فشار در ناحيه گازي) ترجيح داده است در بعضي از بازه‌هاي كنترلي ميزان نسبت گاز به نفت را كمتر از حالت گاز نامحدود، قرار دهد. به نظر ميرسد اين كاهش به صورت هوشمند صورت گرفته است. چرا كه در مواردي ديده ميشود نسبت گاز به نفت در يك بازه كنترلي به گونهاي انتخاب شده است كه ميزان نفت توليدي در آن بازه در يك مقدار بيشينه محلي (ونه كلي) قرار گيرد. البته اين مورد در تمام بازه‌هايي كه نسبت گاز به نفت كاهش يافته‌اند صادق نيست ولي به صورت كلي ميتوان گفت الگوريتم در اين جهت عمل كرده است.
اگر سيستم فرازآوری مصنوعي باشد و يا در سيستم فرازآوری طبيعي گاز موجود نامحدود باشد، تزريق يا ورود گاز در يك زمان خاص، مستقل از زمانهاي قبل و بعد است. بنابراين مسئله يك مسئله نسبتاً ساده‌اي خواهد بود. ولي در حالتي كه در سيستم فراز آوري طبيعي ميزان گاز محدود است، مصرف گاز موجود ميبايست هوشمندانه صورت پذيرد.
سيستم فرازآوري طبيعي يك مزيت ذاتي نسبت به سيستم مصنوعي دارد و آن اين است كه هزينه‌هاي نصب، نگهداري، تعمير و ارتقاي تجهيزات سر چاهي فراز آوري مصنوعي با گاز را تقريباً حذف ميكند.
نكته قابل ذكر ديگر اين است كه فراز آوري طبيعي (در صورتي كه شرايط مناسب مهيا باشد) براي توليد از مخازن با نفت نسبتاً سنگين، نتايج خوبي را نشان ميدهد. دليل اين هم اين است كه هزينه‌هاي مربوط به نصب يا ارتفاع كمپرسورهاي تزريق گاز براي تزريق حجم زياد گاز در مخازن با نفت سنگين معمولاً آن قدر زياد است كه شركتهاي نفتي عمدتاً ترجيح ميدهند از روشهاي ديگري بر روي بهبود توليد استفاده كنند، ولي سيستم فرازآوري طبيعي در صورتي كه مخزن گازي فشار و گاز مطلوب و كافي داشته باشد، در زمانهايي كه مخزن رو به بالغشدن است هم ميتواند موثر واقع شود.
در اين بررسي ديده شد كه الگوريتم به طور كلي ترجيح ميدهد گاز را از زمانها يا محلهايي كه قابليت توليد كمتري دارند به زمانها يا مكانهايي كه قابليت توليد بيشتري وجود دارد، منتقل كند.
نویسندگان:
امير فروغ نيا، سيد محمودرضا پيشوايي، بابك امين شهيدي
دانشكده مهندسي شيمي و نفت، دانشگاه صنعتي شريف
