اشاره:
آن‌چه كه در پي مي‌آيد، ويرايش نخست اولين بخش از مقاله‌ي « آشنايي با مخازن گاز- ميعاني و چالش هاي پيش رو» از مجموعه‌ي متون آموزشي مفاهيم مهندسي نفت، ويژه‌ي خبرنگاران سياستي و سياست‌پژوهان بخش بالادستي نفت و اقتصاد انرژي است كه در سرويس مسائل راهبردي دفتر مطالعات خبرگزاري دانشجويان ايران، تدوين شده است.
از آن جا كه يكي از بزرگترين مخازن گازي كشور كه در منطقه‌ي پارس جنوبي قرار دارد، عمدتا از نوع ميعاني است و با توجه به گرانبها بودن اين ميعانات، شناخت اين نوع مخازن و آشنايي با رفتارهاي آن از درجه‌ي اهميت بالايي برخوردار است و كمك زيادي در بررسي نحوه‌ي برخورد با اين مخازن و برداشت سيانتي از آن دارد.

در مخازن گازي گاه در شرايط فني خاصي كه در اين مقاله توضيح داده مي‌شود، با افت فشار، بر خلاف انتظار در درون چاه فاز گاز تبديل به مايع مي‌شود و در پي آن به ميزان قابل توجهي از ميزان و توانمندي توليد چاه كاسته مي‌شود
اين مقاله سعي مي‌كند ضمن آشنايي خوانندگان با مخازن گاز- ميعاني، به توضيح چگونگي رفتار اين نوع مخازن، پديده‌ي تجمع ميعانات گازي در اين مخازن و  تأثير منفي اين پديده در بهره‌وري چاه گاز بپردازد.در بخش نهايي اين مقاله راه‌هاي جلوگيري از تجميع ميعانات در مخزن و روش‌هاي بهبود بهره‌وري پس از تشكيل ميعانات توضيح داده خواهد شد.
توصيه مي‌شود خوانندگان گرامي قبل از مطالعه اين مقاله شماره‌هاي پيشين مجموعه مقالات آشنايي با مفاهيم مهندسي نفت را مطالعه كنند.

واژگان:

اثر پوسته‌اي (Skin Effect)
اين اثر باعث كاهش تماس سنگ مخزن با دهانه چاه مي‌شود و مانند يك لايه‌ي نازك سطح سنگ كه در تماس با چاه است را مي‌پوشاند.
تحريك چاه(Well Stimulation)
هر فرايندي كه طي آن بهره دهي چاه افزايش يابد و سيال با سرعت و انرژي بيشتري وارد چاه شود را تحريك چاه گويند مانند: اسيد كاري، تزريق مواد شيميايي و ...
شاخص توليد( Productivity index)
نسبت سيال توليد شده به سيال موجود در مخزن را گويند.
کشش سطحي(IFT)
نيرويي كه بين سطح دو سيال(مانند نفت و آب، نفت و گاز، يا گاز و آب) ايجاد مي‌شود.
نقطه شبنم(Dew point)
شرايط دما و فشاري كه در آن اولين قطره مايع ايجاد مي‌شود و تا قبل اين نقطه فقط  فاز گاز داريم.
Cricondenterm
حداكثر دمايي كه در آن سيال به صورت دو فازي(گاز و مايع) است.
Critical point
حداكثر فشاري كه در آن سيال به صورت دو فازي(گاز و مايع) است.
Black oil
نفت سنگين.
Volatile oil
نفت سبك.
Gas Condensate
گاز ميعاني.
Wet gas
گاز تر.
Dry gas
گاز خشك.
Isothermal
هم دما(دماي ثابت)
معمولاً در مخزن دما تقريباً ثابت است و فرآيند‌هاي داخل مخزن را به صورت هم دما فرض مي‌كنند.
اشباع بحراني ميعانات
با رسيدن اشباع ميعانات به اين سقف، فاز مايع در قالب لايه‌ي مايع چسبيده به ديواره‌ شروع به حركت مي‌كند.‌
CVD)Constant Volume Depletion)
تخليه با حجم ثابت
در اين آزمايش حجم ثابت گرفته مي‌شود و با تغيير پارامتر فشار رفتار سيال را بررسي مي‌كنند.
CCE)Constant Composition Expansion)
انبساط با تركيب ثابت
در اين آزمايش تركيب سيال حفظ مي‌شود، و هيچ تركيبي از سيال خارج نمي‌شود.
positive coupling effect
گاز در اثر حركت سريع خود ميعاناتي را كه در سر راه خود دارد به درون چاه مي‌آورد وباعث تخليه‌ي ميعانات مي‌شود.كه يك اثر مثبت ايجاد مي‌كند

مخازن گاز - ميعاني و چالش هاي پيش رو

مخازن گاز- ميعاني (Gas-Condensate Reservoir) عموماً در عمق بيشتر و در دما و فشاري بالاتر از مخازن نفتي يافت مي شوند. در سرتاسر جهان مخازن عظيمي از اين نوع در حال بهره برداري است. از آن جمله مي توان به ميدان پارس جنوبي در حاشيه ي جنوبي ايران و به صورت مشترک با کشور قطر اشاره كرد.
پارس جنوبي حدود نيمي از ذخيره ي گاز ايران را به عنوان دومين کشور دارنده ي گاز در جهان در خود جاي داده است. علاوه بر آن حجم انبوه ميعانات قابل استحصال از اين ميدان باعث شد تا رئيس جمهور وقت، به درستي کليد زدن اين پروژه ي عظيم ملي را بزرگترين افتخار دولت خود بداند، اما نتايج حاصل از بيش از سه دهه توليد جهاني از اين نوع مخازن، نشانگر پيچيدگي هاي خاصي در برداشت بهينه و مديريت اين مخازن مي باشد که در اين مقال مروري خلاصه بر آن ها خواهيم داشت.
مخازن گاز- ميعاني را عموما ً در قالب مخازن غير معمول(unconventional reservoir) دسته بندي مي کنند. دليل نام‌گذاري اين مخازن رفتار غيرمنتظر(Retrograde Behavior) سيالات هيدروکربوري موجود در آن‌هاست.
در ابتداي بازه ي زماني توليد، اين مخازن مانند مخازن گازي تک فاز رفتار مي کنند، اما با گذشت زمان و برداشت از مخزن، فشار کاهش يافته و اجزاي سنگين تر از فاز گازي جداشده و تجمعي از ميعانات گرانبهاي مياني (Intermediate Components) ( C2-C6 ) شامل مولكول‌هايي كه تعداد اتم كربن آن‌ها بين 2 تا 6 است، را شکل مي دهند.
در نمودار فشار- دماي رفتار سيالات هيدروکربوري، ناحيه ي مربوط به سيالات با رفتار غير منتظر، در حد فاصل دماهاي بحراني(critical point) و حداکثر دماي دو فازي(Cricondenterm) واقع شده است (شکل 1).

اگر چه انتظار اين است كه با كاهش فشار گاز، گاز حالت خود را حفظ كرده و منبسط شود، اما برخلاف انتظار در اين محدوده ( حد فاصل ميان دماي بحراني و حداكثردماي دوفازي) با کاهش ايزوترمال(هم دما) فشار بر درصد فاز مايع در مخلوط  دو فازي افزوده مي شود. اين روند، بسته به ميزان اشباع گاز از ترکيبات مياني، تا سقف انباشت حدود 20% مايع (نقطه N) ادامه يافته و سپس با کاهش بيشتر فشار معکوس شده و فاز مايع به تدريج ناپديد مي شود.

با رسيدن فشار مخزن به فشار نقطه شبنم (نقطه M)، سيال در درون مخزن شروع به ميعان کرده و هيدروکربور مايع  به صورت قطراتي در محيط متخلخل پديدار مي شوند و به مرور به شکل يک لايه ي مايع به ديواره ي منافذ سنگ مي چسبند. به دليل نرخ بالاتر افت فشار در نزديکي چاه، تجمع ميعانات در نزديکي چاه بيشتر است.
علاوه بر ناحيه ي مذکور(جداره‌ي ديوار چاه) که در آن اشباع ميعانات از ميزان اشباع بحراني فزون تر است و در عمل به مانند يک ناحيه ي دو فازي رفتار مي کند (Region1)، ناحيه ي مياني(Region2) با ميزان اشباع اندک و ناحيه ي دوردست (Region3) که سيال در آنجا به طور کامل در فاز گاز باقي مانده و اثر افت فشار را تجربه نکرده است قابل تشخيص اند (شکل 2).

تجمع ميعاني شکل گرفته در ناحيه اول، دو ضرر عمده را موجب مي گردد. اول آن‌که حجم نسبتاً زيادي از ميعانات بسيار ارزشمند در درون مخزن باقي مانده و امکان برداشت نمي يابد. علاوه بر اين، توده ي ميعاني با تنگ تر کردن مسير جريان گاز و بويژه گلوگاه هاي رابط ميان منافذ سنگ ( Pore Throats)، منجر به کاهش نفوذپذيري مؤثر گاز و نتيجتاً افت شديد قابليت توليد از چاه مي گردد.
به طور کلي، در فشارهاي بالاتر از فشار نقطه ي شبنم، عوامل مؤثر در توليد از يک مخزن به سه فاکتور ضخامت مخزن، نفوذ پذيري مخزن و گرانروي گاز محدود مي شوند. در زير فشار مذکور به دليل دو فازي شدن سيال مخزن، ميزان اشباع بحراني ميعانات(SCC) و نيز شکل منحني هاي نفوذپذيري نسبي گاز و ميعانات (Krg , Krc) در قابليت توليد از مخزن مؤثرند.
در خلال آزمايش هايي با عنوان تخليه با حجم ثابت (CVD)( Constant Volume Depletion) و انبساط با ترکيب ثابت (CCE)( Constant Composition Expansion) ، که در آزمايشگاه بر روي سيال مخزن انجام مي گيرد، درصد ميعانات حاصل از افت تدريجي فشار سيال تعيين مي گردد(شکل 3).

بيشينه‌ي اين درصد، ملاکيست براي تقسيم بندي مخازن گاز ميعاني به دو گروه فقير (Lean) و غني(Rich). تجارب عملي نشان‌گر آن است که پديده ي ميعان گاز حتي در مخازن بسيار فقير هم با گذشت زمان به افت شديد بهره وري چاه منجر مي شود.
با افزايش اهميت مخازن گاز- ميعاني، تحقيقات گسترده اي به ويژه پس از دهه ي 80 ميلادي جهت شناسايي عملکرد اين مخازن و مديريت بهينه ي آن‌ها آغار گرديد. اما به دليل ماهيت پيچيده ي رفتار سيالات در ناحيه ي نزديک به بحراني(Near Critical Condition) ، کمتر به نتايج معتبر و جامعي منتج گرديده است.
راهکارهاي پذيرفته شده جهت توليد صيانتي از مخازن گاز ميعاني را مي توان به دو دسته تقسيم کرد. دسته نخست ناظر به روش هايي جهت جلوگيري از ايجاد تجمع ميعانات در مخزن و دسته ي دوم معطوف به حذف پوسته ي(Skin Effect) ايجاد شده و تحريک چاه ( Well Stimulation) جهت افزايش بهره وري مي باشند.

 روش هاي جلوگيري از تجمع ميعانات در مخزن

در مورد مخازن با نفوذ پذيري بالا ( بيش از 10 تا 15 ميلي دارسي ) اصولاً به دليل نرخ پايين افت فشار در اثر توليد به ميزاني مشخص، نگراني عمده اي از بابت تشکيل تجمع ميعاني در نواحي اطراف چاه وجود ندارد، اما در مواردي که با مخازن فشرده (Tight Reservoir) با نفوذ پذيري کمتر از 10 ميلي دارسي مواجهيم، مي‌بايست تدابيري براي جلوگيري از تشکيل ميعانات انديشيد.
روش هاي اثبات شده جهت افزايش شاخص بهره وري(Productivity Index )(PI) در مخازن گازي (گاز خشک و گاز- ميعاني) و جلوگيري از آسيب‌هاي رايج در مخازن گازي-ميعاني شامل:

1- ايجاد شکاف هاي هيدروليکي (hydraulic fracturing) 
بر اساس نتايج تحقيقات، ايجاد شکاف هيدروليکي مي تواند تا سه برابر شاخص بهره دهي از چاه هاي مخازن گاز- ميعاني را در هر دو محدوده ي فشار بالا و پايين فشار نقطه ي شبنم افزايش دهد. شکاف هيدروليکي، متناسب با طول و شاخص بدون بعد رسانايي(Dimensionless Conductivity) خود، مي تواند عملکرد چاه را در بلند مدت بهبود بخشد. در حقيقت ايجاد شکاف در ديواره ي چاه (که در اعماق کم در راستاي عمودي و در اعماق بيش از 2000 فوت در جهت افقي گسترش مي يابند) باعث حذف اثر پوسته اي ناشي از تجمع ميعانات و نير افزايش قابليت هدايت جريان به سوي چاه مي گردد که اين خود عاملي جهت به حداقل رسيدن آشفتگي جريان ( Turbulency) بوده و مانع از افت بهره وري چاه مي شود.
2- حفر چاه هاي افقي
يکي ديگر از راهکارهاي ارائه شده براي جلوگيري از آسيب هاي رايج در مخازن گاز- ميعاني،حفر چاه‌هاي افقي است. از جمله فوايد حفر اين گونه چاه ها مي توان به نرخ بيشتر توليد گاز وميعانات با افت فشاري بسيار کمتر از چاه هاي عمودي و در نتيجه جلوگيري از ايجاد پوسته ي ميعاني اشاره کرد. يک چاه افقي به مانند يک شکاف با طول و گشودگي بسيار زياد عمل کرده و سطح تماس چاه با مخزن را افزايش داده و افت فشارناشي از توليد را کاهش مي دهد. مطالعات بسياري در اين زمينه در دست انجام است تا با مقايسه ي شرايط توليد از چاه هاي افقي در مقايسه با چاه هاي عمودي با شکاف هيدروليکي و بدون آن، ميزان کارآيي حفر اين گونه چاه ها در مخازن گاز- ميعاني را ارزيابي کنند.

 روش هاي بهبود بهره وري پس از تشکيل پوسته ي ميعاني

تاکنون دلايل بسياري براي توجيه افت بهره وري از چاه پس از شکل گيري تجمع ميعانات در اطراف آن ذکر شده است. به بيان علمي تر با جدا شدن فاز مايع و رسيدن به اشباع بحراني و متحرک شدن اين فاز، نفوذ پذيري نسبي فاز گاز کاهش چشم گيري مي يابد و اين خود عاملي براي کاهش بهره وري چاه مي باشد. دليل ديگر آن‌که با خارج شدن سيال از حالت نزديک به بحراني و ايجاد ترکيب دو فازي ، کشش سطحي (IFT) بين دو فاز افزايش يافته و نيروهايي موئينه قوت بيشتري مي گيرند و در مقابل جريان سيال مقاومت ايجاد مي کنند.

راه حل‌هايي كه براي غلبه بر پوسته ميعاني پيشنهاد شده است شامل:
1- بازگرداني گاز(Gas Recycling)
عمده ترين راه حلي که تا کنون براي فائق آمدن بر پوسته ي ميعاني انديشيده شده، باز گرداني گاز(Gas Recycling) به درون چاه است . بدين ترتيب که پس از مدتي توليد از چاه و افت فشار جريان ته چاه ، براي بازه اي مشخص گاز را بايد به درون چاه تزريق کنند. بهترين منبع براي گاز تزريقي ، گاز توليد شده از همان مخزن است که ميعانات آن گرفته شده باشد. در اين فرآيند در وهله ي اول فشار مخزن بازيابي مي شود و سيال به حالت near-critical (شبه بحراني) نزديک مي شود. در ضمن آن‌که ميعانات ايجاد شده دوباره در گاز تزريقي حل مي شوند و پوسته ي ايجاد شده تا حدود زيادي ناپديد مي گردد.
2-عمليات اسيد كاري
روش عمومي ديگري که براي تحريک چاه و حذف پوسته صورت مي گيرد عمليات اسيد کاري است که با شستشوي ديواره ي چاه و حذف پوسته باعث برقراري جريان سيال مي گردد.
3- تزريق حلال هاي شيميايي
اين روش را مي توان آخرين تکنولوژي ارائه شده براي بهبود عملکرد مخازن گاز ميعاني دانست. نتايج حاصل از يک بررسي موردي نشانگر دو برابر شدن شاخص توليد در 4 ماهه ي اول تزريق متانول به درون مخزن بوده که در دراز مدت اين تأثير به نرخ بهبود پنجاه درصدي کاهش يافته است.

4- افزايش سرعت برداشت 
در سال 1994، عده اي از محققان در دانشگاه Heriot-Watt اسکاتلند، که در ميان آن‌ها نام دکتر تهراني و پروفسور دانش، استاد فقيد دانشگاه تهران، نيز به چشم مي خورد، براي اولين بار به نقش مثبت افزايش سرعت برداشت پس از ايجاد تجمع ميعاني در ناحيه ي اطراف چاه، در افزايش نفوذ پذيري نسبي گاز و مايع و در نتيجه افزايش شاخص بهره وري اشاره نمودند. در حالت تک فازي، افزايش سرعت توليد موجب ايجاد جريان آشفته و افزايش نيروهاي لختي (Inertia) مي گردد که به نوبه ي خود مانعي در برابر جريان سيال ايجاد مي کنند، اما آزمايشات نشان داده است در صورت وجود درصد بالايي از ميعانات، اثر تزويج مثبت(Positive Coupling Effect) بر اثر نيروهاي لختي غلبه کرده و جريان سيال دوفازي را بهبود مي بخشند.

آن‌چه مسلم است، اهميت مخازن گاز ميعاني روز به روز در حال افزايش است و با توجه به ارزش اقتصادي توليدات اين مخازن، نياز به تحقيق و آزمايشات جامع تري جهت رسيدن به نتايجي جامع و كامل، که قابليت عملياتي شدن درمقياس صنعتي را نيز دارا باشند، به وضوح احساس مي شود.
در همين راستا همراه با تلاش هاي بين المللي، در مراکز تحقيقاتي دانشگاه هاي کشور از جمله دانشگاه صنعت نفت، دانشگاه صنعتي شريف، دانشگاه امير کبير و دانشگاه تهران پروژه هايي در مقاطع کارشناسي ارشد و دکترا تعريف و در حال پيگيري است که اميد مي رود نتايج حاصل از آن‌ها به پيشرفت دانش فني در زمينه ي توليد از مخازن گاز ميعاني بيا‌نجامد.

تدوين:
مهندس امين غلامي
دانشجوي کارشناسي ارشد مخازن نفت، دانشگاه صنعت نفت تهران و Calgary كانادا
خبرنگار  نفت سرويس مسايل راهبردي دفتر مطالعات خبرگزاري دانشجويان ايران(ISNA)

منابع:

1. Gholami, A., “The Effect of Interfacial Tension on Gas Relative Permeability and Deliverability of Gas-Condensate Reservoirs,” B.Sc Project, Ahwaz Petroleum Faculty, 2006.

2. Rajeev, R.L., “WELL TESTING IN GAS-CONDENSATE RESERVOIRS,” Department of Petroleum Engineering, Stanford University, 2003.

3. Adedeji, A.A., “GAS CONDENSATE DAMAGE IN HYDRAULICALLY FRACTURED WELLS,” M.Sc Thesis, Texas A&M University, 2003.

4. Henderson, G.D., Danesh, A., Tehrani, D.H. and Al-Kharusi. B., “The Relative Significance of Positive Coupling and Inertial Effects on Gas Condensate Relative Permeabilities at High Velocity,” SPE 62933, Dallas, Texas, October 2000.

5.Hashemi, A., Gringarten, A.C.: “Comparison of Well Productivity between Vertical, Horizontal and Hydraulically Fractured Wells in Gas Condensate Reservoirs,” SPE 94178, Spain, 13–16 June 2005.

6."چالش‌هاي توليد از مخازن گاز- ميعاني" مصاحبه برنامه پرتو با دکتر مظلوم، شبکه 4 سيماي جمهوري اسلامي ايران، بها