اشاره:
آنچه در پي مي‌آيد سومين و آخرين بخش از ششمين هم‌انديشي سياست‌هاي مديريت و بهره‌برداري از مخازن نفت و گاز است كه به موضوع " كاركرد فن‌آوري مخزن هوشمند در مديريت مخازن نفت و گاز" اختصاص داشت.
در اين نشست كه از سوي سرويس مسائل راهبردي دفتر مطالعات خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا) برگزار شد، مهندس سيد صالح هندي مسوول طرح پژوهشي پروژه مخزن هوشمند و مدير اجرايي مركز مطالعات اكتشاف و توليد پژوهشگاه صنعت نفت و مهندس بهروز به عنوان همكار پروژه حضور داشتند.
در اين نشست هم چنين جمعي از دانشجويان كارشناسي ارشد مهندسي نفت دانشگاه‌هاي تهران، صنعتي اميركبير، صنعتي شريف و صنعت نفت حضور داشتند.
در بخش‌هاي پيشين از گزارش اين كارگاه به معرفي فن‌آوري چاه و مخزن هوشمند و مراحل كسب اين فن‌آوري و نيز مزايا و چالش‌هاي آن براي بكارگيري در مخازن نفت ايران پرداخته ‌شد. محققان پژوهشگاه صنعت نفت در پاسخ به پرسش‌هاي دانشجويان به توضيح درباره‌ي نقش و حد تأثيرگذاري اين فناوري در بهينه سازي كلي توليد مخزن پرداختند. مهندس هندي، مدير اين پروژه، با اذعان به معضل ضعف اطلاعات فني مهندسي براي مطالعه‌ي مخازن، اين فناوري را به عنوان راه حلي راهبردي براي مديريت اين بحران معرفي كرد و يادآور شد حتي اگر نقش اين فناوري را در بهينه سازي كلي توليد مخزن ناديده بگيريم، علي رغم اين كه اجراي فناوري چاه‌هاي هوشمند هزينه‌هاي تكميل چاه را افزايش مي‌دهد، با توجه به نقش اين فناوري در كاهش مجموع هزينه‌هاي توسعه‌ي مخزن، باز هم مي‌توان به عنوان يك سرمايه‌گذاري اقتصادي بر ضرورت اجراي آن تأكيد كرد.  

در اين بخش كاربرد‌هاي و مزيت‌هاي استفاده از چاه‌هاي هوشمند در بهينه سازي توليد و چگونگي ايجاد ارزش افزوده در اين تكنولوژي مورد بحث قرار مي‌گيرد. در ادامه پروژه‌هاي انجام شده در دنيا و رويكرد آينده‌ي تكنولوژي با توجه به فعاليت‌هاي شركت‌ هاي نفتي توضيح داده مي‌شود و در نهايت ابزار‌هاي مورد استفاده در اين تكنولوژي به طور كلي معرفي مي‌شوند.

روش‌هاي مختلف بهره‌برداري توسط چاه هوشمند

در روش‌هاي بهره‌برداري از چاه ، مقايسه‌اي داريم بين فن‌آوري چاه هوشمند و روش‌هاي معمولي كه درعمليات‌ها استفاده مي‌شود. اگر ما دو بازه توليدي داشته باشيم، درچاه معمولي از يك بازه برداشت خواهيم داشت تا اين‌كه به مرحله‌اي مي‌رسد كه از نظر توليد اقتصادي مقرون به صرفه نيست، سپس آن را مي‌بنديم و از بازه‌ي ديگر برداشت مي‌كنيم. به اين ترتيب دقيقاً 2 زمان اوج (peak) داريم. بطوري‌كه از يك بخش چاه برداشت مي‌كنيم تا به افت برسد و در قسمت بعد آن ناحيه را مي‌بنديم و مجدداً اوج ديگري خواهيم داشت. بنابراين در چاه‌هاي معمولي بازگشت سرمايه دير اتفاق مي‌افتد ، اما در فن‌آوري چاه هوشمند به طور هم‌زمان از هر دو لايه‌ توليد مي شود و اين باعث مي شود بازگشت سرمايه زودتر اتفاق بيفتد.

دربحث توليد آميخته و همزمان مي‌توانيم ازلايه‌هاي متوالي به‌طورهمزمان برداشت كنيم. به اين صورت كه با كنترل دبي ، فشار بازه‌ها را كنترل كنيم. در اين روش توليد مرحله‌اي از چاه‌ها را از بين مي‌بريم و مي‌توانيم از دو لايه با فشاركم و فشاربالا به‌طورهمزمان برداشت داشته باشيم. بنابراين توليد نفت از دولايه با بازه و فشارهاي مختلف به‌طور هم‌زمان صورت مي‌گيرد. گاه از مخازن مستقل كوچكي كه به هم نزديك هستند با وجود متفاوت بودن فشار، مي‌توانيم با حفر يك چاه برداشت داشته باشيم . انجام چنين عملياتي در چاه‌هاي معمولي كار مشكلي است و قطعاً بايد تحت كنترل باشد. اما با اين فن‌آوري مي‌توانيم اين كار را انجام دهيم . نمونه اين كار در درياي شمال انجام شده است.

همان‌طور كه مي‌دانيد دربرخي چا‌ه‌ها به منظور حفظ فشار اوليه مخزن(pressure maintenance) ، سيال تزريق(inject) مي‌شود.
در اين فن‌آوري به وسيله يك چاه مي‌توانيم عمليات تزريق(injection) وتوليد (production) را باهم داشته باشيم . درحقيقت، به جاي دوچاه، يك چاه داريم كه عمليات تزريق و توليد را انجام خواهد داد. براي نمونه، در بخشي از درياي شمال، لايه‌هاي پرفشار آب وجود دارند كه به وسيله يك چاه همين اب را در مخزن در حالي‌كه چاه در حال توليد است، تزريق مي كنند؛ كه نتيجه آن صرفه‌جويي درهزينه‌هاي تجهيزات سرچاهي (surface facility) است.

مهندس اطمينان(دانشجو):
كنترل دبي‌ آبي كه تزريق مي‌شود، چگونه صورت مي‌گيرد؟

مهندس بهروز:
در هنگام تزريق به مخازن شكاف‌دار‌ (Fracture)، بخشي از مخزن را كه شکاف‌دار بود ، با بازه‌بندي‌هايي كه انجام دادند، به وسيله يك بازه كنترل كردند. زماني که در چاه توليدي، چاه به آب خورد (break through time) ، حدس اوليه آن‌ها اين بود كه توليد آب بايد از سمت شكاف‌ها باشد و آن بازه را بستند؛ در حالي‌كه ساير بازه‌ها در حال تزريق بود و توليدادامه پيدا كرد.

چاه‌هايي وجود دارند كه توليد از آن‌ها از لحاظ اقتصادي مقرون به‌صرفه نيست. در درياي شمال از اين چاه‌ها استفاده كرده‌اند. به اين ترتيب که حسگرهايي را در آن‌ها نصب كرده اند تا بتوانند پيوستگي(continuity) حوزه آب‌ده (aquifer) و نحوه حركت سطح تماس آب و نفت "WOC" و سطح تماس گاز و نفت "GOC " را رصد كنند. به‌طورمثال، در يكي از چاه‌ها، 132 حسگر نصب كردند که از آن استفاده‌هاي زيادي انجام دادند.

مخازن نفتي باريك (Oil reams)، مخازني هستند كه ضخامت و ارتفاع آن‌ها چيزي حدود 10 تا 20 متر است. اين مخازن ذخيره بسيار بالايي دارند. ويژگي اين مخازن اين است كه بسيار نفوذ‌پذير (Permeability High) هستند، به اين معنا که تراوايي بسيار بالايي دارند. اين چاه ها به دليل باريك بودن به آب و گاز بسيار نزديك هستند، در نتيجه براي ورود مخروطي آب (Water Coning) و گاز به مخزن (Gas Coning) بسيار مستعد هستند. دراين فن‌آوري مي‌توانيم به‌صورت كنترل شده ازاين چاه‌ها برداشت داشته باشيم. به اينصورت که به جاي حفر چند چاه، چاه‌هاي بسيارعميق حفر كنيم و با بازه‌بندي چاه، توليد از آن ها را كنترل كنيم .

مهندس خزعلي(دانشجو):
با توجه به اينکه بستن پكر در چاه‌هاي ما به دليل وجود شكاف و ورود آب از شكاف‌ها، كنترل را مشكل مي‌كند؛ طرح اين مسئله در مخازن ايران ضعيف نمي‌شود؟

مهندس بهروز:
واقعيت اين است كه درعمليات بايد هر نمونه را به طور جداگانه بررسي و مطالعه كرد.
ضمن‌اين‌كه ما مي‌توانيم از مراحل پايين، كار را آغاز كنيم، چراكه اكثر تصميم‌گيري‌هايي كه هم‌اكنون صورت مي‌گيرد روي همان منحني فشار استاتيك است.
همانطور كه پيش از اين توضيح داده شد، مراحل عملياتي اين فن‌آوري شامل رصد كردن ( monitoring) ، پردازش(processing) و نظارت (controlling) است. درواقع ابتدا رصد (monitor) مي‌كنيد، آنگاه پس از پردازش (Process) داده‌هاي خام و تبديل آن‌ها به اطلاعات، به‌طور كامل روي مخزن پياده‌سازي مي‌شود. حال ما مي‌خواهيم رصد كردن (monitoring) را داشته باشيم و پردازش (Processing) را به نيروي انساني واگذار کنيم.

در بخش ابتدايي چاه‌هاي افقي بيشترين اختلاف فشار (دلتا پي) را داريم، دليل آن نيز افت فشاري (pressure drop) است كه در طول چاه ايجاد مي‌شود. زماني‌كه اختلاف فشار زياد مي‌شود، قطعاً بيشتر توليد به اين سمت منتهي خواهد شد و ممكن است ساير نقاط را از دست بدهيم. پيش از حفر چاه هوشمند به ما پيشنهاد دادند كه با نصب يك لوله آستري "stringer" منحني را جلوتر ببريم ، چراكه هرچه طول چاه را كمتر كنيم، اختلاف فشار اصطكاك كمتر مي‌شود و مي‌توانيم از چاه برداشت بيشتري داشته باشيم. اما در فن‌آوري چاه هوشمند با قراردادن حسگر به صورت كنترل شده قادر خواهيم بود در زمان كاهش فشار، دبي را كم كنيم تا نحوه توليد در چاه افقي متعادل شود. اين در حقيقت، به نوعي بهينه‌سازي چاه افقي است.

اين فن‌آوري در كشورهاي همسايه مانند عمان اجرا شده است. به‌طورمثال ، چاهي كه حدود 10 هزار بشكه در روز توليد داشت، به آب رسيد. زماني كه چندگانه هوشمند را وارد چاه كردند متوجه شدند كه اگر لايه1 و 4 را مي‌بستند، مي‌توانستند از 2 لايه هايديگر همان توليد را داشته باشند . اين نمونه شاهدي بر قابل استفاده بودن اين فن‌آوري است.

در اين روش، بين تزريق آب به روش هوشمند و روش معمولي مقايسه‌اي انجام مي‌دهيم. زماني كه چاه‌هاي تزريقي (injection) و توليدي (production) ،عمودي (vertical) است، نسبت به زماني‌كه يكي را افقي ( Horizontal ) حفر مي‌كنيم، ميزان نفت جاروب شده كمتر است. حال، اگر چاه افقي توليدي را به‌صورت هوشمند پياده‌سازي كنند، تقريبا تمام نفت موجود در مخزن بازيابي مي‌ شود. اين عمليات توسط شركت "shell " پياده‌سازي شده است. در مخازن شكاف‌دار، در يك مطالعه موردي (Case Study) يك بازه را بستند و توليد از سمت شكاف‌ها و سنگ مخزن ادامه پيدا كرد.

مشكلي كه در برخي مناطق وجود دارد، بالا كشيدن نفت در بدنه چاه است. به اين معني كه نفت تا بخشي بالا مي‌آيد و از آن پس توانايي بالا آمدن ندارد و بايد نفت را سبك‌تر كنيم تا بالا بيايد. در درياي شمال، گاز را به‌صورت اتوماتيك ، در چاه تزريق (inject) و ازهمان چاه برداشت مي‌كنند؛ که اين يك استفاده ساده و عملي براي اين فن‌آوري است.

چگونگي ايجاد ارزش افزوده در اين فن‌آوري

اگر در يك ميدان سه بازه داشته باشيم، به ترتيب بازه‌هاي A,B,C و بتوانيم به‌طور هم‌زمان از هر سه بازه‌ برداشت کنيم، نهايتاً منحني برداشت (Plateau) بسيار بالاتر خواهد بود، همچنين مخزن ، زودتر خالي(Deplete) مي‌شود. در حقيقت، بازگشت سرمايه زودتر اتفاق مي‌افتد.

)chain value زنجيره ارزش (

سخت‌افزار، داده، مدل ، طرح و تصميم‌گيري از قبل وجود دارد، كاري كه اين فن‌آوري انجام مي‌دهد اين است كه از اندازه‌گيري داده تا تصميم‌گيري و اعمال فرمان يك زنجيره ارزش ايجاد مي‌كند. به‌طورمثال درجنوب زمين‌شناس يك سري فعاليت‌ها از جمله اداره‌ي بخشي از عمليات حفاري و پايان حفر چاه را انجام مي‌دهد. سيستم كاملاً خطي است، اما در اين سيستم عمليات به‌صورت حلقه‌اي انجام مي‌شود و با نقطه نظرات مختلف به يك تصميم نهايي مي‌رسند.

رويكرد‌ آينده‌ي تكنولوژي با توجه به فعاليت شركت‌هاي نفتي

شركت "Shell" ، فن‌آوري چاه هوشمند را از سال 1990 تا 2000 ميلادي، در برنامه‌هاي راهبردي خود آورد. در سال 2000 ميلادي، بحث ميدان هوشمند (Smart fields) را مطرح و اعلام كرد كه در فن‌آوري چاه هوشمند ، متخصص شده و به بلوغ رسيده است. شركت "StatOil" نيز مشابه اين كار را انجام داد وميدان هوشمند (Smart fields) را مطرح كرد. اين آمار مربوط به رشد چاه‌ها تا سال 2007 ميلادي است. بنابراين ارزش اين فن‌آوري در دنيا ثابت شده‌ است وديگر نيازي نيست كه براي اثبات لزوم آن مطالعه كنيم.

شركت‌هاي Weatherford و Welldynamics

پروژه‌هاي انجام شده و در حال اجرا

• Shell Brunei 
- ميلادي 1999 - 2006 
- Iran Dake – Champion West
- يك سكو و 20 حلقه چاه
- جمع‌آوري داده به‌صورت به‌هنگام
- نتايج

• PDO
- آغاز سال 2000 ميلادي 
- نصب 2001 ميلادي
- تا قبل از 2003 ميلادي 20 چاه هوشمند
- برنامه تكميل 10 چاه ديگر تا پايان سال 2003 ميلادي.

• Saudi Arabia
- Shay bah
- Abquiq
- Gnawer

• Gulf of Mexico
- NaKika

• Oseberg درياي شمال
• Snore درياي شمال
• مخزن Aquila
• مخزن Witch farm
• برزيل
• مالزي  

سخت‌افزارهاي مورد نياز

ابزارهاي كنترل شامل تعدادي ICV، ON/OFF براي چاه‌هايي كه نياز زيادي به كنترل ندارند، بازه‌اي كه به ‌طورمثال بين 0 و 1، 6 تا 7 باتوجه به تركيبي (Composition) كه براي آن تعريف مي‌كنيم، باز و بسته مي‌شوند كه به‌صورت كاملاً بي‌نهايت قابل انجام است.
باتوجه به نياز تعدادي حسگر در انتهاي چاه قرار خواهيم داد. معمولاً حسگر فشار و دما درهمه چاه‌ها وجود دارد. درچاه‌هايي كه بحث دوفازي مطرح مي‌شود، حسگرهاي تركيب (Composition) را نيز قرار مي‌دهند.
همچنين تعدادي پكر براي جداسازي بازه‌هاي مختلف براي فعاليت بين مهندسين زمين‌شناس و نفت براي انتهاي چاه و تعدادي شير كنترل مورد نياز است.

- ابزارهاي كنترل جريان: 
• شيركنترل‌هاي كاملاً متغير IV-HCV
• شيركنترل‌هاي سري HV :
- HVO-ICV
- HVC-ICV
- HVI-ICV
• شيركنترل HC
• شيركنترل MC
• شيركنترل CC
• شيركنترل روان‌كننده

- ابزارهاي جداكننده:
• پكر سري MC
• پكر سري HC
• Seal Stack Packer 

- Hydraulic Orientating Disconnect Head 

- حسگرهاي درون چاهي دائمي

انتهاي پيام