معرفی دروس تخصصی مخازن هیدروکربوری

1- خواص سنگ و سیال:
خواص سنگ مخزن و سیال خواص سنگ های طبیعی تا سیالاتی را که در مهندسی نفت و گاز طبیعی دارای اهمیت میباشند، مورد مطالعه و بررسی قرار میدهد.
در این واحد درس تاکید اصلی بر روی ذخیره سازی سیالات در سنگ مخزن و و جریان سیالات از طریق منافذ سنگ ها میباشد. کنترل این پدیده نیازمند تسلط بر محاسباتی است که در زمینه های مهندسی مخزن و تولید، معمول هستند. این درس برای حرفه ای ها و مشارکت کنندگان در این زمینه، اصول فنی و جنبه های پیشرفته مهندسی مخزن را تشریح مینماید. مفاهیم نظری همراه با سوابق متعدد عملی برای کمک به مهندسین مخزن و استخراج، در این واحد فراهم آمده اند. علاوه براین تکنیک های پویا بهمنظور ارزیابی عملکرد مخزن نیز پوشش داده شده اند. لذا این دروس از اهمیت قابل ملاحظه ای در بین مهندسین نفت برخوردار اند.

2- مهندسی مخازن:

پس از کشف مخازن هیدروکربن که می‌تواند نفت، گاز و غیره توسط تیم اکتشاف نوبت به فاز مهندسی مخزن می‌رسد که نقش مهمی در چرخه برداشت از مخازن را عهده دار است .پاره‌ای از این وظایف بصورت خلاصه در زیر آورده شده است:
شناخت مخزن (Reservoir Characterization) که شامل تکمیل مطالعات زمین‌شناسی و پتروفیزیک مخزن و همینطور بررسی جریان سیال در محیط متخلخل می‌شود.
مدلسازی واقعگرایانه با جزییات زمین‌شناسی از مخزن هیدروکربنی ایجاد جدول زمانی تولید برگزیدن مناسب‌ترین شیوه و نرخ تولید به جهت رسیدن به حداکثر برداشت سیالات نفتی انتخاب مناسب‌ترین شیوه ازدیاد برداشت با توجه به شبیه سازی‌های رایانه‌ای و شرایط و خصوصیات مخزن.

لذا این درس از اهمیت قابل ملاحظه ای در بین مهندسین نفت برخوردار است.

3- چاه آزمایی: 

به محض حفر یک چاه در درون مخزن و آغاز استخراج سیال درون آن، تغییراتی در پارامتر‌های مخزنی مانند فشار، حجم سیال درون مخزن، گرانروی سیال و... ایجاد می‌شود. تغییر پارامتر‌های مخزن باعث تغییر رفتار مخزن مانند چگونگی فاز‌های سیال(مایع و گاز) درون مخزن، در نتیجه چگونگی فازهای سیال استخراج شده، میزان دبی و... می‌شود.

بنابراین با گذشت زمان و ادامه‌ی برداشت از مخزن، رفتار مخزن تغییر می‌کند. در واقع پارامترهای مخزن به نوعی تابع زمان هستند. عملیات چاه آزمایی (Well Testing) تجزیه و تحلیل رفتار مخزن و چاه بر اساس زمان است؛ نتایج حاصل از آن می‌تواند تأثیر زیادی در تشخیص مقادیر واقعی پارامترهای مخزنی داشته باشد، از این رو چاه آزمایی یکی از مهم‌ترین ابزار‌های مهندسان برای شناخت مخزن نفت محسوب می‌شود. به دست آوردن مقدار واقعی این تغییرات نقش عمده‌ای در ایجاد یک مدل دقیق و به روز از مخزن دارد.

4- شبیه سازی مخازن :​​​​​​​

شبیه سازی ایجاد مدل ریاضی است که تا حد زیادی با مدل واقعی شباهت دارد و از این ریاضی می توان برای پیش بینی رفتار آینده مدل واقعی استفاده کرد. شاید بپرسید شبیه سازی مخازن را چرا انجام می دهیم؟
​​​​​​​

شبیه سازی مخازن را برای پیش بینی رفتار آینده مخزن در مورد اجرای سناریوهای مختلف تولید بصورت سریع و ارزان ،به منظور اجرای تکنیکهای مختلف ازدیاد برداشت انجام می دهیم. یعنی می توان براحتی سناریوهای مختلف را برای مخزن ایجاد کرد وبا توجه به نتایج حاصل ، مشخصات مخزن را به دست اورد. بنابراین می توان از بین نتایج مختلف حالت بهینه را پیدا کرد . در حالیکه اجرای یک سناریو بصورت واقعی زمان و هزینه زیادی را به همراه دارد ممکن است، سناریوی مطلوبی نباشد. در شبیه سازی مخازن، مخازن (هیدروکربوری) مدل واقعی است و برای آنکه بتوانیم از رفتار آینده مخزن شناخت پیدا کنیم باید مدلی از روی آن ایجاد کنیم که این مدل با توجه به اطلاعات مخزن واقعی شناخته شده باشد و رفتار گذشته مخزن را بتواند نشان دهد. با توجه به اطلاعات بدست آمده از بخشهای مختلف زمین شناسی، ژئو فیزیک، حفاری، آزمایش های چاه، آزمایش های مغزه، آزمایش های سیالات مخزن و تاریخچه تولید مخزن و … می توان مدلی از مخزن ایجاد کرد.
 
بطور کلی می توان گفت شبیه سازی عبارتست از :
یک مدل ریاضی حالت تقریبی یک پدیده فیزیکی است که باید آن را تا حد ممکن ساده نمائیم. بطور کلی دلایل استفاده از شبیه سازی عبارتند از:
 
دستیابی به دید سه بعدی
 
پیش بینی عملکرد مخزن در سناریوهای مختلف
 
آگاهی از رفتار فازی سیالات مخزن
 
مواجه بودن با فاکتورهای زیاد در محاسبات
 
ارزان بودن روش
 
بررسی روشهای مختلف تولید وانتخاب بهترین روش EOR
 
بهینه سازی محل حفر چاهها، تکمیل چاهها و حفر چاههای میانی
 
امکان بررسی تاثیر پارامترهای مختلف
 
برای رسیدن به این اهداف باید اطلاعات کاملی را از وضعیت مخزن در دست داشت که از مهمترین این داده ها به موارد زیر اشاره می شود :
شکل و ابعاد مخزن، خواص سنگ مخزن و نحوه توزیع آنها در مخزن، شرایط اولیه مخزن از نظر فشار، سطوح تماس سیالات در مخزن، وضعیت سفره آبی، وجود و یا عدم وجود کلاهک گازی، تعداد و محل چاهها نام که این داده ها برای ساختن یک مدل بکار می آیند.
 
 ​​​​​​​
5- ازدیاد برداشت :
​​​​​​​استفاده صحیح از منابع نفتی کشور، به منظور افزایش طول عمر آنها و برخورداری نسل­های آینده از این ذخایر خدادادی، ایجاب می‌کند تا با مدیریت صحیح این منابع آشنا شویم. از نکات قابل توجه در مدیریت مخازن، اتخاذ روش­هایی برای حفظ و صیانت مخزن، بالابردن راندمان تولید و سعی بر نگه ‌داشتن آن در حد مطلوب در طول زمان می­باشد. بدین منظور، آشنایی با روش­های ازدیاد برداشت از مخازن نفتی، بستری برای انعکاس نظرات کارشناسان کشور به منظور ارائه راه حل­های مناسب در بهبود عملکرد مخازن نفتی ایجاد شود
مهمترین نیروهای موجود در مخازن که نفت به کمک آن به‌طور طبیعی جریان می­یابد، عبارتند از: 

1- نیروی حاصل از فشار گاز حل شده در نفت 

2- نیروی حاصل از فشار گاز جمع‌شده در قسمت بالای کلاهک 

3- فشار هیدرواستاتیک سفرة آب مخزن که در زیر ستون نفت قرار گرفته است 

4- نیروی دیگری که برخی مخازن دارای ستون نفت بسیار مرتفع برای تولید طبیعی از آن بهره می­برند، نیروی ریزش ثقلی است.


سهم مشارکت هر یک از این نیروها در رانش نفت متفاوت است و به وضعیت ساختمانی و زمین‌شناسی سنگ مخزن و خواص فیزیکی و ترمو­دینامیکی سیال­های موجود در مخزن بستگی دارد. در مقابل این نیروها، نیروهای مخالفی سبب محبوس نگه ‌داشتن یا ایجاد تنگنا در بازیابی نفت می­شوند که مهمترین این نیروها، نیروی فشار موئینگی سنگ مخزن و نیروی اصطکاک حاصل از حرکت سیال در درون خلل و فرج سنگ مخزن تا ته چاه است. برای استحصال و بازیافت کامل نفت، باید چنان نیرویی در اعماق مخزن وجود داشته باشد که بتواند علاوه بر غلبه بر نیرو­های مخالف، موجب رانش نفت به سمت بالا گردد.​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​

6-  جریان سیالات در محیط متخلخل :
جريان سيال در محيط متخلخل بسيار پيچيده تر از جريان سيال در لوله ها و كانال ها مي باشد. درون محيط متخلخل بدليل مشخص نبودن مسير جريان و طول جريان نمي توان آن را به سادگي و به صورت تابعي از فشار بيان نمود پس شناخت سيالات درون مخزن و نوع حركت آنها امري لازم و طبيعي است.    
نحوه جریان سیال درون محیط متخلخل یکی از مسائل مهم در مهندسی مخزن محسوب می شود که توسط عواملی همچون ترشوندگی، اشباع سیالات مخزن، ساختار حفره ها و عوامل بسیار دیگری کنترل می شود. ترشوندگی با تاثیر بر نمودارهای نفوذپذیری نسبی و در نتیجه تاثیر آن در نفوذپذیری هر فاز بر نحوه جریان سیال در محیط متخلخل تاثیر گذار است که وجود نفوذپذیری درون معادله دارسی این تاثیر را نشان می دهد.​​​​​​​
برای تجمع و ذخیره شدن نفت ، فقط وجود تخلخل و تراوایی در سنگ کافی نیست ، برای این منظور لازم است شرایط و وضعیتی از سنگ وجود داشته باشد که نفت وارد شده به آن نتواند خارج گردد و به این ترتیب موجبات به تله افتادن نفت فراهم شود که در نتیجه مخزن نفت تشکیل می شود .
در مخازن نفتی علاوه بر نفت ، مایعات دیگری هم وجود دارد و در آن آب و گاز نیز وجود دارد و در مخازن گازی، گاز و آب موجود می باشد.میزان اشباع شدگی هر یک از مایعات بالا در مخازن مختلف دنیا متفاوت است . شرایط فیزیکی از قبیل فشار و حرارت موجود در مخازن و مشخصات شیمیایی مایعات درون مخزن موجب تفکیک مخزنی از مخزن دیگر می شود.
 هر کدام از سیالات بالا خصوصیات متفاوتی دارند و نحوه حرکت آنها درون محیط متخلخل متفاوت می باشد و نیرو های درون مخزن بر حرکت سیالات مخزن موثر می باشد پس شناخت چگونگی حرکت سیال درون محیط متخلخل امری ضروری می باشد و از اهداف این واحد درسی شناخت نحوه جریان سیال در محیط متخلخل و معادلات حاکم بر آن می باشد.

7- مخازن شکافدار :
با توجه به اينكه اكثر مخازن نفتي ايران از نوع تركدار مي باشد اطلاعات كافي در اين زمينه از اهميت ويژه‌اي برخوردار است و بايستي سعي شود تمامي مكانيزمهاي جابجايي نفت در بازيافت اوليه و مخصوصاً بازيافت ثانويه و نيز تخمين اندازه بلوك سنگ مخزن براي تعيين پارامترهاي لازم به منظور استفاده در شبيه سازيهاي مهندسي مخازن (Reservoir Simulator) و نيز بررسي بلوكهاي سنگ مخزن از نظر شكل هندسي و بررسي جريان سيال از سنگ مخزن به درون تركها (Fractured) مورد توجه خاص قرار گيرد.

بطور كلي تركها در اين سيستم ها قابليت هدايت و ذخيره سازي پاييني دارند ، يا به عبارتي ماتريكس داراي نفوذ پذيري پايين و ظرفيت ذخيره سازي بالايي مي باشد . جريان واقع در اين چاهها كه تنها از طريق شكافها مي باشد توسط بلوكهاي ماتريكس تغذيه مي شود . مخازن سنگ آهكي ايران عمدتاً تركدار است و در ابتدا بهره برداري از فشار مخزن كاسته شده و توليد نفت كاهش مي يابد به اين دليل لزوم ثابت نگه داشتن و يا كاهش سرعت افت فشار مخزن امري ضروري مي‌باشد .

8- لایه آزمایی :
با استفاده از ابزار لایه‌آزمایی (D.S.T )  می‌توان مخازن را ارزیابی کرد و کاربرد دیگر آن‌ها برای نمونه‌گیری از مایعات و اندازه‌گیری فشار و دمای مخزن است. همچنین با کاربرد این ابزار به طور همزمان می‌توان پارامترهای بسیاری از قبیل مشخصات زمین‌شناسی و فیزیکی مایعات درون چاهی را به دست آورد. این تست برای گردآوری و تکمیل اطلاعات مخزن انجام می­گردد. گرفتن نمونه سیال مخزن، اندازه­گیری فشار مخزن و تراوایی سازند، میزان آسیب وارده به سازند در حین حفاری، شعاع بررسی، دانسیته و گرانروی نفت نیز از جمله اطلاعاتی است که می­توان از طریق تست ساق حفاری بدست آورد. این تست در واقع ترکیب دو تست Build Up و دو تست Draw Down می­باشد که توسط اجزا مشتمل در ساق DST یا تا حدودی همان Dry Test صورت می­گیرد برخی از این ابزارها برای استفاده در عملیات آزمایش خشک برای بررسی نشتی لبه آستری و پلاک‌های سیمانی و تعدادی در موارد آزمایش مشبک‌کاری نیز به کار گرفته می‌شوند. توپک RTTS و  DRY TEST (hock wall  packer)از جمله ابزار لايه‌آزمايی و آزمايش چاه می‌باشند. مسدود كردن و قطع ارتباط چاه با سطح از درون چاه به منظور انجام هر گونه تعميرات بر روی شيرهای فوران‌گير و يا موارد مشابه كه برای ايمن سازی چاه به كار می‌رود از مأموريت‌های سرويس توپک  RTTS به شمار می‌آيد. تزريق تحت فشار سيال همانند گل حفاری و يا سيمان به درون شكستگی‌های ديواره چاه برای اطمينان از وجود سيمان كافی در نقاط لازم چون لبه آستری و اطراف كفشک جداری از ديگر مأموريت‌های اين توپک به شمار می‌رود. توپک آزمايش خشک لبه آستری  (DRY TEST) حدودمعمولا 70 متر بالاتر از لبه آستری نصب می‌شود تا طي يک فرايند عملياتی ميزان، نشتی و نفوذ سيال درون سازند را به کمک انواع فشارسج ها و دماسنج های (گیج های دما و فشار)درون چاه اندازه‌گيری كند.