یکی از مسائلی که با توجه به کاهش فشار و نوع نادر مخازن نفت کشور (کربناته شکافدار و ساختارهای نفت سنگین) باید مورد توجه قرار گیرد، انتخاب روش صحیح ازدیاد برداشت است. یکی از این روشها، روش حرارتی است. در این تحلیل برخی از ابعاد این روش را بررسی خواهیم کرد:

از مهمترین راه های ازدیاد برداشت از مخازن نفت، استفاده از روش های حرارتی است. در این روش ها با استفاده از انرژی حرارتی، برخی از خصوصیات سنگ و سیال را تغییر می دهند و خروج نفت از مخزن را تسهیل می کنند.

انواع روش های حرارتی ازدیاد برداشت

به طور کلی، روش های حرارتی ازدیاد برداشت را می توان به دو دسته تقسیم کرد.

۱) ایجاد حرارت در مخزن با سوزاندن بخشی از نفت: این عمل با تزریق گاز دارای اکسیژن، حفر چاه های تزریقی معین و ایجاد یک جبهه آتش پیش رونده صورت می گیرد. البته برای ایجاد این حرارت روش های متفاوتی پیشنهاد شده است؛ ولی تنها در روش هایی که از گاز اکسیژن دار استفاده می شود، جبهة آتش در یک جهت حرکت می کند و می توان به نتیجة مطلوب رسید.

۲) تولید حرارت در خارج مخزن و تزریق سیال گرم به عنوان عامل جابه جا کننده: این روش شامل تزریق بخار و آب به صورت مرحله ای و متناوب (تزریق چرخشی یا متناوب) و یا تزریق بخار به طور ممتد می باشد.

مکانیزم های تولید نفت در بازیافت حرارتی از مخزن

افزایش درجه حرارت، بر روی خواص فیزیکی سیالات و همچنین تاثیرات متقابل سنگ و سیال، اثرمی گذارد. مکانیز م های اصلی ناشی از این تأثیرات که به تولید نفت منجر می شوند، عبارتند از:

۱) کاهش ویسکوزیته خصوصاً در مورد نفت های سنگین

۲) میزان ترشوندگی سنگ تغییر پیدا می کند؛ تمایل به ترشوندگی توسط آب در درجه حرارت بالا افزایش می یابد.

۳) کشش سطحی بین نفت و آب با افزایش درجه حرارت کاهش پیدا می کند.

۴) انبساط حرارتی باعث می شود که سیال موجود در خلل و فرج سنگ به بیرون تراوش پیدا کند؛ در این حالت، چون انبساط حرارتی نفت خصوصاً نفت های سبک کمتر از آب است، در ابتدا نفت خارج می شود.

۵) نفت های سبک تبخیر می شوند.

روش تزریق بخار آب

این روش در چاه هایی به کار برده می شود که دارای نفت سنگین با ویسکوزیته بالا هستند. از این روش که در اواخر دهه پنجاه میلادی کاربرد زیادی داشته است، بیشتر در کالیفرنیا و ونزوئلا استفاده می شود؛ زیرا در این مناطق نفت سنگین بیشتری نسبت به سایر نقاط دنیا زیادی وجود دارد.

عاملی که در روش تزریق بخار باید کنترل شود، سرعت تزریق است؛ سرعت تزریق باید به صورتی باشد که فرصت کافی برای تبادل حرارتی بخار و نفت وجود داشته باشد تا شیب دمائی درون نفت ایجاد گردد. علاوه بر آن، باید به فاصله بین مخزن و تاسیسات تولید بخار برای محاسبه درجه سیال تزریقی به مخزن و میزان خوردگی در مسیر بخار تزریقی توجه داشت.

روش های تزریق بخار

تزریق بخار عمدتاً به دو صورت انجام می شود:.

روش چرخشی:

در این روش، ابتدا مقداری بخار و سپس، آب به همراه پلیمر به مخزن تزریق می شود. مجدداً بخار آب تزریق می شود و به همین ترتیب فرایند ادامه پیدا می کند. از این روش در سال ۱۹۵۹ در ونزوئلا استفاده می شد و در سال ۱۹۶۸ با استفاده این روش در کالیفرنیا حدود ۱۳۰۰۰۰بشکه نفت برداشت گردید.

روش تزریق بخار:

در این روش، بخار آب به طور ممتد به مخزن تزریق می گردد و هم نیروی حرارتی و هم نیروی رانش به وسیله بخار آب ایجاد می گردد. تاکنون در آمریکا نزدیک به ۵۰درصد نفت مخازن به این روش استخراج گردیده است.

شرایط لازم برای تزریق بخار آب:

در یک بررسی آماری که در مورد مخازن نفتی در سرتاسر جهان انجام شده، شرایط لازم برای استفاده از روش حرارتی به صورت ذیل گزارش شده است. البته وجود این شرایط به معنی کفایت این شروط نیست و ازدیاد برداشت به عوامل دیگری از جمله عوامل اقتصادی، زیست محیطی وغیره نیز وابسته است.

نمونه های موفق از کاربرد روش های حرارتی

مخزن کویت

مخزن کویت در ادامه لایه آسماری ایران قرار دارد. از سپتامبر ۱۹۸۶، عملیات تزریق به این مخزن به صورت چرخشی و با حفر چهار چاه تزریقی آغاز شد. برای این منظور، بخار با درجة حرارت ۴۳۳ درجه فارنهایت و در مدت یک تا سه روز با دبی ۱۲۴۶ ۹۶۵ بشکه در روز تزریق شد تا فشار بخار به ۳۹۰psi برسد، نتایج بدست آمده از این مخزن حاکی از موفقیت آمیز بودن این روش در این مخزن بوده است. اطلاعات مخزن به صورت ذیل می باشد.

میدان لاک در فرانسه:

میدان نفتی لاک در جنوب غربی فرانسه قرار دارد که دارای دو نوع سنگ متفاوت است: سنگ آهکی فشرده و سنگ دولومیت نامرغوب. به علت تراکم زیاد شبکه شکاف ها، چاه های این میدان دارای بهره وری خوبی هستند. این مخزن از نوع مخازن ترکدار است؛ بنابراین اگر چه تراوایی مخزن پایین است (md ۱۰) اما وجود ترک، تراوایی میانگین را تا حدود md ۵۰۰، بالا می برد.

در سال های ۱۹۵۷ ۱۹۴۹ از منطقه ترکدار تولید می شد. سپس آشام آب مکانیزم اصلی میدان شد و تمام ترک ها مورد هجوم قرار گرفتند. در سال ۱۹۷۷ هنوز مقدار زیادی نفت در مخزن بجا مانده بود. بنابراین راه های تولید این نفت مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات مهندسی مخازن و تحقیقات آزمایشگاهی منجر به انتخاب روش تزریق ممتد بخار گردید. پروژة راهنمای تزریق بخار بین سالهای ۱۹۹۷ الی ۱۹۸۲ به کار انداخته شد که نتایج حاصل از آن موفقیت آمیز ارزیابی گردید. در این پروژه با تزریق ۲۵۱هزارتن بخار، ۳۵۶ هزارتن نفت به دست آمد.

این اولین آزمایش ترزیق بخار در یک مخزن کربناته، بود. تأثیر بخار روی سنگ کربناته باعث آزاد شدن مقدار زیادی دی اکسید کربن در داخل مخزن شد و یک کلاهک گازی تشکیل گردید. تزریق بخار گرانروی نفت را کاهش داد و راندمان برداشت نسبت به حالت آشام آب بالاتر رفت. برداشت نفت بوسیلة بخار در این میدان، بالغ به ۱۱۰هزار متر مکعب بوده است. این مقدار فقط از طریق ۵ الی ۶ چاه بدست آمده است. خصوصیات مخزن لاک عبارتند از:

نتیجه گیری و تحلیل:

مطالعات انجام شده در مخازن ایران، حاکی از وجود مخازن نفت سنگین و ساختارهای شکافدار می باشد. درک پدیدة بازیافت نفت از فضای ماتریکس از طریق ترزیق سیال با دمای بالا، از روش سیلاب زنی و تزریق مواد شیمیایی خیلی پیچیده تر است. چرا که در این روش، بازیافت بستگی به چند مکانیزم دارد. بررسی تجارب انجام شده در تزریق آب گرم به مخازن کربناته شکافدار حاکی از موفقیت آمیز بودن این روش بوده است.

با توجه به خصوصیات مخازن ایران (کربناته شکافدار) و وجود ذخایر نفت سنگین، یکی از مهمترین گزینه های قابل مطالعه و تحقیق، روش های حرارتی ازدیاد برداشت هستند. یکی از مهم ترین گام هایی که باید در این راستا برداشته شود، شبیه سازی مخازن کشور به منظور آزمایش تزریق بخار و آب گرم، علی الخصوص در میادین نفت سنگین است. لازم به ذکر است که تاکنون ۱۸ ساختار نفت سنگین در کشور شناسایی شده است و هنوز ارزیابی دقیقی از میزان این ذخایر وجود ندارد. هم اکنون مطالعات ازدیاد برداشت و تولید از این نوع مخازن، در برخی از دانشگاه های داخل و خارج کشور (مانند کانزاس) در حال انجام است و ضریب بازیافت این مخازن بین ۵ تا ۱۰ درصد پیش بینی می شود. با توجه به پایین بودن درجه مرغوبیت، گرانروی بالا، درصد مواد سنگین، همچنین وجود گوگرد فراوان در نفت سنگین نسبت به نفت سبک و نیز فشار کم مخازن، استخراج نفت از این مخازن، احتیاج به روش های بازیافت مرحله سوم و در راس آن، روش های حرارتی دارد.