بررسی عملکرد (آزمایشگاهی-سرچاهی) فناوری نانو سیالات حفاری در شرایط یکی از چاه های میدان هدف:
شرح:
هزینه یک سیستم سیال حفاری بخش عمده ای از هزینه حفر یک چاه جدید را تشکیل می دهد و به همین دلیل استفاده از سیالات مفیدتر و بهبود یافته بخش مهمی از مطالعات محققان را تشکیل می دهد. سیال حفاری باید توانائی مناسبی در خنک کردن مته حفاری، روانسازی لوله های گردان حفاری، پاکسازی مناسب چاه و غیره داشته باشد. در غیر اینصورت مشکلاتی از قبیل هرزروی، آسیب سازند، چسبندگی لوله ها، نیروهای دراگ و تنش بالا پدید می آید. این مشکلات بخصوص در چاه هایی با دما و فشار بالا بیشتر دیده شده است.
بنابراین دستیابی به سیالی که مقاومت بالایی در شرایط دما و فشار بالا نشان می دهد در این حیطه بسیار مهم است. اصولا ویسکوزیته، دانسیته سیال حفاری فاکتورهای کلیدی هستند که رفتار سیال را کنترل می کنند. در این میان استفاده از علم نانو در بهبود خواص سیال حفاری به سبب بازده بالا، پایداری زیاد و روش های متنوع اعمال روی چاه، یکی از مهمترین جنبه های مورد بررسی توسط محققین می باشد.
در این طرح سعي بر آن بوده است كه با استفاده از نانوافزایه های مختلف و تغییر ترکیب، اندازه و توزیع آن ها، بتوان به شرایط بهینه‌ای جهت بکارگیری نانوسیالات در شرایط یکی از چاه های کشور دست یافت.
اهداف
- بررسي كاربرد نانوذرات مختلف در سيالات حفاري پايه آبي
- بهبود خواصي رئولوژيكي و انتقال توان هيدروليکي سيالات با استفاده از نانوافزودني‌ها
- رفع مشكلات خورندگي، خاصيت روان‌کاري و هرزروي سیال حفاری
- استفاده از تكنولوژي‌هاي روزحفاري براي بالابردن عمر چاه و افزايش سرعت حفاري
- ارتقاء سطح كيفي، توليد دانش فني و توسعه تكنولوژي‌هاي نوين
- جلوگيري از تقابل سنگ و سيال و مهاجرت ذرات ريز و هجوم ذرات جامد
- دستيابي به دانش فني و حركت به سمت بومي سازي توليد نانوافزايه ها
اثر بخشی و دستاوردها
- افزايش استحصال و دستيابي بهينه به منابع هيدروكربوني مخازن كشور
- استفاده در تهيه، ساخت و انتخاب افزايه‌هاي سيالات حفاري
- پاكسازي سريع و كامل فضاي حلقوي، افزايش سرعت حفاري
- تقليل صدمات وارده به مخزن و محيط زيست
- به روزرساني دانش و اطلاعات مورد نياز عملياتي، فني و تحقيقاتي مرتبط با فناوری های نوین سیالات حفاری
- دستيابي به دانش فني و حركت به سمت بومي سازي توليد افزايه ها
- كسب اطلاعات فني- مهندسي جهت افزايش مقياس ساخت افزايه ها
رفع تنگناها و مشكلات صنعت
- آماده شدن بسترها و زير ساختهاي لازم در ساخت نانو افزايه هاي
- دسترسي آسان به فرمولاسيون نانو سيالات در شرايط واقعي مخزن
مشخصات ویژه
- كاهش 40% مجموع هزينه سيالات وعمليات حفاري
- كاهش 40% مشكلات هرزروي و آسيب مخزن ناشي از حفاري
- افزايش 30% انتقال حرارت سيالات حفاري
- صرف جويي 2 ميليار تومان در كل عمليات حفاري
مقایسه شاخص عملکرد
مقایسه شاخص عملکرد نانو افزایه های منتخب و پیشنهادی در سیستم های مختلف سیالات حفاری:
بررسي عملکرد فناوري نانوسيالات حفاري در شرايط يکي از چاه هاي ميدان دي شرکت نفت مناطق مرکزي
شرح:
هزينه يک سيستم سيال حفاري بخش عمده اي از هزينه حفر يک چاه جديد را تشکيل مي دهد و به همين دليل استفاده از سيالات مفيدتر و بهبود يافته بخش مهمي از مطالعات محققان را تشکيل مي دهد. سيال حفاري بايد توانائي مناسبي در خنک کردن مته حفاري، روانسازي لوله‌هاي گردان حفاري، پاکسازي مناسب چاه و غيره داشته باشد. در غير اينصورت مشکلاتي از قبيل هرزروي، آسيب سازند، چسبندگي لوله ها، نيروهاي دراگ و تنش بالا پديد مي آيد. اين مشکلات بخصوص در چاه هايي با دما و فشار بالا بيشتر ديده شده است. بنابراين دستيابي به سيالي که مقاومت بالايي در شرايط دما و فشار بالا نشان مي دهد در اين حيطه بسيار مهم است. اصولا ويسکوزيته، دانسيته سيال حفاري فاکتورهاي کليدي هستند که رفتار سيال را کنترل مي کنند. در اين ميان استفاده از علم نانو در بهبود خواص سيال حفاري به سبب بازده بالا، پايداري زياد و روش هاي متنوع اعمال روي چاه، يکي از مهمترين جنبه هاي مورد بررسي توسط محققين مي باشد. در اين طرح سعي بر آن بوده است كه با استفاده از نانوافزايه هاي مختلف و تغيير ترکيب، اندازه و توزيع آن.
اهداف
- بررسي كاربرد نانوذرات مختلف در سيالات حفاري پايه آبي
- بهبود خواصي رئولوژيكي و انتقال توان هيدروليکي سيالات با استفاده از نانوافزودني‌ها
- رفع مشكلات خورندگي، خاصيت روان‌کاري و هرزروي سيال حفاري
- استفاده از تكنولوژي‌هاي روزحفاري براي بالابردن عمر چاه و افزايش سرعت حفاري
- ارتقاء سطح كيفي، توليد دانش فني و توسعه تكنولوژي‌هاي نوين
- جلوگيري از تقابل سنگ و سيال و مهاجرت ذرات ريز و هجوم ذرات جامد
- دستيابي به دانش فني و حركت به سمت بومي سازي توليد نانوافزايه ها
- طراحي و تهيه گل حفاري در شرايط يكي از چاههاي ميدان دي زاگرس جنوبي
كاربردها
- صنعت حفاري، تهيه سيالات نسل نوين حفاري
دستاوردها و اثربخشي در صنعت
- برداشتن گام‌هاي بلند بسمت اقتصاد مقاومتي با رويكرد اقتصادي و افزايش سهم خدمات دانش‌بنيان
- افزايش استحصال و دستيابي بهينه به منابع هيدروكربوني مخازن كشور
- استفاده در تهيه، ساخت و انتخاب افزايه‌هاي سيالات حفاري
- استفاده از نتايج پژوهش در آزمايشگاه‌ها و احتمالا در ساخت ادوات حفاري
- پاكسازي سريع و كامل فضاي حلقوي، افزايش سرعت حفاري
- تقليل صدمات وارده به مخزن و محيط زيست
- به روزرساني دانش و اطلاعات مورد نياز عملياتي، فني و تحقيقاتي مرتبط با فناوري هاي نوين سيالات حفاري
- دستيابي به دانش فني و حركت به سمت بومي سازي توليد افزايه ها
محصول ويژه
نانوسيال حفاري بهبوديافته N-EDF
پروژه مطالعات پژوهشي و فناورانه به منظور بهينه سازي فرآيندهاي توليد و افزايش برداشت در ميدان نفتی اهواز
معرفي ميدان نفتی اهواز
ميدان نفتي اهواز به صورت يک تاقديس سينوسي ملايم و تقريباً متقارن با امتداد شمال غرب، جنوب شرق در زير قسمتي از شهر اهواز در ناحيه دزفول شمالي واقع شده است. ميدان نفتی اهواز داراي دو مخزن اصلي آسماري و بنگستان است.
ميدان نفتی اهواز يکي از بزرگ‌ترين ميادين نفتي کشور است که توليد آن از دهه 50 شمسي آغاز شد و گرچه توليد آن به دلايل مختلف طي اين چهار دهه با افت و خيز همراه بوده و هم اکنون نيز با مشکلات توليدي مواجه شده است، اما همواره از مهمترين ميادين شرکت ملي مناطق نفت خيز جنوب به شمار مي‌رفته است.
اين پروژه در راستاي انجام مطالعات پژوهشي و فناورانه، جهت ارائه راهکار براي رفع چالش‌هاي ميدان نفتی اهواز و بهينه سازي فرآيندهاي توليد و افزايش برداشت از دو مخزن اين ميدان تعريف شده است؛ و طي قراردادي به مدت 10 سال في‌مابين پژوهشگاه صنعت نفت و شرکت ملي نفت ايران به پژوهشگاه صنعت نفت ابلاغ شده است.
بسته
- شناخت ميدان، تبديل چالش‌هاي ميدان به موضوعات قابل تحقيق و غربالگري کليه روشهاي ازدياد برداشت
- به روز رساني مدل شبيه‌سازي مخزن و شبيه‌سازي عددي/ تحليلي نتايج غربالگري
- ارائه راهکار‌هاي فناورانه جهت رفع چالش‌هاي ميدان و اجراي پايلوت آزمايشگاهي روشهاي مختلف ازدياد برداشت و بهبود توليد
- اصلاح مدل شبيه‌سازي مخزن بر مبناي نتايج حاصله از فاز سوم
- طراحي و اجراي پايلوت ميداني و پايش نتايج
شرکت‌هاي همکار
پژوهشگاه صنعت نفت با همکاري مشاوران داخلي و خارجي خود، مطالعه بر روي ميدان نفتی اهواز را به صورت همه جانبه آغاز کرده است. مشاور خارجي پژوهشگاه صنعت نفت، دانشگاه دلف هلند (DelftUnivesrityofTechnology) است.
تدوين دانش فني، ساخت و بررسي عملکرد نانوافزايه هاي روانکننده و کاهنده اصطکاک رشته هاي عمليات حفاري و توليد نيمه صنعتي و ارزيابي آنها در شرايط ميداني
روانسازي و خنک کردن مته حفاري از جمله وظايف گل حفاري ميباشد. ميزان روان‌کنندگي توليد شده توسط سيالات حفاري به نوع، کيفيت ذرات جامد و وزن و ترکيب شيميايي سيستم بستگي دارد. به دليل مسائل زيست‌محيطي بيشتر تمايل به استفاده از گل‌هاي پايه آبي وجود دارد، اما گل‌هاي پايه آبي برخلاف گل‌هاي پايه روغني، بصورت ذاتي از خاصيت روان‌کنندگي برخوردار نيستند. بنابراين، بايستي اين خاصيت گل حفاري را به كمك افزودني‌هاي جديد بهبود داد. در اين طرح، سعي بر آن بوده است كه با استفاده از نانوافزايه‌هاي روانکننده و کاهنده اصطکاک، بتوان نوعي از نانوسيالات حفاري پايه‌آبي با خصوصيت روانسازي بالا طراحي و در شرايط ميداني بكارگيري كرد.
اهداف
- دستيابي به دانش فني ساخت و تهيه نانوافزايه‌هاي هدف
- طراحي نانوسيالات حفاري پايه آبي با خصوصيت روانسازي بالا
- دستيابي به شرايط بهينه نانوافزايه هاي هدف در انواع سيالات حفاري با توجه به خصوصيات منطقه
- جلوگيري از هزينه‌هاي اضافي تحميلي از اصطکاک و فرسايش قطعات حفاري
آماده شدن بسترها و زيرساخت‌هاي لازم در ساخت ساير نانوافزايه‌هاي مورد مصرف در سيالات حفاري
كاربردها
- صنعت حفاري، تهيه سيالات نسل نوين حفاري
صنعت روانسازي، تهيه نانوافزايه هاي روانساز با کارايي بالا
دستاوردها و اثربخشي در صنعت
- بومي سازي:
- تهيه نانو سيالات بومي متناسب با شرايط منطقه
- دستيابي به دانش فني و حركت به سمت بومي سازي توليد نانوافزايه هاي روانساز با کارايي بالا
- كسب اطلاعات فني- مهندسي جهت افزايش مقياس و توليد نيمه صنعتي نانوافزايه هاي هدف
- تهيه دستورالعمل هاي كاملا بومي براي كنترل كيفي نانوسيالات و افزايه هاي مرتبط (ارزيابي و سازگاري)
- رفع تنگناها و مشكلات صنعت:
- رفع مشكلات مرتبط با اصطکاک رشته‌هاي عمليات حفاري
- رفع مشکلات مرتبط با محيط زيست به علت استفاده از سيالات پايه روغني
- پاكسازي سريع و كامل فضاي حلقوي، افزايش سرعت حفاري
- تقليل صدمات وارده به مخزن و ادوات حفاري
- تجاري سازي:
- آماده شدن بسترها و زير ساختهاي لازم در ساخت نانو افزايه‌هاي روانساز
- دسترسي آسان به فرمولاسيون نانوسيالات در شرايط واقعي مخزن
- توانايي ساخت پايلوت به منظور سنتز نانوذرات هدف در مقياس نيمه صنعتي و صنعتي
- ايجاد و انتقال دانش:
- کسب دانش و تجربه لازم در سنتز و بكارگيري نانوافزايه‌هاي هدف
- زمينه سازي واگذاري دانش فني فناوري هاي نوين مرتبط با روانسازي و کاهش اصطکاک رشته‌هاي عمليات حفاري به صنعت
- توجيه اقتصادي :
- انتخاب نوع نانوسيال مناسب (با قيمت حداقل و عملكرد بالا) با استفاده از طراحي، شبيه سازي و نتايج آزمايشگاهي سازگار با تمام شرايط عملياتي
- تقليل هزينه هاي مرتبط با سيالات حفاري به علت استفاده از نانوسيالات با روانسازي بالا و حذف سيالات پايه روغني
- بکارگيري شرکت هاي داخلي با تجارب و ارتباطات بين المللي قوي
- صرفه جويي قابل توجه در خروج ارز از کشور
محصول ويژه
نانوسيال حفاري با روانسازي بالا NTL-EDF
حذف رسوبات و فوم ميدان سراجه جهت تضمين جريان گاز
با توجه به بررسي مشخصات سيالات گرفته شده از چاهها و مبادي ميداني و در ارزيابيهاي انجام شده، مواد شيميايي در تست ميداني مورد بررسي قرار گرفته که نتيجه مطلوب بدست آمد. همچنين ميزان مصرف مواد شيميايي پيشنهادي نيز براي استفاده ميداني مشخص شده و به کارفرما گزارش گرديد.
دستاورد (ميزان اثربخشي)
باتوجه به نوع، غلظت و ماهيت تركيبات موجود در نمونه هاي گرفته شده از ميدان، و با در نظر گرفتن پديده رسوبات نيمه جامد در ميدان، جهت عمليات رسوب زاديي، مواد شيميايي در نظر گرفته شده ويژگيهاي زير را دارا ميباشند:
- از لحاظ اقتصادي مواد شيميايي مقرون به صرفه مي باشد.
- از منابع داخلي تهيه گرديده است و دسترسي و حمل نقل آن به تأسيسات سر چاهي آسان ميباشد.
- داراي بهترين قابليت سياليت بخشي به رسوب ايجاد شده در تأسيسات سطح الارضي ميباشد.
- تا حد ممكن مواد شيميايي پيشنهادي در دماهاي پائين داراي عملكرد مناسب ميباشند.
- مواد شيميايي پيشنهادي داراي بيشترين سنخيت بين ماهيت آن ماده و مواد راسب شده در تجهيزات بهره برداري ميباشند.
- مواد شيميايي پيشنهادي با كمترين درصد اختلاط با سيال توليدي بيشترين كارآيي را دارا ميباشد.
- با بکارگيري اين پيشنهاد تضمين جريان توليدي گاز از مخزن استراتژيکي ذخيره سازي سراجه قم عملي گرديد.
طراحي نوين دوغاب
هدف
طراحي دوغاب سيمان سنگين با خاصيت الاستيك جهت استفاده در لايه هاي پرفشار و لايه هاي نمكي
دستاورد
- جلوگيري از تخريب پوشش سيماني و در شرايط حادتر مچالگي رشته جداري و نيز بالا بردن دوام سيمان در ايجاد اتصال بين لايه ها
- تبديل بارهاي نقطه اي ناشي از خزش لايه ها به بارهاي غير يکنواخت در طول غلاف سيماني و قبول تغيير
شکل هاي برگشت پذير - افزايش الاستيسيته، مقاومت کششي و خمشي ترکيبات دوغاب هاي سيماني، در طيف هاي مختلف وزني
- افزايش انبساط حجمي سنگ سيمان بمنظور جلوگيري از نشت آب نمک در کفشک لوله هاي جداري
- قابليت مشبک کاري فوق العاده
تكنولوژي
جهت جلوگيري از تخريب مکانيکي غلاف سيماني، مشخص گرديده که سيمان هاي با مقادير بالاي نسبت استحکام کششي به مدول يانگ و مقادير پايين مدول يانگ در مقايسه با سنگ، بهترين سيمان ها در زمينه دوام مکانيکي مي باشند. مقادير ياد شده توابعي از شرايط ويژه ته چاهي مانند هندسه چاه، خصوصيات لوله هاي جداري، خواص مکانيکي سنگ و تاريخچه بارگذاري مي باشند. تخريب مکانيکي در نوار سيمان به سبب افزايش قابل توجه در فشار چاه (ناشي از آزمايش تعيين فشار، افزايش وزن گل، مشبک کاري لوله هاي جداري، انجام عمليات تحريک چاه، توليد گاز)، و نيز افزايش شديد دماي چاه (ناشي از عمليات توليد حرارتي، عمليات تزريق بخار، چاههاي فشار بالا/ دما بالا) و يا اعمال بارگذاري از جانب سازند (ناشي از پديده خزش، گسل خوردگي، تراکم سازند) به وقوع مي پيوندد.
در روشهاي جديد طراحي دوغاب از تكنولوژي بكارگيري ذرات الاستيك در داخل پودر سيمان استفاده شده كه ضمن بهسازي سيمانكاري چاه كيفيت بالاي مقاومت تراكمي را نيز باعث ميگردد.اين دوغابها به دليل افزايش الاستيسيته و مقاومت كششي و خمشي و همچنين افزايش انبساط حجمي سيمانكاري در لايه هاي پرفشار (گچساران) و در لايه هاي نمكي كه امكان خزش بسيار محتمل است راندمان بسيار بالا در جلوگيري از مچالگي لوله هاي جداري از خود ايفا مينمايد.
تاثير اقتصادي
- نيل به خودكفايي ملي و قطع وابستگي و جلوگيري از خروج ارز
- امكان صدور افزايه
- صيانت از مخازن و كاهش آسيب سازندي و بالابردن عمر مفيد چاه
- كارآفريني در كشور به ويژه در مراكز آموزشي و تحقيقاتي
اثربخشي
براي اولين بار مواد افزودني منبسط شونده با استفاده از مواد بومي در طراحي اين نوع دوغاب استفاده و به صورت آزمايشي در چاه هاي 370 و 407 ميدان مارون شركت ملي مناطق نفتخيز جنوب با موفقيت اجرا گرديد. قبل از ارائه اين تكنولوژي شركتهاي معتبر خارجي طراحي دوغابهاي الاستيك چاههاي ايران را به قيمتهاي بسيار گزاف بر عهده داشتند كه هيچكدام از عمليات موفقيت آميز نبوده است.
طراحي نوين دوغاب هاي سيماني سنگين وزن با خاصيت الاستيك براي ميدان مارون
هدف
طراحي دوغاب سيمان سنگين با خاصيت الاستيك جهت استفاده در لايه هاي پرفشار و لايه هاي نمكي
دستاورد
- جلوگيري از تخريب پوشش سيماني و در شرايط حادتر مچالگي رشته جداري و نيز بالا بردن دوام سيمان در ايجاد اتصال بين لايه ها
- تبديل بارهاي نقطه اي ناشي از خزش لايه ها به بارهاي غير يکنواخت در طول غلاف سيماني و قبول تغيير
شکل هاي برگشت پذير - افزايش الاستيسيته، مقاومت کششي و خمشي ترکيبات دوغاب هاي سيماني، در طيف هاي مختلف وزني
- افزايش انبساط حجمي سنگ سيمان بمنظور جلوگيري از نشت آب نمک در کفشک لوله هاي جداري
- قابليت مشبک کاري فوق العاده
تكنولوژي
جهت جلوگيري از تخريب مکانيکي غلاف سيماني، مشخص گرديده که سيمان هاي با مقادير بالاي نسبت استحکام کششي به مدول يانگ و مقادير پايين مدول يانگ در مقايسه با سنگ، بهترين سيمان ها در زمينه دوام مکانيکي مي باشند. مقادير ياد شده توابعي از شرايط ويژه ته چاهي مانند هندسه چاه، خصوصيات لوله هاي جداري، خواص مکانيکي سنگ و تاريخچه بارگذاري مي باشند. تخريب مکانيکي در نوار سيمان به سبب افزايش قابل توجه در فشار چاه (ناشي از آزمايش تعيين فشار، افزايش وزن گل، مشبک کاري لوله هاي جداري، انجام عمليات تحريک چاه، توليد گاز)، و نيز افزايش شديد دماي چاه (ناشي از عمليات توليد حرارتي، عمليات تزريق بخار، چاههاي فشار بالا/ دما بالا) و يا اعمال بارگذاري از جانب سازند (ناشي از پديده خزش، گسل خوردگي، تراکم سازند) به وقوع مي پيوندد.
در روشهاي جديد طراحي دوغاب از تكنولوژي بكارگيري ذرات الاستيك در داخل پودر سيمان استفاده شده كه ضمن بهسازي سيمانكاري چاه كيفيت بالاي مقاومت تراكمي را نيز باعث ميگردد.اين دوغابها به دليل افزايش الاستيسيته و مقاومت كششي و خمشي و همچنين افزايش انبساط حجمي سيمانكاري در لايه هاي پرفشار (گچساران) و در لايه هاي نمكي كه امكان خزش بسيار محتمل است راندمان بسيار بالا در جلوگيري از مچالگي لوله هاي جداري از خود ايفا مينمايد.
تاثير اقتصادي
- نيل به خودكفايي ملي و قطع وابستگي و جلوگيري از خروج ارز
- امكان صدور افزايه
- صيانت از مخازن و كاهش آسيب سازندي و بالابردن عمر مفيد چاه
- كارآفريني در كشور به ويژه در مراكز آموزشي و تحقيقاتي
اثربخشي
براي اولين بار مواد افزودني منبسط شونده با استفاده از مواد بومي در طراحي اين نوع دوغاب استفاده و به صورت آزمايشي در چاه هاي 370 و 407 ميدان مارون شركت ملي مناطق نفتخيز جنوب با موفقيت اجرا گرديد. قبل از ارائه اين تكنولوژي شركتهاي معتبر خارجي طراحي دوغابهاي الاستيك چاههاي ايران را به قيمتهاي بسيار گزاف بر عهده داشتند كه هيچكدام از عمليات موفقيت آميز نبوده است.
طراحي، تهيه و بکارگيري تکنولوژي پيشرفته نانوسيالات حفاری پايه افرون گازکلوئيدي در حفاری چاه ها
از عمده‌ترين مشکلاتي که اين روزها صنعت حفاری با آن مواجه است حفاری در مخازن کم‌فشار يا مخازن تخليه‌شده است. حفاری اين نوع مخازن همراه با مشکلات فني و اقتصادي زيادي از جمله هرزروي‌هاي کنترل‌ناپذير در شکاف‌ها و گير لوله‌ها ميباشد که توسعه اين ميادين را از لحاظ اقتصادي غير سودآور مينمايد. تحقيقات علمي و تجربي ثابت نموده است که ميتوان با توسعه تکنولوژي افرون‌ها، اين مشکل را حل كرد. افرون‌ها بخوبي مقدار هرزروي گل به درون سازند را کنترل مي‌کنند.
دانش فني اين تحقيق شامل طراحي و ساخت سيال حفاری پايه‌افروني با استفاده از ترکيبات مناسب شامل سورفکتانت‌ها، پليمر‌ها و نانوافزودني‌ها و در نهايت بكارگيري عملياتي اين نوع سيال در عمليات حفاری و تعميراتي در مخازن تخليه‌شده و کاربردهاي موفق اين تکنولوژي در ميادين بالغ ميباشد
اهداف
- استفاده از سيالات حفاری پايه‌افروني در مخازن تخليه‌شده در ميادين نفتي و گازي
- استفاده در سازندهاي با نفوذپذيري بالا و سنگ‌هاي با شکاف‌هاي ريز
- کنترل نرخ هرزروي و استفاده از افرون‌ها بعنوان عوامل اتصالي
- استفاده از سيال افرون‌هاي گاز کلوئيدي در حفاری فروتعادلي
- افزايش پايداري چاه و توليد مخزن با استفاده از تکنولوژي سيال حفاری افروني
- حفاری تا عمق نهايي و تميزسازي سريع چاه
كاربردها
- صنعت حفاری، تهيه سيالات نسل نوين حفاری
- ازدياد برداشت از مخازن
- افزايش توليد و بهره وري از مخازن
- دستاوردها و اثربخشي در صنعت
- بومي سازي
- تهيه سيالات حفاری پايه افروني متناسب با شرايط منطقه
- دستيابي به دانش فني و حركت به سمت بومي سازي توليد سيالات سبک و فوق سبک
- رفع تنگناها و مشكلات صنعت
- حفاری مخازن تخليه‌شده ميادين نفتي و گازي بالغ، سازندهاي با نفوذپذيري بالا و سنگ‌هاي با شکاف‌هاي ريز
- کنترل نرخ هرزروي و كاهش آسيب سازند و خوردگي فراوان چاههاي گازي با غلظت بالاي H2S
- حفظ پايداري افرون گازي، بهبود خواص رئولوژيكي و رفع مشكلات حفاری و آسيب سازند و صيانت از مخزن
- جلوگيري از خروج ارز
- عدم نياز به استفاده از امكانات خارجي و صرف هزينه هاي ارزي
- وجود تجارب، امكانات آزمايشگاهي مدرن، دستگاه هاي منحصر بفرد خاص داخلي و آماده شدن زير ساختهاي لازم در ساخت سيالات افروني
- تجاري سازي
- تجارب و دستورالعمل‌ها و روشهاي مدون آزمايشات موثر در كنترل كيفي سيالات افروني
- دسترسي آسان به فرمولاسيون سيال و تعيين ميزان عملكرد در شرايط واقعي مخزن
- توانايي ساخت پايلوت به منظور توليد افزايه هاي مرتبط با سيالات افروني در مقياس نيمه صنعتي و صنعتي
- توجيه اقتصادي
- استفاده از نتايج آزمايشگاهي (در شرايط واقعي مخزن) در سيال بهينه
- وجود امكان سرمايه گذاري در زمينه ساخت صنعتي سيال با تامين نياز استراتژيک داخل و شکستن انحصار طلبي شرکت هاي غربي
- رفع تنگناها و مشكلات صنعت با فناوري‌هاي بومي (با قيمت حداقل و عملكرد بالا) در تهيه سيالات افروني
محصول ويژه
نانوسيال حفاری پايه‌افروني N-EADF
حفاری
نانو سیالات
طرح چاه محور پژوهشگاه صنعت نفت
توسعه ويرايش اول نرم‌افزار مديريت چاه پارس
يكي از دغدغه‌هاي هميشگي مديران واحدهاي بهره‌بردار صنايع بالادستي نفت، اتخاذ تصميمات هوشمندانه و سريع براي انتخاب بهترين راه جهت افزایش تولید یا مقابله با كاهش توليد است. از اين رو، توليد نرم‌افزارهايي كه بتوانند به نحوي تسهيل‌گر تصميمات مديريتي باشد و روند تصميم‌گيري را با پيشنهاد بهينه‌ترين و كوتاه‌ترين راه حل‌هاي ممكن شتاب بخشند، همواره مد نظر پژوهشگران بوده است.
پژوهشگران پرديس بالادستي پژوهشگاه صنعت نفت به تازگي موفق به توليد نرم‌افزاري با نام «مديريت چاه پارس» شده‌اند كه مي‌تواند با بهره‌گيري از روشهاي تصميم‌گيري چندمعياره، بهترين راه حل‌ها را براي تسهيل تصميم‌گيري در استفاده از روشهاي افزايش توليد چاه‌محور پيشنهاد دهد.
نرم‌افزار مديريت چاه پارس كه اخيرا توسط شوراي عالي انفورماتيك كشور به تاييد رسيده است، مديران را قادر مي‌سازد تا در مواردي كه بودجه یا امکانات محدودي در مقابل نیاز‌هاي زیاد وجود داشته باشد – مثلا امكان خريد دو پمپ براي يك‌صد چاه ميسر است- به آساني با اولويت‌بندي راه‌حل‌ها بر اساس جديدترين معيارهاي علمي و انتخاب چاههاي هدف در كمترين زمان ممكن، بهترين تصميم را براي جبران كاهش توليد اتخاذ كنند.
تجارب نشان مي‌دهد، در حال حاضر هيچ مكانيسم مشخصي در مجموعه‌هاي نفتي براي اولويت‌بندي چاه‌هايي كه با افت توليد روبه‌رو هستند وجود ندارد و اتخاذ تصميمات مديريتي با حضور كارشناسان و برگزاري جلسات متعدد و بعضا طولاني براي انتخاب چاه هدف انجام مي‌شود، اما اكنون با طراحي اين نرم‌افزار، روند تصميم‌گيري مديران آسان‌تر و سريع‌تر خواهد بود.
چرا استفاده از روشهاي چاه‌محور؟
خاستگاه و فكر اصلي توليد اين نرم‌افزار به زماني بر ميگردد كه ميادين ايران با افت توليد قابل توجهي روبه‌رو شدند، لذا به صورت غيررسمي از پژوهشگاه صنعت نفت خواسته شد تا راه‌كار سريعي را جهت حل اين مشكل ارايه دهد.
مهندس مطهري، رييس پژوهشكده مطالعات مخزن و از جمله كارشناسان باتجربه و فعال پژوهشگاه در زمينه افزايش توليد چاه‌محور راهبري، اين موضوع را بر عهده گرفت.
بر اساس مطالعات انجام‌شده، مشخص شد كه مشكلات ميادين نفتي را كه منجر به كاهش توليد مي‌شوند ميتوان به سه دسته عمده تقسيم كرد: دسته اول، مشكلات مخزن، دسته دوم، مشكلات مربوط به تاسيسات سطح‌الارضي و در آخر، مشكلات مربوط به چاه.
براي رفع مشكلات مخزن و جبران كاهش فشار، ميتوان از روش‌هايي مانند مدل‌سازي و شبيه‌سازي مخزن بهره گرفت كه زمان لازم براي كسب نتيجه مطلوب، سه تا پنج سال است.
در مورد تاسيسات سطح‌الارضي، در برخي موارد ميتوان با انجام تغييراتي بر روي اين تاسيسات بدون اصلاح چاه و مخزن، افزايش توليد را محقق كرد كه مطالعه و تصحيح تاسيسات يادشده نيز به زماني بين دو تا سه سال نياز دارد.
اما افزايش توليد بر اساس روشهاي چاه‌محور كه به معناي هر اقدامي است كه روي چاه انجام و منجر به حل مشكل كنوني و افزايش توليد آن مي‌شود به شش ماه تا يك سال زمان نياز دارد.
نرم‌افزار مديريت چاه پارس كه براي نخستين بار با اين ويژگي‌ها در ايران و در پژوهشگاه صنعت نفت توسعه مي‌يابد، مي‌تواند ياري‌گر مديران صنعت نفت در تصميم‌گيري براي جبران كاهش افت توليد با استفاده از روشهاي چاه‌محور باشد.
مزاياي نرم‌افزار مديريت چاه پارس براي مديران
استفاده از روشهاي تصميم‌گيري چندمعياره، مبناي اصلي در طراحي اين نرم‌افزار است كه به منظور انتخاب مناسب‌ترين راه رفع مشكل چاه از ميان چند راه حل به كار مي‌رود. از آن‌جا كه روشهاي تصميم‌گيري چندمعياره نيازمند كسب نظر خبرگان است، براي تهيه اين نرم‌افزار سعي شده است تا علاوه بر بررسي مطالعات جهاني، نظرات كارشناسان شركتهاي تابعه شركت ملي نفت ايران نيز لحاظ شود.
تصميم‌گيري توسط نرم‌افزار در دو فاز انجام مي‌شود، بدين صورت كه نرم‌افزار در فاز اول بر اساس مشكلي كه چاه دارد، راه حل‌هاي رفع آن را اولويت‌بندي مي‌كند.
در فاز دوم، به عنوان مثال يك‌صد چاه از ميادين مختلف يا مشابه كه داراي مشكل هستند و خروجي فاز اول براي آنها راه حل مشابهي بوده (مثلا پمپ)، اولويت‌بندي مي‌شود.
طراحي نرم‌افزار به گونه‌اي است كه مشكلات مرسوم چاه مانند توليد شن، آب و گاز، فرازآوري، توليد آسفالتين و رسوب اسكيل در آن طبقه‌بندي شده‌اند، بنابراين كاربر با توجه به داده‌هاي ورودي يعني اطلاعات چاه، مي‌تواند راه حل‌هاي اولويت‌دار را براي رفع برخي از مشكلات چاه در خروجي نرم‌افزار مشاهده كند.
چشم‌انداز نرم‌افزار مديريت چاه پارس در صنعتي‌سازي
بخش ديگر در تكميل نرم‌افزار مديريت چاه پارس كه در چشم‌انداز آتي پرديس بالادستي پژوهشگاه ترسيم شده، افزودن مدول بهينه‌سازي سبد پروژه است. براي مثال، در شرايطي كه براي ده چاه مشكل‌دار، راه‌حل‌هايي مثل به‌كارگيري پمپ، اسيدكاري و لايه شكافي پيشنهاد مي‌شود، نرم‌افزار بتواند با اتصال به نرمافزارهاي تجاري ديگر، اين راه حل‌ها را شبيه‌سازي كرده و مواردي را كه از لحاظ اقتصادي، سود‌آوري بيش‌تري دارند مشخص كند.
در اين صورت، در سبد نهايي پروژه‌ها ميتوان تلفيقي از راه حل‌هاي به‌كارگيري پمپ و لايه شكافي را پيشنهاد كرد. اين‌گونه منابع به صورت بهينه تخصيص مي‌يابد و به لحاظ اقتصادي نيز مقرون‌به‌صرفه خواهد بود.
يكي از خروجي‌هاي فرعي توسعه اين نرم‌افزار، كشف خلاء دانشي كشور در برخي از حوزه‌ها مثل روشهاي مختلف جلوگيري از توليد آب و شن بود كه در جريان مصاحبه‌ها، اين مسئله دريافته شد. پيشنهاد مي‌شود دانشگاه‌ها و محيط‌هاي پژوهشي، اهتمام لازم براي رفع اين موضوع را مدنظر داشته باشند.
با توجه به ويژگيهاي منحصربه‌فرد ديده‌شده در چشم‌انداز، اگر نرم‌افزار مديريت چاه پارس با حمايت‌هاي مالي و دانشي مورد نياز، توانمند‌تر و كامل‌تر شود، نسل جديدي از نرمافزارهاي مديريت چاه به دنيا معرفي مي‌شود، نرم‌افزاري كه تصميم‌گيري براي استفاده از روشهاي افزايش توليد چاه‌محور را تسهيل مي‌كند. لازم به ذكر است، هم‌اكنون ويرايش دوم اين نرم‌افزار طي يك قرارداد و با نظارت كارشناسان مديريت نظارت بر توليد در حال توسعه است. با اتمام ويرايش دوم، پژوهشگاه صنعت نفت آمادگي خواهد داشت تا اين نرم‌افزار در شركتهاي مختلف نفتي به كارگرفته شود.
پژوهشگران پرديس بالادستي پژوهشگاه صنعت نفت به تازگي موفق به توليد نرم‌افزاري با نام «مديريت چاه پارس» شده‌اند كه مي‌تواند با بهره‌گيري از روشهاي تصميم‌گيري چندمعياره، بهترين راه حل‌ها را براي تسهيل تصميم‌گيري در استفاده از روشهاي افزايش توليد چاه‌محور پيشنهاد دهد.
طرح شاخص آسفالتین
طرح شاخص آسفالتین مطالعه آزمايشگاهي و نرم افزاري راه‌هاي جلوگيري از تشكيل رسوب آسفالتين
متقاضي:
شركت مهندسي و توسعه نفت
دستاوردها
- پيش‌بيني محدوده عملياتي دما، فشار و تركيب جهت تشكيل و تشديد رسوب آسفالتين
- مطالعه رسوب آسفالتين در محيط متخلخل سنگ مخزن و ستون چاه
- شبيه‌سازي رسوب آسفالتين و نقش پارامترهاي مختلف کنترل رسوب آسفالتین بر ميزان رسوب با نرمافزارهاي موجود
- تعريف سناريوهاي توليد آينده با رويكرد پيش‌بيني رسوب آسفالتين
- نرم‌افزار پيش‌بيني رفتار فازي آسفالتين در شرايط استاتيكي – مدل ترموديناميكي.
چکیده ای از طرح
تحقيقات و مطالعات آزمايشگاهي تعيين شرايط و دامنه تغييرات پارامترهاي عملياتي موثر بر تشکيل و تشديد و كاهش رسوبات آلي آسفالتيني در محيط متخلخل سنگ مخزن، ستون چاه (شبه‌ديناميكي) و فرايند تزريق گاز از جمله فعاليت‌هايي است كه در اين طرح انجام مي‌گيرد.
تعيين و تدوين روشهاي ارزيابي ميزان اثربخشي حلال‌ها بر رفع رسوبات آلي سنگين، بررسي ميزان اثر ديسپرسنت‌ها بر تشكيل رسوبات آسفالتين بر فرايند توليد و تزريق، شرايط استاتيکي و شرايط ديناميکي، کسب دانش فني توليد مواد کنترل‌کننده رسوبات با قابليت کاربرد در شرايط عملياتي مختلف، بومي‌سازي نرم‌افزار پيش‌بيني رفتار فازي آسفالتين و تعريف سناريوهاي بهينه توليد، از ديگر فعاليت‌هاي انجام‌شده در اين طرح است.
طرح شاخص چاه هوشمند پژوهشگاه صنعت نفت
معرفی
تکنولوژی هوشمند كردن در صنايع بالادستي نفت با اسامي چاه هوشمند، مخزن هوشمند، يا ميدان هوشمند در فارسي و عباراتي شبيه بهDigital Field, e-Field, i-Field, Smart Compeletion ,Intelligent Field, Smart Field بيان مي‌شود.
مخزن هوشمند، يکي از فناوري‌هاي نوين و در حال توسعه مطرح در صنايع نفت و انرژي جهان است. يكي از اهداف اين تئوری آن است که اتفاقات درون‌چاهي به طور مداوم مورد پايش قرار گرفته و لحظه به لحظه به بخش پردازشگر منطقه‌اي فرستاده شوند تا در اين بخش، پردازش‌هاي لازم بر روي داده‌هاي خام جهت شبيه‌سازي مخزن و مدل‌سازي سنگ و سيال صورت گيرد. نتيجه اين پردازش‌ها منجر به اتخاذ تصميمات و استراتژي‌هاي لازم براي بهره‌برداري بهينه شده كه در مجموع، باعث بهبود مديريت مخزن مي‌شود.
در پژوهشگاه صنعت نفت، به لحاظ اهميت تکنولوژی مخزن هوشمند، طرحی با همين عنوان به تصويب رسيده است. پروژه «طراحی و تهيه نمونه اوليه پويانما در اندازه سانتی‌متری و ساخت چاه مصنوعی کنترلی در سطح زمين» به عنوان اولين پروژه از اين طرح، با هدف تمرکز بر چگونگی داده‌گيری درون‌چاهی و پردازش آنها انجام شده است. در اين راستا، طراحي و ساخت يک چاه مصنوعي کنترلی در سطح زمين برای شبيه‌سازی درون‌چاهی و به عنوان بستر مناسبی برای انجام آزمايش‌هايي در راستای داده‌گيری درجا از چاههای نفتی با موفقيت انجام شد.
پس از طراحي و ساخت پايلوت چاه هوشمند، پژوهشگاه صنعت نفت مذاكرات خود را با شركتهاي عملياتي براي پياده‌سازي اين تكنولوژي آغاز كرد كه نتايج آن به قرار زير است:
- پروژه طراحي تفصيلي زيرسطحي و ارزيابي فني- میدان جفیر شرکت نفت وگاز اروندان جهت پياده‌سازي تكنولوژي مخازن هوشمند
- در حال عقد قرارداد پیاده‌سازی تکنولوژی مخازن هوشمند برای میدان ماله‌کوه شرکت نفت مناطق مرکزی ایران
- انجام پروژه کاربرد تکنولوژی مخزن هوشمند در مخازن ایران براي شركت نفت مناطق مركزي ايران
- رايزني با شركت نفت مناطق نفتخيز جنوب و تلاش براي متقاعد كردن آنها در به‌كارگيري اين تكنولوژي و شرکت در مناقصه سیستم پایش درون چاهی
- پروپوزال ارائه خدمات آموزشي و تحقيقاتي مرتبط با تكنولوژي مخزن هوشمند براي شركت توسعه پترو ايران
- مطالعه جامع و برنامه‌ریزی راهبردی کسب تکنولوژی مخازن هوشمند
- استفاده از سيستم‌های تحليل‌گر هوشمند در شناسايی خواص سيال مخزن
- انجام چند پایان‌نامه دانشجویی کارشناسی ارشد از دانشگاه‌های صنعتی شریف، صنعتی امیرکبیر و دانشگاه صنعت نفت با موضوع چاه هوشمند
- ارائه بیش از 20 مقاله در زمینه چاه هوشمند در مجلات علمی پژوهشی، ISI و کنفرانس‌هاي بین‌المللی که تعدادی از آنها در ادامه آورده شده است.
- تالیف یک کتاب با عنوان «تكنولوژي مخزن هوشمند».
منابع:
نام نشریه | عنوان مقاله | ردیف |
“پژوهش نفت “پژوهشگاه صنعت نفت | طراحی و ساخت اولین چاه هوشمند خاورمیانه و برنامه نویسی نرم افزار بررسی خواص نفت درآن | 1 |
Journal of Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects | Statistical Analysis of the Added Value by Intelligent Well Application under Reservoir Uncertainty | 2 |
نشریه علوم دانشگاه خوارزمی (تربیت معلم) | بهینه سازی تولید نفت در چاههای هوشمند با روش های طرح آزمایش سطح رویه پاسخ(RSM) | 3 |
نشریه زمین شناسی نفت ایران | ارائه يک روش جامع براي تعيين ضريب اهميت عوامل زمين شناسي، محيط زيست و اقتصادي براي بکارگيري فناوري چاه نفتي هوشمند | 4 |
مجله اکتشاف | مولفه هاي تكنولوژي ميدان هوشمند تاريخچه و الگوريتم عملكرد | 5 |
مجله اکتشاف | بررسي فني و اقتصادي فناوري ميادين هوشمند در ميادين نفت و گاز | 6 |
مجله اکتشاف | توسعه فناوری در صنایع بالادستی نفت و گاز | 7 |
1st International and 5th National Conference on management of Technology | استراتژی تحقيق و توسعه تکنولوژی مخازن و چاههای هوشمند | 8 |
2009 Society of Petroleum Engineers (SPE) Saudi Arabia Section Technical Symposium and Exhibition | Designing & Constructing a Pilot of Artificial Intelligent Well | 9 |
The 15th IIES Conference and Exhibition – Technology & Innovation in Oil and Gas Industry | Strategy Technology Plan- Using Smart Technology Case Study | 10 |
14th International Oil, Gas & Petrochemical Congress | Application of Smart Technology for Production Optimisation in Oil Fields | 11 |
14th International Oil, Gas & Petrochemical Congress | Economics Evaluation of Smart Well Technology-A case Study | 12 |
2009 Society of Petroleum Engineers (SPE) Saudi Arabia Section Technical Symposium and Exhibition | Smart Well – Benefits, Type of Sensors, Challenges , Economic Considerations and Application in Fracture Reservoir | 13 |
2nd National Iranian Petroleum Engineering Congress | A Literature Review on Intelligent Field and Well Technology | 14 |
The 20th World Petroleum Congress (20th WPC), 2011 | Fast Screening Method for Implementing Intelligent Field Technology: Using Real Case Studies | 15 |
در پژوهشگاه صنعت نفت، به لحاظ اهميت تکنولوژی مخزن هوشمند، طرحی با همين عنوان به تصويب رسيده است. پروژه «طراحی و تهيه نمونه اوليه پويانما در اندازه سانتی‌متری و ساخت چاه مصنوعی کنترلی در سطح زمين» به عنوان اولين پروژه از اين طرح، با هدف تمرکز بر چگونگی داده‌گيری درون‌چاهی و پردازش آنها انجام شده است.
طرح شاخص سیمان
طراحي نوين دوغابهاي سيمان فوق‌سبك با استفاده از نانوتكنولوژي
نوآوري و آفرينش علمي و صنعتي، نخستين شرط زندگي شرافت‌مندانه ملتي است كه مي‌خواهد مستقل و سربلند زندگي كند. استعداد ملت ايران اين قدرت را به فرزندان اين مرز و بوم بخشيده است تا نقش شايسته‌اي در پيشرفت دانش جهاني بر عهده گيرند. کارکنان سخت‌كوش پژوهشگاه صنعت نفت با تكيه بر رسالتي كه بر دوش دارند، از اين قاعده مستثني نبوده و تمام توان علمي و پژوهشي خود را در راستاي نيل به اهداف تعيين‌شده به‌كار گرفته و خواهند گرفت. با اين مقدمه به استحضار مي‌رساند، در سال 1384 شركت ملي مناطق نفتخيز جنوب، پروژه‌اي تحت عنوان «طراحي و فرمولاسيون دوغابهاي سيمان فوق‌سبك» را به واحد پژوهش حفاري مركز مطالعات اكتشاف و توليد پژوهشگاه صنعت نفت واگذار كرد. بعد از يك سال تحقيق و بررسي‌هاي همه‌جانبه و حمايت كارفرماي پروژه، در نهايت تهيه و فرمولاسيون دوغاب فوق‌سبك با بهره‌گيري از فناوري نانو و با تكيه بر تكنولوژي توزيع دانه‌بندي ذرات در مقياس آزمايشگاهي نتيجه داد. لازم به ذكر است كه اين مهم براي اولين بار در سطح دنيا محقق شده و كشورهاي صاحب‌نظر و شركتهاي بزرگ نفتي، تا كنون قادر به طراحي چنين دوغابي نشده بودند. از آن‌جا كه پروژه‌هاي تحقيقاتي وقتي تاثير واقعي خود را بر پيكره صنعت مي‌گذارند كه بتوانند در مقياس ميداني نيز قابل اجرا و اثربخش باشند، طبق درخواست كارفرما، بخش دوم پروژه كه انجام تست ميداني يافته‌هاي پروژه بود، در شهريور سال 1392 انجام شد. يادآور مي‌شود كه تا تاريخ يادشده، اجراي آزمايش ميداني براي پروژه‌هاي تحقيقاتي كه در مقياس آزمايشگاهي توفيق داشته‌اند ميسر نشده بود، لذا از اين جهت نيز ميتوان اين موفقيت را گامي طلايي در راستاي خودكفايي علمي و صنعتي كشور برشمرد.
سيمان طراحي‌شده در چاه 341 ميدان مارون كه يكي از حساس‌ترين و سخت‌ترين مناطق عملياتي است، اجرا و نتايج به‌دست‌آمده بر اساس آزمايش‌هاي كنترل كيفي كارفرما و شركت بين‌المللي كاملا رضايت‌بخش و موفق گزارش شده است. بديهي است كه انجام سيمانكاري مطلوب پشت لوله‌هاي جداري يا آستري چاههاي نفتي و گازي مي‌تواند باعث طول عمر چاه و افزايش بهره‌وري از آن شود. خاطرنشان مي‌شود، در عمليات مشابهي كه در سال گذشته توسط شركتهاي معتبر خارجي در منطقه انجام شد، توفيقي حاصل نشده بود.
در پي اين توفيق بزرگ، كارفرماي پروژه درخواست انجام عمليات سيمانكاري پانزده حلقه چاه ميدان مارون را با استفاده از طراحي نوين دوغاب سيمان فوق‌سبك به پژوهشگاه صنعت نفت ارائه كرد. از اهم قراردادهاي منعقده در اين خصوص ميتوان به قرارداد سيمانكاري 25 حلقه چاه ميدان مارون مناطق نفتخيز جنوب به ارزش 30 ميليارد ريال و قرارداد سيمانكاري 2 حلقه چاه ميدان آغار و كنگان شركت ملي مناطق نفت مركزي به ارزش 5 ميليارد ريال اشاره كرد كه 17 حلقه از آن با موفقيت کامل به اتمام رسيده است و مابقی آن در حال انجام می باشد. از دستاوردهاي اجراي اين قرارداد، علاوه بر كسب درآمد قابل قبول براي پژوهشگاه ميتوان به مواردي از قبيل افزايش عمر چاه، بالا رفتن بازدهي توليد، جلوگيري از مهاجرت گاز و كاهش هزينه ناشي از چندمرحله‌اي‌شدن سيمان اشاره كرد.
ارزش افزوده اجراي دستاوردهاي پروژه طراحي دوغابهاي سيمان سبك و فوق‌سبك
يكي از پرهزينه‌ترين فعاليت‌هاي عمليات حفاري، سيمانكاري چاههاي نفتي و گازي است و عدم توفيق در آن علاوه بر اتلاف زمان و صرف هزينه‌هاي گزاف، خسارات جبران‌ناپذيري به منابع هيدروكربوري وارد مي‌آورد، به همين جهت براي روشن شدن اهميت موضوع، در زير به‌صورت مطالعه موردي، هزينه وارده بر چاه در اثر ضعف عمليات سيمانكاري از سه نظر مورد بررسي قرار گرفته است. هزينه يك بشكه دوغاب سبك طراحي‌شده به روش سنتي در حدود 200 يورو است. چنانچه دوغاب فوق‌سبك توسط شركتهاي خارجي طراحي شوند، اين رقم به يك هزار يورو افزايش مي‌يابد. با طراحي دوغاب به روش پژوهشگاه، هزينه يك بشكه دوغاب تقريبا معادل 500 يورو است. با توجه به اين كه در طول عمليات سيمانكاري چاه، دست‌كم دويست بشكه دوغاب سيمان فوق‌سبك مورد نياز است، با اجراي طرح پژوهشگاه، در هر چاه 100 هزار يورو صرفه‌جويي مي‌شود. با توجه به اين كه در طول سال بيش از 50 حلقه چاه با اين روش سيمانكاري مي‌شود، مبلغ كلي صرفه‌جويي به ده‌ها ميليارد تومان خواهد رسيد. چنانچه عمليات سيمانكاري ناموفق بوده و باعث از بين رفتن چاه شود، هزينه حفاري مجدد چاه روزانه حداقل 100 ميليون تومان است. با توجه به اين كه حفر يك چاه به طور متوسط 100 روز به طول مي‌انجامد، در صورت مطلوب بودن عمليات سيمانكاري، 10 ميليارد تومان در هر چاه صرفه‌جويي خواهد شد. در صورت عدم موفقيت سيمانكاري و بروز خسارت به سازندهاي توليدي، ميزان توليد در چاه يا كاهش خواهد يافت و يا كاملا از بين خواهد رفت. ميزان خسارات ناشي از اين امر قابل محاسبه نبوده و ضرر وارده، جبران‌ناپذير است و باعث كاهش درآمد قابل توجه ملي در طول ساليان متمادي خواهد شد.
دليل برتري نسبت به روش‌های سنتی
استفاده از تكنولوژي توزيع دانه‌بندي ذرات براي سيمانكاري پشت لوله‌هاي جداري و آستري چاهها به منظور بالا بردن كيفيت دوغاب و عمليات سيمانكاري و افزايش عمر مفيد چاه و به حداقل رساندن ريسك عمليات، از مزاياي جديدترين تكنولوژي ساخت دوغاب سيمان بوده كه داراي ارزش افزوده فراوان در صنعت حفاري است. همان‌گونه كه مي‌دانيم، بسياري از مخازن نفتي و گازي ايران به‌علت افت فشار مخزن و بالا بودن وزن دوغاب، همواره با هرزروي‌هاي شديد مواجه است. براي مقابله با اين مشكل، وزن دوغاب سيمان مي‌بايست تا 60 pcf كاهش يابد. تحقيقات گسترده‌اي بر روي مواد افزودني سبك‌وزن كه قادر به كسب استحكام تراكمي سريع و بالا باشد انجام پذيرفته است. پيشرفت‌هاي اخير در تكنولوژي اندازه ذرات، منجر به كشف يك ماده جديد سبك‌كننده ريز با نتايج استثنائي شده است. دليل برتري اين تكنولوژي نسبت به روشهاي سنتي، بالا بودن مقاومت، كاهش زمان انتظار، پوشش سيماني محكم، طراحي آسان، امكان بالاي پيش‌گيري از مهاجرت گاز، پائين بودن نفوذپذيري و خلل و فرج موجود در سنگ سيمان است. در روشهاي جديد طراحي دوغاب با تكنولوژي توزيع دانه‌بندي ذرات در پژوهشگاه صنعت نفت، در واقع سيستمي مشابه سيستم توليد بتون براي ساخت دوغابهاي مناسب در نظر گرفته شده است كه ضمن بالا رفتن كيفيت سيمانكاري چاه، مقاومت تراكمي سنگ سيمان نيز به‌طور چشم‌گيري افزايش مي‌يابد.
با تنظيم توزيع دانه‌بندي از نظر اندازه، رئولوژي دوغاب به طور محسوسي بهبود مي‌يابد. بر اساس اين تئوري، مخلوط و پمپ شدن دوغاب نيز به‌خوبي انجام خواهد پذيرفت. با افزايش تنوع اندازه ذرات جامد در دوغابها با سايزهاي متفاوت، تخلخل و نفوذپذيري كاهش و مقاومت تراكمي افزايش مي‌يابد و به همين سبب، مهار مهاجرت گاز در اين روش به‌خوبي انجام خواهد پذيرفت.
استفاده از دوغابهاي سبك با تكنولوژي پژوهشگاه نياز به تجهيزات خاصي ندارد. براي اولين بار، اين تكنولوژي به‌صورت آزمايش ميداني در چاه شماره 341 مارون با موفقيت انجام پذيرفت. متعاقب اين توفيق، شركتهاي معتبر نفتي در ايران از جمله شركت ملي مناطق نفتخيز جنوب، شركت ملي حفاري و شركت نفت مركزي ايران و همچنين چند شركت پيمانكار داخلي و خارجي، خواستار به‌كارگيري دستاوردهاي حاصله از تكنولوژي مذكور شدند. لازم به توضيح است، قبل از ارائه اين تكنولوژي، شركتهاي معتبر خارجي طراحي دوغابهاي فوق‌سبك چاههاي ايران را به قيمتهاي بسيار گزاف بر عهده داشتند كه هيچ‌يك از عمليات مذكور، موفقيت‌آميز نبوده است.
شرح تكنولوژي
طراحي دوغاب با تكنولوژي نانوذرات، ضمن بهينه‌سازي سيمانكاري چاه، كيفيت بالاي مقاومت تراكمي سنگ سيمان را نيز باعث مي‌شود. با تنظيم اندازه ذرات جامد، رئولوژي دوغاب بهتر تنظيم مي‌شود و با افزايش سطح ويژه دانه‌ها، چگالي مخلوط نيز كم‌تر شده و براي طراحي سيمان‌هاي فوق‌سبك با نرخ فشار پايين بسيار ايده‌آل است. نانوافزودني‌ها خواص ويژه‌اي نظير پايداري، كيفيت و قابليت استفاده شدن به سيمان چاه نفت بخشيده و در حفاري چاههاي عميق و بسيار عميق و در مكان‌هاي بسيار سرد، خواص مطلوبي از جمله تراكم‌پذيري اوليه و زمان بندش مناسب به سيمان مي‌دهد. با توجه به اين كه استفاده از نانوذرات باعث تسريع در زمان بندش مي‌شود، زمان انتظار براي حفاري مجدد (WOC=Wait On Cement) كم‌تر شده و حفاري با سرعت بيش‌تري ادامه مي‌يابد. علاوه بر موارد فوق، همان‌گونه كه پيش‌تر گفته شد، افزايش مقاومت تراكمي و كاهش تخلخل و تراوايي و در نهايت، كنترل و مهار مهاجرت گاز و سيال از درون ستون سيمان از مزاياي ديگر استفاده از نانوذرات در طراحي دوغاب سيمان است. در روشهاي جديد طراحي دوغاب با تكنولوژي نانوذرات، سيستمي مشابه سيستم توليد بتن براي ساخت دوغابها در نظر گرفته شده كه ضمن بهسازي سيمانكاري چاه، كيفيت بالاي مقاومت تراكمي را نيز باعث مي‌شود.
با تنظيم توزيع اندازه ذرات جامد، رئولوژي دوغاب با استفاده از تنوع اندازه ذرات بهتر تنظيم مي‌شود كه اين امر براي ساخت دوغابهاي فوق‌سبك (45 پوند بر فوت مكعب) در چاه‌هايي با نرخ فشار پايين حايز اهميت است. از آن‌جا كه بعضي از دوغابهاي سيمان از نظر اندازه ذرات جامد، تك‌سايز هستند، ساختار آنها به صورت جعبه‌اي پر از فضاهاي خالي بين ذرات جامد است. در يك دوغاب واقعي، فضاي خالي ميان ذرات جامد توسط آب يا هوا پر مي‌شود (شكل 1). در سيستم توزيع ذرات دوغاب، محدوده‌اي از سايزهاي ذرات به دقت انتخاب مي‌شوند. با افزايش ذرات جامد در دوغاب با سايزهاي متفاوت، تخلخل و نفوذپذيري كاهش و مقاومت تراكمي افزايش مي‌يابد؛ همچنين احتمال كنترل و مهار مهاجرت گاز در اين روش به دليل كاهش تخلخل و نفوذپذيري سيمان بسيار افزايش خواهد يافت. با تنظيم توزيع اندازه ذرات جامد در مخلوط خشك، مقدار ذرات جامد در واحد حجم دوغاب افزايش مي‌يابد كه خود منجر به افزايش مقاومت تراكمي و كاهش تخلخل و تراوايي مي‌شود.
سيمان‌هاي سبك‌وزن، نقش انكار‌ناپذيري در سيمانكاري اوليه ايفا مي‌كنند. دليل اصلي استفاده از اين‌گونه سيمان‌ها، كاهش فشار هيدرواستاتيك سيمان در برابر سازندهاي ضعيف و افت فشار مخزن است. سيمانكاري آستري‌هاي بعضي از مخازن ايران براي سال‌هاي زيادي به عنوان يك معضل مطرح بوده است. در اين مخازن، به علت افت فشار مخزن و بالا بودن وزن دوغاب، هرزروي همواره شديد بوده و براي مهار اين پديده، ضروري است كه وزن دوغاب سيمان تا حدود 45 پوند بر فوت مكعب تنزل يابد. به همين دليل، تحقيقات گسترده‌اي بر مواد افزودني سبك‌وزن كه تاثير منفي بر روي استحكام تراكمي نداشته باشد، انجام شده است. پيشرفت‌هاي اخير در تكنولوژي اندازه ذرات منجر به دستيابي به يك ماده سبك‌كننده ريز (نانوذره به اندازه20 نانومتر، سطح ويژه 250g/m2و با نام تجاري HSL) با نتايج استثنايي شده است. در سيستم جديد طراحي، به منظور حصول نتايج مطلوب و ويژه، علاوه بر نوع اندازه ذرات، عوامل ديگري نيز به شرح ذيل حايز اهميت است:
- حجم
- نوع و طبيعت جامدات در تركيب خشک
- افزودني‌هاي شيميايي مورد استفاده در طراحي
چگالي دوغاب عمدتا به نسبت آب به جامد وابسته است؛ با افزايش اين نسبت، ضعف در ايزولاسيون ناحيه‌اي بسيار محتمل است. به‌عنوان مثال، در سيمانكاري آستري مخزن ميدان مارون، زماني كه مقاومت تراكمي بالا مورد نياز است، تخلخل كم‌تر از 38 درصد مد نظر خواهد بود. دوغابهاي با تخلخل بسيار كم را ميتوان با بهينه‌سازي تركيب به‌دست آورد. دستيابي به اين گونه دوغابها بدون استفاده از توزيع دانه‌بندي ذرات غيرممكن است. بر مبناي فرضيه ابداعي با تنظيم اندازه ذرات متفاوت در تركيب خشك، دوغابهاي سبك‌وزن با كارآيي بالا را ميتوان در محدوده چگالي‌هاي 6 تا PPG 12/03 طراحي كرد، در حالي كه دوغابهاي سبك‌وزن با روشهاي متداول، نتايج بسيار نااميد‌كننده‌اي در پي خواهد داشت. ابداع چنين تكنولوژي نوين، توسعه دوغابهاي سيمان با وزن 6 پوند بر گالن را كه از لحاظ جداسازي لايه‌اي، عملكردي شبيه‌دوغاب‌هاي سنتي با وزن 15/8 پوند بر گالن دارند، تأمين كرده است.
