(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

 
چکیده

در این پژوهش تأثیر دما و ترکیب گاز تزریقی بر عملکرد فرازآوری با گاز مورد مطالعه قرار گرفت. به این منظور با ارائه یک مدل ترکیبی جدید برای جریان چند فازی در چاه، یک نرم­افزار شبیه­ساز ترکیبی با قابلیت شبیه­سازی فرایند فرازآوری با گاز تهیه شد. با بهره گرفتن از این نرم­افزار تأثیر تزریق گازهایی با ترکیب و دماهای مختلف بر عملکرد فرازآوری با گاز مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می­ دهند در مقایسه با گازهای متان، اتان، گاز جدا شده از نفت و کربن­دی­اکسید، به ترتیب گاز نیتروژن و گاز دودکش بهترین عملکرد را در کاهش افت فشار درون چاه دارند و دبی تولید چاه را بیشتر از سایر گازهای بررسی شده افزایش می­دهند. همچنین نتایج نشان می­ دهند تغییر دمای گاز تزریقی تأثیر قابل توجهی بر افت فشار و دبی تولید چاه ندارد.

کلمات کلیدی: فرازآوری با گاز، مدلسازی ترکیبی چاه، جریان چند فازی در چاه، مدل مکانیستیک

 

 

فهرست

 

فصل اول: مقدمه. 1

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته. 8

2-1-مدل­های جریان دو فازی و انتقال حرارت در چاه. 9

2-1-1- روابط تجربی.. 9

2-1-2- مدل­های مکانیکی.. 11

2-1-2-1- مدل­های همگن و جریان رانده. 12

2-1-2-2- مدل­های دو سیالی یا چند سیالی.. 13

2-1-3- مدل­های انتقال حرارت در چاه. 13

2-2- شبیه سازی هم زمان چاه و مخزن.. 14

2-3- بررسی اثر فرض تعادل بین فازها در محاسبات جریانهای چندفازی.. 15

2-4- فرازآوری با گاز. 17

فصل سوم: مبانی نظری.. 19

3-1- مقدمه. 20

3-2- مدل جریان چند فازی.. 20

3-2-1- پارامتر­های بنیادی جریان چند فازی.. 20

3-2-2- رژیم­های جریان.. 23

3-2-2-1- گذار رژیم حبابی _ رژیم لخته ای.. 25

3-2-2-2- گذار به رژیم جریان حبابی پراکنده. 26

3-2-2-3- گذار به رژیم جریان حلقوی.. 27

3-2-2-4-طول ورودی برای رژیم جریان کف آلود یا انتقالی.. 27

3-3- محاسبه خواص سیالات.. 30

فصل چهارم: مدل جدید چاه و شبیه سازی.. 33

4-1- مقدمه. 34

4-2- هندسه سیستم.. 34

4-3- معادلات حاکم بر سیستم.. 36

4-3-1-موازنه جرم. 36

4-3-2-موازنه مومنتم.. 38

4-3-3- موازنه انرژی.. 40

4-4- مقدار­های مرزی.. 41

4-5- روند حل مسأله. 42

4-6- اعتبار سنجی مدل.. 44

فصل پنجم: نتایج، بحث و پیشنهادها 52

5-1-مقدمه. 53

5-2- نتایج.. 53

5-2-1- بررسی تأثیر پارامتر­های مختلف فرازآوری با گاز بر پروفایل فشار در چاه. 53

5-2-1-1- تأثیر ترکیب گاز تزریقی بر پروفایل فشار. 54

5-2-1-2- تأثیر دمای گاز تزریقی بر پروفایل فشار. 61

5-2-1-3- تأثیر دبی حجمی گاز تزریقی بر پروفایل فشار. 65

5-2-1-4- تأثیر عمق تزریق گاز بر پروفایل فشار. 68

5-2-2- بررسی تأثیر پارامتر­های مختلف فرازآوری با گاز بر افزایش تولید چاه. 71

5-2-2-1- تأثیر ترکیب گاز تزریقی بر دبی تولید چاه. 72

5-2-2-1-1-  تأثیر تزریق گازهای مختلف بر تغییر رفتار فازی سیال درون چاه. 75

5-2-2-2- تأثیر دمای گاز تزریقی بر دبی تولید چاه. 80

5-2-2-3- تأثیر عمق تزریق گاز بر دبی تولید چاه. 82

5-3- نتیجه گیری.. 84

5-4-پیشنهادها 86

منابع.. 87

 

فهرست جدول ها

 

جدول4- 1: درصد مولی نفت استفاده شده (نفت سیاه) 45

جدول4- 2:  مشخصات چاه تولیدی.. 45

جدول4- 3: پروفایل دما و فشار محاسبه شده توسط نرم افزار OLGA.. 47

جدول4- 4: پروفایل دما و فشار محاسبه شده توسط نرم افزار PVTi 48

جدول4- 5: پروفایل فشار و دمای محاسبه شده توسط شبیه ساز ارائه شده. 49

جدول 5- 1: پروفایل فشار چاه برای چهار حالت بدون فرازآوری با گاز، فراز آوری با متان، اتان و گاز جداکننده  55

جدول 5- 2: پروفایل فشار چاه برای چهار حالت بدون فرازآوری با گاز، فراز آوری با نیتروژن، کربن دی اکسید و گاز دودکش     58

جدول 5- 3: پروفایل فشار برای سه حالت تزریق نیتروژن در دمای 350، 550 و 750 کلوین.. 63

جدول 5- 4: پروفایل فشار برای چهار حالت بدون فراز آوری و تزریق نیتروژن در نرخ­های 100، 300 و 500 میلیون فوت مکعب استاندارد در روز. 66

جدول 5- 5: پروفایل فشار برای چهار حالت تزریق نیتروژن در عمق­های 2461، 3117، 3445 و4101 فوت   69

جدول 5- 6: مشخصات سیستم چاه و مخزن.. 72

جدول 5-7: دبی تولید در نرخ­های متفاوت تزریق گاز برای گازهای مختلف… 73

جدول 5-8: دبی تولید برای فرازآوری با گازهای مختلف در سه دمای متفاوت.. 80

جدول 5-9: دبی تولید برای عمق­های مختلف تزریق نیتروژن.. 83

 

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل ها

 

شکل 1- 1: : شمای کلی و مرحله به مرحله فرازآوری با جریان پیوسته گاز. 5

شکل 3- 1:رژیم­های جریان در یک خط لوله عمودی   24

شکل 3- 2: نقشه رژیم جریان برای مخلوط آب و هوا در دمای 25 درجه سانتیگراد و فشار 10 نیوتن بر سانتیمتر مربع  در یک لوله به قطر 5 سانتی متر. 29

شکل 3- 3: فلو چارت محاسبات تبخیر آنی.. 31

شکل 4- 1: شکل و نحوه بلوک بندی چاه. 35

شکل 4- 2: فلوچارت مدلسازی جریان چند فازی در چاه. 43

شکل 4- 3: نمودار مقایسه پروفایل فشار محاسبه شده توسط مدل ارائه شده و دو نرم افزار تجاری.. 50

شکل 4- 4: نمودار مقایسه پروفایل دمای محاسبه شده توسط مدل ارائه شده و نرم افزار OLGA.. 50

شکل 5- 1:نمودار پروفایل فشار چاه برای چهار حالت بدون فرازآوری با گاز، فراز آوری با متان، اتان و گاز جداکننده  56

شکل 5- 2: نمودار پروفایل فشار چاه برای چهار حالت بدون فرازآوری با گاز، فراز آوری با نیتروژن، کربن دی اکسید و گاز دودکش     59

شکل 5- 3:پروفایل فشار چاه برای پنج حالت بدون فرازآوری با گاز، فراز آوری با متان، گاز جداکننده، کربن دی اکسید و نیتروژن   60

شکل 5- 4: نمودار پروفایل دما برای سه حالت تزریق نیتروژن در دمای 350، 550 و 750 کلوین.. 62

شکل 5- 5: نمودار پروفایل فشار برای سه حالت تزریق نیتروژن در دمای 350، 550 و 750 کلوین.. 64

شکل 5- 6: نمودار پروفایل فشار برای چهار حالت بدون فراز آوری و تزریق نیتروژن در نرخ­های 100، 300 و 500 میلیون فوت مکعب استاندارد در روز. 67

شکل 5- 7: نمودار پروفایل فشار برای چهار حالت تزریق نیتروژن در عمق­های 2461، 3117، 3445 و4101 فوت   70

شکل 5- 8: نمودار دبی تولید در نرخ­های متفاوت تزریق گاز برای گازهای مختلف… 73

شکل 5- 9: نمودار فازی سیال مخزن.. 76

شکل 5- 10: نمودار فازی مخلوط سیال مخزن و گاز تزریقی متان.. 77

شکل 5- 11: نمودار فازی مخلوط سیال مخزن و گاز تزریفی نیتروژن.. 77

شکل 5- 12: نمودار سرعت ظاهری فاز گاز در طول چاه برای دو حالت فراز آوری با متان و نیتروژن.. 79

شکل 5- 13: نمودار دبی تولید برای فرازآوری با گازهای مختلف در سه دمای متفاوت.. 81

شکل 5- 14: نمودار دبی تولید برای عمق­های مختلف تزریق نیتروژن.. 83

فهرست علائم اختصاری

 

 
A
مساحت سطح مقطع لوله مغزی (  )
 
 
ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابت (  )
d
قطر چاه  ( m )
 
 
f
ضریب اصطکاک
 
g
شتاب گرانش زمین (  )
 
 
گرادیان زمین گرمایی (  )
 
h
آنتالپی (  )
 
 
ماند مایع
 
 
ماند گاز
 
 
جرم ورودی از مخزن به چاه (  )
 
 
جرم ورودی توسط گاز تزریقی به چاه (  )
 
MW
جرم ملکولی (  )
 
 
تعداد کل جزء­های سیال مخزن
 
 
تعداد کل جزءهای گاز تزریقی
 
 
تعداد فازها
 
P
فشار  (  )
 
 
گرمای منتقل شده بین چاه و محیط اطراف  (  )
 
R
ثابت جهانی گازها (  )
 
T
دما ( K )
 
U
ضریب انتقال حرارت کل (  )
 
v
سرعت واقعی (  )
 
 
سرعت واقعی گاز تزریقی (  )
 
 
جزء مولی جزء i در مایع
 
 
جزء مولی جزء i در بخار
 
z
محور مختصات عمود بر سطح زمین
 
Z
ضریب تراکم­پذیری
 
 
 
 
علائم یونانی
 
 
λ
ماند در شرایط عدم لغزش
 
μ
گرانروی (  )
 
ρ
چگالی (  )
 
 
چگالی گاز تزریقی (  )
 
σ
کشش بین سطحی (  )
 
 
جرم منتقل شده بین دو فاز (  )
 
 
 
 
زیر­وندها
 
 
g
گاز
 
i
جزء i
 
j
فاز j
 
l
مایع
 
m
مخلوط
 
s
ظاهری
 
v
بخار
بیشتر مخازن نفت دنیا از نوع مخازن حجمی هستند که با مکانیزم انبساط گاز محلول، تولید می­ کنند. در صورتی که مکانیزهای طبیعی رانش (مانند آبران یا کلاهک گازی) یا مکانیزم­های تثبیت فشار (مانند تزریق آب یا گاز) در مخازن موجود نباشند،  مخازن با ادامه تولید دچار افت فشار می­شوند و با گذشت زمان قادر نخواهند بود با یک دبی اقتصادی به تولید ادامه دهند. در اینگونه موارد تنها راه، افزایش دادن اختلاف فشار تولید با کم کردن فشار ته چاه با بهره گرفتن از روش­های فرازآوری مصنوعی است. (Guo et al. 2011)

چند نمونه از روش­های معمول فراز آوری مصنوعی موارد زیرند:

فراز آوری با گاز
استفاده از پمپ­های الکتریکی شناور
استفاده از پمپ­های میله ای
استفاده از پمپ­های پیستونی هیدرولیکی
استفاده از پمپ­های جت هیدرولیکی