بررسی روشهای کنترل تولید ماسه از مخازن نفت و گاز

تولید ماسه یکی از مشکلات رایج در مخازن ماسه سنگی علی الخصوص مخازن با سنگ های سست[1] می­باشد که در فازهای مختلف تولید نفت از درون منافذ سنگ مخزن تا تجهیزات سطحی موجب ایجاد مشکلاتی می­شود. ماسه تولیدی موجب انسداد حفرات سنگ مخزن و کاهش تراوایی سنگ نزدیک دیواره چاه شده و همچنین آسیب جدی تجهیزات درون چاهی و تجهیزات سطحی را به دنبال دارد. برای مقابله با چالش تولید ماسه دو رویکرد وجود دارد: رویکرد اول بر مبنای پیشگیری از تولید ماسه و رویکرد دوم بر مبنای کنترل ماسه تولیدی می­باشد [1-3]. برای بررسی روشهای کنترل تولید ماسه از مخازن نفت و گاز همراه با دریلینگ استور باشید.

نویسندگان :علی بیت سعید، حجت رضایی

با استفاده از مطالعات و مدل­های ژئومکانیکی سنگ مخزن و بررسی تنش­های اطراف چاه، می­توان به پیش­بینی شروع تولید ماسه پرداخت. این مدلسازی­ها شرایط تولید ماسه را پیش­بینی نموده و عوامل جلوگیری از تولید آن را بهینه­سازی می­کند که بر مبنای رویکرد اول است. روش­های استفاده شده برای جلوگیری از ایجاد نیروی محرکه تولید ماسه شامل کاهش دبی تولیدی و مشبک­ کاری مایل و افزایش تعداد مشبک­ها در واحد طول است.

 برای کنترل و مدیریت چاهی که در حال حاضر تولید ماسه می­کند باید از رویکرد دوم بهره جست که شامل روش­های مکانیکی و شیمیایی می­باشد. در روش­های مکانیکی، از یک غشای متصل به دیواره چاه که در آنجا سرعت سیال تولیدی به بیشینه مقدار خود می­رسد، برای کنترل و مهار ماسه تولیدی استفاده می­شود. روش شیمیایی بر پایه تزریق مواد شیمیایی برای استحکام افزایی سنگ مخزن استوار است. این نوشتار بیشتر بر روی روش­های شیمیایی کنترل ماسه متمرکز شده است.

روش­های مکانیکی کنترل تولید ماسه

روش­های مکانیکی شامل استفاده از توری سیم پیچی شده، گراول پک، توری فشرده شده و توری قابل انبساط هستند. تفاوت این روش­ها در نوع فیلتر کاربردی است [4,5].

توری سیم پیچی شده

 تولید ماسه در این روش براساس توقف ذرات ماسه در پشت کانال­ها و عبور دهی سیال تولیدی از داخل آستری است. این نوع آستری از لوله­ های شیاردار با کانال­های باریک که داخل آن سیمی با سطح مقطع ذوزنقه یا مثلثی قرار دارد، تشکیل شده است.

گراول پک

دراین روش دانه ­های گراول نقش صافی داشته و داخل توری مناسب قرار داده می­شوند. با استفاده از دانه بندی­های مناسب گراول بر اساس نوع ماسه سازندی می­توان از تولیدات ذرات ماسه جلوگیری کرد. 

توری فشرده شده

در صورتی که مقدار ماسه تولیدی بیش از حد بوده و روش­های گراول پک و توری سیم پیچی شده قادر به مهار ماسه تولیدی نباشند، از روش توری فشرده استفاده می­شود. این روش از دو توری داخلی و خارجی که فضای بین آنها از ماسه های به هم چسبیده پر شده، تشکیل شده است.

توری قابل انبساط

این روش از سه لایه قابل انبساط تشکیل شده است که شامل غشا، رویه محافظ خارجی قابل انبساط و توری قابل انبساط است. غشای میانی نقش اصلی مهار ماسه تولیدی را بر عهده دارد. مزیت قابلیت انبساط این لایه­ ها موجب بازدهی بیشتر این روش در مقایسه با سایر روش­های مکانیکی می­شود [6].

روش­های شیمیایی کنترل ماسه

روش­های مکانیکی زمان بر بوده و در نتیجه منجر به افزایش هزینه­ های عملیاتی می­شوند و برای مخازن ماسه سنگی سست دارای چالش­های زیادی است. لذا توجه به روش­های جایگزین مانند روش­های شیمیایی کنترل ماسه دارای اهمیت زیادی است. در روش­های شيميايي با هدف افزايش استحکام سازند، تزريق مواد در اطراف دهانه چاه انجام مي­شود. مواد تزريقي همانند چسب عمل کرده و از حرکت دانه­ هاي ماسه جلوگيري مي­کنند. مهمترين مشکل در  روش شیمیایی، کاهش تراوايي سنگ مخزن ناشي از پر شدن قسمتي از فضاي منافذ سازند توسط مواد تزریقی است. روش­های شیمیایی به دو دسته کلی تقسیم یندی می­شوند که شامل شن پوشیده با رزین به عنوان فیلتر ته چاهی بدون استفاده از توری است و روش استحکام افزایی درجا با تزریق مواد شیمایی که موجب استحکام ذرات ماسه درون مخزن شده و از تولید آن جلوگیری می­کند. در ادامه این نوشتار به معرفی بیشتر روش­های شیمیایی استحکام افزایی درجا پرداخته می­شود [7].

مواد شیمیایی پایه رزینی

تاکنون رزین­ها بیشترین استفاده را در کنترل تولید ماسه داشته­اند. رزين­ها پليمرهاي مايع با قابليت تغيير فاز به حالت جامد هستند. استحکام افزایی با استفاده از رزین اپوکسی[6]، رزین فنولیک آلدهید[7] و رزین فران[8]  استفاده گسترده­ای در تولید از چاه های نفت و گاز داشته اند. این رزین­ها تا دمای حدود 80 درجه سانتی­گراد عملکرد خوبی دارند، ولی برای استفاده در دماهای بالاتر مناسب نیستند و دچار تجزیه حرارتی می­شود.  این سه نوع رزین دارای دانسیته بالا و خواص رئولوژی ضعیفی هستند و فرآیند آماده سازی آنها پیچیده بوده و در نتیجه منجر به افزایش هزینه­ های تولید می­شود. همچنین از دیدگاه محیط زیستی رزین­ها دارای مشکل هستند. از نظر عملیاتی، جاگذاری درست و مناسب آن­ها به درون سازند بسیار مشکل است و تجهیزات سطحی و پمپی در استفاده از آنها دارای محدودیت­هایی است. در سازندهایی با تزریق­پذیری پایین، عملیات پمپاژ رزین­ها با گرانروی بالا از نظر زمان عملیات با چالش­های جدی مواجه است [8-12]. این رزین­ها در 28 چاه از میدان فروتوال[9] مورد استفاده قرار گرفته و از این تعداد چاه، در 20 چاه عملیات موفق بوده و از تولید ماسه جلوگیری کرده است.

هیدروژل­ پلیمری

 به دليل وجود عامل شبکه­ساز در هيدروژل­هاي پليمري مقاومت اين مواد در برابر تنش­هاي قوي ناشي از پمپاژ و افت فشار، دماهاي بالا، شوري زياد و محيط­هاي شيميايي قوي (حضور H₂Sو CO₂) بیش­تر است. هیدروژل­ها دارای مزایایی مانند غلظت کم، گرانروی مناسب و قابلیت تزریق پذیری به درون مخزن، تشکیل ژل در محل تماس با ماسه و در نتیجه جلوگیری از حرکت ماسه­ و کمک به کاهش تولید آب هستند.  مهمترين پارامتر در اين روش زمان بندش هيدروژل است که مي­توان آن را در يک بازه زماني از يک ساعت تا چندين هفته بنابر نياز طراحي کرد. يکي ديگر از شاخص­هاي مهم به منظور بررسي کارايي هيدروژل در کاهش توليد ماسه ، تعيين استحکام سازند به واسطه تزريق اين مواد است. به منظور ارزيابي استحکام مکانيکي، از مقاومت فشاري تک محوره استفاده مي­شود. اين مقاومت بالاترين تنشي است که سنگ در طول مدت فشار تک محوري، مي­تواند متحمل شود. زماني که بيشترين تنش به سنگ اعمال شود، سازند استحکام مکانيکي خود را از دست داده و مرحله دوم توليد ماسه، يعني انتقال ذره­ ها توسط جريان سيال، آغاز مي­شود. هرچه کميت مقاومت فشاري بيشتر باشد ماسه پايدارتر خواهد بود. هيدروژل مناسب با تأکيد بر زمان بندش، استحکام، قابليت تزريق و طول عمر مناسب بر اساس نتيجه­ آزمايش­هاي مقاومت فشاري و رئولوژي، طراحي می­شود و پس از اطمينان از پوشش کامل بستر ماسه­ای توسط دستگاه سي تي اسکن، کارايي ژل پليمر در دستگاه سيلابزني مغزه مورد بررسي قرار می­گیرد [13-14].

شکل 1 شماتیک سیلابزنی مغزه برای بررسی عملکرد هیدروژل در کنترل تولید ماسه

رزین فومی پایه آبی

جدیدترین تکنولوژی روش­های شیمیایی مربوط به سیستم های رزینی پایه آبی است. این مواد در مقایسه با رزین­های معمولی دارای مزایای زیادی مانند دانسیته کمتر، خواص رئولوژی بهتر و پاکسازی راحت تر هستند. این رزین­های پایه آبی در حضور نیتروژن به حالت فوم نیز قابل تبدیل هستند که منجر به پوشش بهتر در نواحی مخزنی با ضخامت بالا می­شود. رزین ملامین فرمالدهید[11] از خانواده رزین­های آمینی به عنوان یک رزین پایه آبی با عملکرد عالی مورد استفاده قرار می­گیرد. همچنین غیرخورنده بوده و مقاومت دمایی بالا و خواص مکانیکی خوبی دارد [15-17].

شکل 2 تصویر میکروسکوپی رزین ملامین فرمالدهید

در تست­های آزمایشگاهی تاثیر حضور هیدرولیک اسید بر رزین ملامین فرمالدهید در عملیات اسیدکاری بررسی شد. بر اساس نتایج این تست­ها تا غلظت 10 درصد هیدرولیک اسید تاثیر چشمگیری بر عملکرد آن مشاهده نشد ولی برای اسیدهای با غلظت بالاتر نیازمند بررسی­های بیشتر می­باشد.

این روش کنترل تولید ماسه بعد از بررسی­های آزمایشگاهی از نظر بهینه­سازی غلظت افزایه­ ها و سازگاری با نفت مخزن در دو چاه از میدان نفتی شنگ­لی[12] چین با موفقیت به صورت میدانی پیاده­سازی شده است.

واحد مهندسی اسیدکاری، شرکت پترودانیال کیش

• [1] unconsolidated
• [2] Wire Wrapped Screen
• [3] Gravel Pack
• [4] Pre-packed Screens
• [5] Expandable Sand Screen
• [6] Epoxy Resin
• [7]Phenolic Aldehyde Resin
• [8] Furan
• [9]  Fruitvale
• [10]Water Base Foaming Resin
• [11] Melamine Formaldehyde Resin
• [12] Shengli