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 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].
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.
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.
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.
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 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].
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.
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
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