مقــاالت

[ شماره 74 ] . [ آذر 89 ] 49

w w w . n i o c . i r

بهينه سـازى رشـته تكميلـي چـاه و تأثير آن برافزايش فشار جرياني سرچاهي و دبي توليدي

مقدمه ــرايط ــاي نفت، امكان ايجاد تغيير در ش ــروزه به دليل افزايش به امــوار ــاه در حين تعمير به حدي دش ــاه و توقف توليد از چ ــي چ فيزيكــروع توليد از چاه ، تا ــده است كه پس از اتمام عمليات حفاري و ش شزماني كه چاه در حال توليد مي باشد، تفكر ايجاد تغيير يا بهينه ساختن ــد. از اين رو بهتر است ــرايط توليد، كم تر به مرز عمل يا اجرا مي رس شــان به جاي ايجاد تغيير در ساختار فيزيكي چاه و تجربه عملي مهندســازى چاه كه هر ــتفاده از نرم افزارهاي شبيه س گزينه هاي مد نظر، با اســعه و تكميل مي باشند، شرايطي را كه بايد در عمل با روز در حال توســازي كرده و با ــرف هزينه هاي باال بر روي چاه پياده نمايند، شبيه س صــه نتايج به دست آمده، بهترين گزينه را ــرايط مختلف و مقايس ايجاد ش

انتخاب و به اجرا درآورند . نرم افزار PIPESIM يكي از نرم افزارهاي موجود در شبيه سازي چاه و تأسيسات سطح االرضي است كه امروزه در بخش توليد و بهره برداري، ــيار زيادي در ارتقاي سطح دانش و فن آوري نموده است . اما كمك بســري از آن پيش ــازي و نتيجه گي ــؤالي كه پس از شبيه س مهم ترين ســده از نرم افزار ــت آم ــت كه چگونه بايد به نتايج به دس ــد اين اس مي آيــاد كرد؟ يا چه تضميني وجود دارد كه پس از صرف هزينه باالي اعتمــدف مورد نظر ــنهـادي، به هـ ــام تغييرات و اجـراي طـرح پيش انجـ

نزديك شد؟

1 mohsenmoradi2@gmail.com2 adelzadeh.m@nisoc.ir

بنابراين الزم است كه فرد پيشنهاددهنده، كليه سؤاالت مطرح شده در اين زمينه را مورد توجه قرار داده و با تجزيه و تحـليل ابعاد مختلف ــوي و قابل قبول توجـيه نمايد . ــؤاالت را با ارايه يك منطق ق طرح، ســت كه هر نرم افزار با استفاده از داده هاي ورودي، نتايجي را بديهى اســا در اين ميان، صحت اطالعات ــه عنوان خروجي نمايش مى دهد؛ ام بــازي مي تواند ــب براى شبيه س ــاب روش يا الگوي مناس ورودي و انتخــت يابى به نتايج مطلوب نقش بسيار تعيين كننده اي ايفا نمايد. در دســات صحيح و انتخاب ــروژه، جمع آوري اطالع ــمت يك پ مهم ترين قس

راه كار مناسب براى رسيدن به هدف مورد نظر است.

1ـ عوامل ايجاد افت فشار در ستون چاه

1ـ1ـ عوامل ايجاد افت فشار جرياني در سيال تك فازي

ــرح ذيل ــار جريانى به ش ــازى، عوامل ايجاد افت فش ــيال تك ف در سمى باشند[1]:

الف) افت فشار ناشي از تغييرات ارتفاع (انرژي پتانسيل)ب) افت فشار ناشي از تغييرات سرعت (انرژي جنبشي)

ج) افت فشار ناشي از اثر اصطكاك

چكيده

واژه هاى كليدى

ــرچاهي است. اين مشكل كه باعث عـد م جريان مناسب چاه و د ر اغلب موارد قطع كامل جريان به ــار س ــكالت مـوجود د ر توليد، افت فـش يكي از مهم ترين مشــأله موجب خارج شدن بسياري از چاه ها (د ر ــياري از چاه هاي ايران و ميادين نفتي د نيا را د ر بر مى گيرد. عد م توجه به اين مس ــود، بس ــي مى ش واحد هاي فرآورشــار سرچاهي ناشي از د و عامل اصلي است ؛ عامل اول، مشكالت مربوط به عملكرد مخزن و عامل ــت. افت فش ــار مخزن) از مد ار توليد گرد يد ه اس اليه هاي كم فشــت. د ر اين مقاله تنها عوامل ايجاد كنند ه افت فشار ستون چاه و راه كارهاي مناسب براى به حداقل رساند ن آن از ــكالت مربوط به عملكرد خود چاه اس د يگر، مشطريق تغيير د ر ساختار تكميل چاه با استفاد ه از نتايج نمود ارنگار توليد، آزمايش هاى مميزي فشار جرياني و ساكن و ساير اطالعات فني چاه ها با استفاد ه از نرم افزار شبيه ساز pipesim مورد بررسي قرار گرفته است. با مقايسه نتايج حاصل از نرم افزار ياد شد ه با شرايط واقعي توليد و حصول اطمينان از صحت نتايج خروجي آن، چاه شبيه سازي شد. تغيير د ر پارامترهاي مورد نظر موجب د ست يابى به نتايجى شد ه است كه اين نتايج باعث افزايش فشار جرياني و بهينه سازي توليد از چاه د ر

مقطع زمان كنوني مي گرد د.

بهينه سازي توليد، شبيه سازي چاه، رشته تكميلي

محسن مرادي1 ، دكترمحمدرضا عادل زاده2 شركت ملي مناطق نفت خيز جنوب

مقــاالت

50 [ شماره 74 ] . [ آذر 89 ]w w w . n i o c . i r

2ـ1ـ عوامل به وجود آورنده افت فشار جرياني در سيال دو فازيــياالت دو فازي انجام داد، منجر آزمايش هاى مختلفي كه Gilbert بر ســبه ميزان افت فشار در ستون چاه به ابداع يك روش گرافيكي براى محاســياالت تك فازي، عواملي كه ــده در س گرديد[2،3]. عالوه بر موارد ياد شباعث ايجاد افت فشار سياالت دو فازي در ستون چاه مي گردند عبارتند از:

الف) نسبت گاز به مايع توليدي1 ب) دبي توليدي

ج) قطر داخلي لوله مغزي2

PIPESIM 2ـ چگونگى شبيه سازي چاه و نتيجه گيري در نرم افزارــازي بايد چاهي را انتخاب نمود كه اطالعات دقيق قبل از انجام شبيه ســت كه هر قدر اين اطالعات ــد. روشن اس ــرايط توليدي آن موجود باش شدقيق تر باشند، مقايسه و نتيجه گيري نيز به واقعيت نزديك تر خواهد بود . از اين رو در اين جا براى انتخاب رابطه دو فازي، از نتايج عمليات نمودارنگار توليد چاه mn- 346 استفاده شده و پس از انتخاب رابطه ، براى مقايسه ــت. در شكل1، الگوريتم ــده اس در چاه هاي ديگر ميدان، به كار گرفته ش

چگونگى شبيه سازي و نتيجه گيري نشان داده شده است [4].

1 GLR2 Inner Diameter

ــرايط چاه بايد از يك ــازي ش ــبات در شبيه س براى باال بردن دقت محاسرابطه دو فازي مناسب استفاده كرد؛ چون در غير اين صورت نرم افزار از يك رابطه پيش فرض استفاده خواهد نمود. محاسبات انجام شده در تعدادي از چاه هاي ميدان نفتي مارون نشان مى دهد كه استفاده از رابطه پيش فرض ــن قبل از انجام هر اقدامي، ــزار، خطاي قابل مالحظه اي دارد. بنابراي نرم افــت. شكل 2 اهميت ــب اس مهم ترين كـار انتخـاب رابـطه دو فـازي مناســـان مى دهد. در اين شكل، فشـار دقت در انتخـاب رابـطه دو فـازي را نشثبـت شـده تـوسط فشـارسنج در اعمـاق مختـلف بـا خـروجى نـرم افـزار Original Beggs & Brill ــه شده است. در اين جا نرم افزار از رابطه مقايســاير رابطه هاى دوفازى پيروي مي نمايد. در ايـن نـرم افـزار مـى توان به س Duns & Ros, Hagedron & Brown, Aziz, Govier & Forgasi, ــه از جمل

Mukherjee & Brill نيز اشاره كرد.

PIPESIM1-2 چگونگى انتخاب رابطه دو فازي مناسب در نرم افزار شبيه ساز1-1-2 استفاده از نتايج نمودارنگار توليد براى شبيه سازي چاه

ــب براى محاسبه كمي و كيفي دبي توليدي چاه، يكي از روش هاي مناساستفاده از نمودارهاي توليد مي باشد. اين نمودارها با راندن ابزارهاي ويژه ايى

كه بر روي يكديگر چيده شده و در چاه رانده مي شوند ، به دست مى آيند.

انتخاب چاه كانذيذ

كسة اطالعات دقيق شرايط توليذ

وارد كردن اطالعات در نرم افسار

انتخاب راتطه دوفازي مناسة

مقايسه تا شرايط واقعي توليذ

تغيير شرايط در نرم افسار

نتيـجه گيري

نتايج نمودارنگار توليذ

جريان مستقل ته تفكيك گر

1 | الگوريتم چگونگى شبيه سازي و نتيجه گيري در نرم افزار كلشـ

5

02000400060008000

1000012000

0 500 10001500

20002500

30003500

40004500

)psi( فشار

)ftق )

عم

نرم افزار فشار سنج

ػظ فـاس ػح دس اػواق هختلف چا : 3ؿىل تا خشخي شم افضاس-mn 148همايؼ فـاس ثثت ؿذ ت تغيير در شرايط لوله هـغسي و تأثير آى تر فشار سر چاهي - 3 تغيير در قطر لوله هغسي- 3-1

ـاس خشياي ػش چاي سا دس شم افضاس هغضي تش ف ل دس ايي لؼوت تأثيش لغشاي هختلف ل تايح آى تش سي هحي سػن هي ؿد ػاصي ود . ؿثي دس ايي صست هي تاى هحذد

تيؾ هغضي سا و ل اػة تشاي اتخاب لغش ل خد هي آسد ه ـاس ػش چاي سا ت ، پيذا تشيي ف دس ؿىل واى. ود هي ؿد4عس و ـاس خشياي هالحظ هغضي هي تاذ ف ل ، تغييش دس لغش ل

)ػشچاي ( پام1150) سا اص حالت الؼي -mn) 346تشاي چا 1550ت پام افضايؾ دذ وـاس هؼوال افضايؾ دتي سا دس پي . 5خاذ داؿت ايي افضايؾ ف

دس ؿىل دس 4واى عس و هغضي تشاي ايي چا ل ل ي هي ؿد، لغش داخلي ت ـاذ ه چ هي تاؿذ4 تا 3هحذد . اي

0

500

1000

1500

2000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

)inch( قطر داخلي لوله مغزي

)psi( ي

چاه سر

شارف

ل هغضي تا ون: 4ؿىل شيي افت فـاس ايداد ؿذ پيذاوشدى هحذد هاػة اتخاب لغش ل ت

3 | مقايســه فشـار ثبـت شده تـوسط فشار سنج در اعماق مختلف چاه mn-148 با خروجي نرم افزار

كلشـ

4

استفاده از نتايج آزهايش هويسي فشار جرياني چاه تا خروجي نرم افسار 2-1-2اػة، تايذ تايح سا تا د فاصي ه تػظ شم افضاس اتخاب ساتغ ػاصي ؿشايظ چا پغ اص ؿثي

وشد مايؼ ه دس حالت خشياي سا هي تاى تا اسػال . ضؼيت الؼي چا ؿشايظ الؼي چاـاسػح الىتشيىي يا ـاس خشياي دس اػواق هختلف ت Ameradaف ثثت ف دسى چا دػت ت

ساتغ. آسد اص اػذاد ثثت پش اضح اػت و سا تا ؿشايظ الؼي تليذ و ؿشايظ ػتى چا اي و دػت هي آيذ، ن ت ـاسػح دس اػواق هختلف چا تػظ ف د ؿذ تشيي ساتغ پؿاي وذ ت

د . فاصي خاذ ت

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

)psi( فشار

ار(حف

ت )فو

مقع

نرم افزار فشار سنج

ػظ فـاسػح دس اػواق هختلف تا خشخي شم افضاس : 2ول ؽ همايؼ فـاس ثثت ؿذ ت

استفاده از نتايج آزهايش هويسي فشار جرياني چاه ديگر هيذاى تا خروجي 2-1-3

نرم افسار ياد ؿذ، ساتغ پغ اص آى دس چا ؿذ، orginal Beggs &Brillو پزيشفت ػاى الگ ت

ديگشي دس ويي هيذاى سا دس چا هسد تشسػي لشاس داد تاس (-148mn)هي تاى ايي ساتغ وشد مايؼ د فاصي . ديگش خشخي شم افضاس سا تا ؿشايظ الؼي ه آيا ساتغ تايذ تضيح داد و

ؼثت گاص ت د ـاس هتفات ت ؿشايظ تليذي آى اص ظش دتي ف و دس ايي چا اتخاب ؿذ واذ هثالي صست گشفت مايؼ ن ضديه اػت دلت الصم سا داسد يا خيش؟ اگش ه فت آى، ت

دس ؿىل 3و ساتغ سػيذ و ايي تيد ذ، هي تاى ت اػت، وذيگش سا تأييذ و ؿذ آسد ػاصي ػايش چا دس شم افضاس ؿثي تشاي اػتفاد اتخاب ؿذ د ا دس ايي هيذاى لاتل اػتواد ت

. تاؿذ اص خغاي حذاللي تشخسداس هي

2 | مقايســه فشار ثبت شده توسط فشارسنج در اعماق مختلف با خروجي نرم افزار

كلشـ

مقــاالت

[ شماره 74 ] . [ آذر 89 ] 51

w w w . n i o c . i r

ــبات ــات هر ابزار در اعماق مختلف چاه و انجام محاس ــس از ثبت اطالع پمهندسي و پردازش اطالعات ، مى توان به شرايط واقعي توليد كه مهم ترين ــت ــت ، دس ــهم هر اليه از كل توليد اس آن ها، دبي نفت و گاز توليدي و ســد را مي توان به عنوان اطالعات ــت[6]. نتايج حاصل از نمودارنگار تولي يافــازي و نتيجه گيرى از ــاز وارد نموده و پس از شبيه س ــبيه س ورودي به شنرم افزار، رابطه دو فازي مناسب را انتخاب كرد. همچنين براى محاسبه دبي ــوان از روش ديگري كه همان ــا آب توليدي از چاه، مي ت ــت ، گاز و احيان نفجريان دادن چاه به شكل مستقل به تفكيك گر سه فازي است، استفاده نمود و پس از آن، مقدار هر فاز را جداگانه با جريان سنج اندازه گيري كرد . تجربه نشان داده است كه دقت اندازه گيري دبي سياالت در نمودارهاي توليد نسبت

به جريان چاه به شكل مستقل به تفكيك گر بيش تر بوده است .

2-1-2 استفاده از نتايج آزمايش مميزي فشار جرياني چاه با خروجي نرم افزارــازي شرايط چاه توسط نرم افزار و انتخاب رابطه دو فازي پس از شبيه ســه كرد . شرايط واقعي ــب، بايد نتايج را با وضعيت واقعي چاه مقايس مناســـال فشـارسنـج الكترونيكي چاه در حـالت جـريـاني را مي تـوان بـا ارســي در اعماق مختلف ــار جريان ــه درون چاه و ثبت فش ــا Amerada ب يــرايط ستون چاه با ــت، رابطه اي كه در آن، ش ــت آورد. پر واضح اس به دسشرايط واقعي توليد كه از اعداد ثبت شده فشارسنج در اعماق مختلف چاه

به دست مي آيد، هم پوشاني كند بهترين رابطه دو فازي است.

3-1-2 اسـتفاده از نتايج آزمايش مميزي فشـار جريانـي چاه ديگر ميدان با خروجي نرم افزار

پس از آن كه در چاه ياد شده، رابطه Orginal Beggs &Brill به عنوان الگو (mn-148) پذيرفته شد، مي توان اين رابطه را در چاه ديگري در همين ميدانمورد بررسي قرار داد و بار ديگر خروجي نرم افزار را با شرايط واقعي مقايسه كرد.

بايد توضيح داد كه آيا رابطه دو فازي انتخاب شده در اين چاه كه شرايط توليدي آن از نظر دبي و فشار متفاوت بوده و نسبت گاز به نفت آن نيز به هم نزديك است، دقت الزم را دارد يا خير؟ اگر مقايسه صورت گرفته همانند مثالى كه در شكل 3 آورده شده است، همديگر را تأييد كنند، مي توان به اين نتيجه رسيد كه رابطه انتخاب شده براي استفاده در نرم افزار و شبيه سازي ساير چاه ها در اين ميدان قابل

اعتماد بوده و از خطاي حداقلي برخوردار است.

3- تغيير در شرايط لوله مـغزي و تأثير آن بر فشار سر چاهي3-1- تغيير در قطر لوله مغزي

ــار جرياني سر ــمت تأثير قطرهاي مختلف لوله مغزي بر فش در اين قســده و نتايج آن بر روي منحني رسم گرديده است . چاهي، شبيه سازي شــب براى انتخاب قطر لوله مغزي كه در اين صورت مي توان محدوده مناسبيش ترين فشار سر چاهي را به وجود مى آورد ، پيدا نمود. همان طور كه در شكل 4 مالحظه مي شود ، تغيير در قطر لوله مغزي مي تواند فشار جرياني سرچاهي (براي چاه mn-346) را از حالت واقعي (1150 پام) به 1550 ــار معموال افزايش دبي را نيز در پي ــام افزايش دهد كه اين افزايش فش پ

خواهد داشت [5]. همان طور كه در شكل 4 مشاهده مي شود، قطر داخلي بهينه لوله مغزي

براي اين چاه در محدوده 3 تا 4 اينچ مي باشد.

3-2- تغيير در طول لوله مغزي همان طور كه قطر لوله مغزي بر فشار جرياني سرچاهي تأثير مى گذارد ، طول اين لوله نيز مي تواند بر پارامتر فشار سر چاهي تأثير به سزايي داشته ــت . ــد اقتصادي نيز حايز اهميت اس ــول لوله مغزي از بع ــد . البته ط باشــود، بدين ترتيب كه هر چقدر طول كوتاه تري از لوله مغزي به كار برده شهزينه هايي مانند خريد ، نصب و خارج ساختن آن از چاه در هنگام تعمير،

كاهش خواهد يافت. همان طور كه در شكل 5 پيداست، عملكرد طول لوله مغزي در قطرهاي ــت ، لوله مغزي با قطر 4 اينچ، روند صعود فشار را متفاوت يكسان نيســزي حفظ كرده ولي در لوله مغزي 3 اينچى با ــا افزايش طول لوله مغ ب

افزايش طول، فشار سر چاهي روندى صعودي ـ نزولي دارد. ــوع، دو لوله مغزي با قطرهاي ــمت براي بيان واضح تر موض در اين قسمتفاوت 3 و 5 اينچ كه يك درجـه از حـالـت بـهيـنه قـطر (4 ايـنـچ) در چـاه mn-346 تفاوت دارند، انتخاب نموده و با نرم افزار شبيه سازي ــاي كم تر يا بيش تر از حالت بهينه ــدند تا اثر افزايش طول در قطره ش

قابل توجيه باشد .

4 | پيداكردن محدوده مناســب انتخاب قطر لوله مغزي با كم ترين افت فشار ايجاد شده

كل5 | روند تغييرات فشار سرچاهي نسبت به طول لوله مغزي در سه شـ

قطر متفاوت

كلشـ

مقــاالت

52 [ شماره 74 ] . [ آذر 89 ]w w w . n i o c . i r

4- افزايش فشار جرياني چاه هاي كم فشار ــرچاهي پاييني دارند و بنا به داليلي از قبيل ــار س در چاه هايي كه فشطوالني بودن بعد مسافت يا ناهموار بودن مسير خط لوله جرياني، امكان ــر بتوان از طرف ــي را پيدا نمي كنند، اگ ــات فرآورش جريان به تأسيسمخزن، فشار ورودي به دهانه چاه (Pwf) را در شرايطي به سطح رساند ــار در ستون چاه حداقل ممكن باشد، آن گاه مي توان كه ميزان افت فشــياري از چاه هايى كه ــته تكميلي، بس با ايجاد تغيير در طول و قطر رشــوند را دوباره به مدار توليد ــن محدوده از مدار توليد خارج مي ش در اي

بازگرداند . ــاري است كه فشار سر چاهي ــكل 6 نتيجه شبيه سازي چاه كم فش شآن660 پام مي باشد. با ايجاد تغيير در قطر (كاهش) و راندن لوله مغزي ــقف900 پام افزايش يافته و ــار جرياني سرچاهي چاه تا س در آن، فشــه اول تفكيك فراهم مى آيد. در اين ــكان جريان يافتن چاه به مرحل امــازي روي 600 پام تنظيم ــار تفكيك گر در مرحله اول جداس چاه، فشــود، قطر داخلي ــت. همان طور كه در شكل 6 مشاهده مي ش ــده اس شــار مورد مطالعه در محدوده 3/5 تا ــه لوله مغزي براي چاه كم فش بهين

4/5 اينچ مي باشد.

نتيجه گيري با بهينه سازي تكميل چاه و استفاده از اطالعات دقيق شرايط توليد، ــش داد. همچنين مي توان در برخي ــوان دبي توليدي چاه را افزاي مي تــرچاهي چاه هاي كم فشار را حل كرده و با ــكل افت فشار س موارد، مشــار جرياني سرچاهي ، امكان توليد بيش تر از مخزن را توسط ارتقاي فشــل را در پي خواهد ــراي اين كار، نتايج ذي ــان چاه فراهم آورد . اج هم

داشت:ــتي و كاهش 1- كم كردن ميزان گازهاي توليدي در مراحل پايين دســار گاز ــع آوري و تقويت فش ــات جم ــرمايه گذاري در بخش تأسيس س

(كاهش هزينه)ــه API) نفت توليدي و ــزان كميت و كيفيت (درج ــاال رفتن مي 2- بــرايط ــال آن افزايش درآمد اقتصادي در صورت مهيا نمودن ش ــه دنب ب

فرآورشي ورود به مرحله اول (افزايش درآمد)[7]

ــوختن ــعل و جلوگيري از س ــالي به مش 3- كاهش ميزان گازهاي ارسآن ها (اثر زيست محيطي)

4- توليد نفت بيش تر در طول مدت زمان عمر چاه5- باالبردن ضريب بازيافت نفت از چاه

نتيجه گيري ميدانيــار اين ميدان به ــه از تحقيق بر روي چاه هاي كم فش ــه مهمي ك نتيجدست آمد، بيانگر اين است كه افت فشار سيال دو فازي هنگام حركت

ــه جداري " 9 بسيار زياد بوده و همين امر باعث كاهش فشار در لولــأله در بسياري از موارد باعث عدم جرياني سرچاهي مي گردد. اين مس

ــات فراورشي و در نهايت از دست رفتن ــب چاه به تأسيس جريان مناســي و تصميم گيري ناصحيح ــدم دانش كاف ــه توليدي در اثر ع ــك الي ي

گرديده است. ــا 4 اينچ) و ــزي (قطر داخلي 3/5 ت ــل چاه با لوله مغ ــن تكمي همچنيــاندن افت فشار درون چاهي، حالت مجرابند مي تواند در به حداقل رس

بهينه ايجاد نمايد.

منابع

[1] Boyun, Guo., William. Lyons, Ali Ghalambor, “Petroleum Production Engineering”, ISBN: 0750682701, Elsevier Science & Technology Books, February 2007.

[2] Michael Golan., “well performance”, second Edition, Norwegian university of science &Technology, NUST, 1996.

[3] H.Dale Beggs., “Production Optimization Using Nodal Analysis Oil & Gas Consultants”, Tulsa, oklahoma 74153-0448, 1991.

[4] “PIPESIM Fundamentals”, Schlumberger training course & exercise guide, 2006.

[5] Jansen J.D., Currie P.K., “Modelling and Optimization of Oil and Gas Production Systems”, Petroleum Engineering Department of Geo technology in the Netherlands (j.d.jansen@citg.tudelft.nl), March 2004.

[6] Bahrami H.;“The PSP Tool”, Schlumberger Presentation, Ahwaz, Iran, Desember 2004.

[7] Tarek Ahmad., “Hydrocarbon Phase Behavior”, Gulf publishing company, Houston, Texas, 1989.

6 | تأثير تغيير قطر لوله مغزي در روند فشار سرچاهي در چاه كم فشار و تشخيص محدوده مناسب انتخاب قطر

كلشـ