کلمات کلیدی: فرازآوری با گاز، مدلسازی ترکیبی چاه، جریان چند فازی در چاه، مدل مکانیستیک فهرست فصل اول: مقدمه.. 1فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته.. 82-1-مدلهای جریان دو فازی و انتقال حرارت در چاه.. 92-1-1- روابط تجربی.. 92-1-2- مدلهای مکانیکی.. 112-1-2-1- مدلهای همگن و جریان رانده.. 122-1-2-2- مدلهای دو سیالی یا چند سیالی.. 132-1-3- مدلهای انتقال حرارت در چاه.. 132-2- شبیه سازی هم زمان چاه و مخزن.. 142-3- بررسی اثر فرض تعادل بین فازها در محاسبات جریانهای چندفازی 152-4- فرازآوری با گاز.. 17فصل سوم: مبانی نظری.. 193-1- مقدمه.. 203-2- مدل جریان چند فازی.. 203-2-1- پارامترهای بنیادی جریان چند فازی.. 203-2-2- رژیمهای جریان.. 233-2-2-1- گذار رژیم حبابی _ رژیم لخته ای.. 253-2-2-2- گذار به رژیم جریان حبابی پراکنده.. 263-2-2-3- گذار به رژیم جریان حلقوی.. 273-2-2-4-طول ورودی برای رژیم جریان کف آلود یا انتقالی 273-3- محاسبه خواص سیالات.. 30فصل چهارم: مدل جدید چاه و شبیه سازی.. 334-1- مقدمه.. 344-2- هندسه سیستم.. 344-3- معادلات حاکم بر سیستم.. 364-3-1-موازنه جرم.. 364-3-2-موازنه مومنتم.. 384-3-3- موازنه انرژی.. 404-4- مقدارهای مرزی.. 414-5- روند حل مسأله.. 424-6- اعتبار سنجی مدل.. 44فصل پنجم: نتایج، بحث و پیشنهادها.. 525-1-مقدمه.. 535-2- نتایج.. 535-2-1- بررسی تأثیر پارامترهای مختلف فرازآوری با گاز بر پروفایل فشار در چاه.. 535-2-1-1- تأثیر ترکیب گاز تزریقی بر پروفایل فشار.. 545-2-1-2- تأثیر دمای گاز تزریقی بر پروفایل فشار.. 615-2-1-3- تأثیر دبی حجمی گاز تزریقی بر پروفایل فشار 655-2-1-4- تأثیر عمق تزریق گاز بر پروفایل فشار.. 685-2-2- بررسی تأثیر پارامترهای مختلف فرازآوری با گاز بر افزایش تولید چاه.. 715-2-2-1- تأثیر ترکیب گاز تزریقی بر دبی تولید چاه.. 725-2-2-1-1- تأثیر تزریق گازهای مختلف بر تغییر رفتار فازی سیال درون چاه.. 755-2-2-2- تأثیر دمای گاز تزریقی بر دبی تولید چاه.. 805-2-2-3- تأثیر عمق تزریق گاز بر دبی تولید چاه.. 825-3- نتیجه گیری.. 845-4-پیشنهادها.. 86منابع.. 87 فهرست جدول ها جدول4- 1: درصد مولی نفت استفاده شده (نفت سیاه).. 45جدول4- 2: مشخصات چاه تولیدی.. 45جدول4- 3: پروفایل دما و فشار محاسبه شده توسط نرم افزار OLGA 47جدول4- 4: پروفایل دما و فشار محاسبه شده توسط نرم افزار PVTi48جدول4- 5: پروفایل فشار و دمای محاسبه شده توسط شبیه ساز ارائه شده 49جدول 5- 1: پروفایل فشار چاه برای چهار حالت بدون فرازآوری با گاز، فراز آوری با متان، اتان و گاز جداکننده.. 55جدول 5- 2: پروفایل فشار چاه برای چهار حالت بدون فرازآوری با گاز، فراز آوری با نیتروژن، کربن دی اکسید و گاز دودکش.. 58جدول 5- 3: پروفایل فشار برای سه حالت تزریق نیتروژن در دمای 350، 550 و 750 کلوین.. 63جدول 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 66جدول 5- 5: پروفایل فشار برای چهار حالت تزریق نیتروژن در عمقهای 2461، 3117، 3445 و4101 فوت.. 69جدول 5- 6: مشخصات سیستم چاه و مخزن.. 72جدول 5-7:دبی تولید در نرخهای متفاوت تزریق گاز برای گازهای مختلف 73جدول 5-8: دبی تولید برای فرازآوری با گازهای مختلف در سه دمای متفاوت 80جدول 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 5شکل 3- 1:رژیمهای جریان در یک خط لوله عمودی .. 24شکل 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.. 29شکل 3- 3: فلو چارت محاسبات تبخیر آنی.. 31شکل 4- 1: شکل و نحوه بلوک بندی چاه.. 35شکل 4- 2: فلوچارت مدلسازی جریان چند فازی در چاه.. 43شکل 4- 3: نمودار مقایسه پروفایل فشار محاسبه شده توسط مدل ارائه شده و دو نرم افزار تجاری.. 50شکل 4- 4: نمودار مقایسه پروفایل دمای محاسبه شده توسط مدل ارائه شده و نرم افزار OLGA.. 50شکل 5- 1:نمودار پروفایل فشار چاه برای چهار حالت بدون فرازآوری با گاز، فراز آوری با متان، اتان و گاز جداکننده.. 56شکل 5- 2: نمودار پروفایل فشار چاه برای چهار حالت بدون فرازآوری با گاز، فراز آوری با نیتروژن، کربن دی اکسید و گاز دودکش.. 59شکل 5- 3:پروفایل فشار چاه برای پنج حالت بدون فرازآوری با گاز، فراز آوری با متان، گاز جداکننده، کربن دی اکسید و نیتروژن.. 60شکل 5- 4: نمودار پروفایل دما برای سه حالت تزریق نیتروژن در دمای 350، 550 و 750 کلوین.. 62شکل 5- 5: نمودار پروفایل فشار برای سه حالت تزریق نیتروژن در دمای 350، 550 و 750 کلوین.. 64شکل 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.. 67شکل 5- 7: نمودار پروفایل فشار برای چهار حالت تزریق نیتروژن در عمقهای 2461، 3117، 3445 و4101 فوت.. 70شکل 5- 8: نمودار دبی تولید در نرخهای متفاوت تزریق گاز برای گازهای مختلف.. 73شکل 5- 9: نمودار فازی سیال مخزن.. 76شکل 5- 10: نمودار فازی مخلوط سیال مخزن و گاز تزریقی متان.. 77شکل 5- 11: نمودار فازی مخلوط سیال مخزن و گاز تزریفی نیتروژن 77شکل 5- 12: نمودار سرعت ظاهری فاز گاز در طول چاه برای دو حالت فراز آوری با متان و نیتروژن.. 79شکل 5- 13: نمودار دبی تولید برای فرازآوری با گازهای مختلف در سه دمای متفاوت.. 81شکل 5- 14: نمودار دبی تولید برای عمقهای مختلف تزریق نیتروژن 83 فهرست علائم اختصاری Aمساحت سطح مقطع لوله مغزی ( )ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابت ( )dقطر چاه ( m )fضریب اصطکاکgشتاب گرانش زمین ( )گرادیان زمین گرمایی ( )hآنتالپی ( )ماند مایعماند گازجرم ورودی از مخزن به چاه ( )جرم ورودی توسط گاز تزریقی به چاه ( )MWجرم ملکولی ( )تعداد کل جزءهای سیال مخزنتعداد کل جزءهای گاز تزریقیتعداد فازهاPفشار ( )گرمای منتقل شده بین چاه و محیط اطراف ( )Rثابت جهانی گازها ( )Tدما ( K )Uضریب انتقال حرارت کل ( )vسرعت واقعی ( )سرعت واقعی گاز تزریقی( )جزء مولی جزء i در مایعجزء مولی جزء i در بخارzمحور مختصات عمود بر سطح زمینZضریب تراکمپذیریعلائم یونانیλماند در شرایط عدم لغزشμگرانروی ( )ρچگالی ( )چگالی گاز تزریقی ( )σکشش بین سطحی( )جرم منتقل شده بین دو فاز ( )زیروندهاgگازiجزء ijفاز jlمایعmمخلوطsظاهریvبخار فصل اول: مقدمهیشتر مخازن نفت دنیا از نوع مخازن حجمی هستند که با مکانیزم انبساط گاز محلول، تولید میکنند. 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 استفاده از روشهای فرازآوری مصنوعی است. (Guo et al. 2011)چند نمونه از روبشهای معمول فراز آوری مصنوعی موارد زیرند:انتخاب روش فراز آوری مصنوعی برای یک چاه مشخص به عوامل مختلفی بستگی دارد. زمانی که فراز آوری با گاز یکی از روشهای مد نظر است، یکی از عوامل مهم که از اهمیت زیادی برخوردار است دسترسی به گاز کافی است. اگر کاز کافی چه به صورت محلول در نفت یا از یک منبع خارجی در دسترس باشد، فراز آوری با گاز میتواند یکی از روشهای ایدهآل برای افزایش تولید باشد.(API 1994)در روش فرازآوری با گاز، گاز که از نفت سبکتر است وارد لوله مغزی میشود و از این طریق با کم کردن چگالی سیال درون لوله مغزی، وزن ستون سیال روی سازند را کاهش میدهد. این کاهش وزن باعث ایجاد یک اختلاف فشار بین چاه و مخزن میشود و به این ترتیب نفت از مخزن به سمت چاه جریان پیدا میکند.دو روش مختلف برای فرازآوری با گاز در صنعت وجود دارد:در فرازآوری با جریان پیوسته، گاز با فشار نسبتا زیاد به درون ستون سیال داخل چاه تزریق میشود. این گاز تزریقی به سیال درون چاه اضافه میشود تا به وسیله یک یا چند مورد از مکانیزمهای زیر سیال را به سطح زمین برساند:(API 1994)در طراحی فرایند فرازآوری با جریان پیوسته گاز، دو پارامتر مهم وجود دارند. این دو پارامتر نرخ تزریق گاز و عمق تزریق گاز هستند. در طراحی این فرایند باید به موارد زیر دقت شود:(Bellarby 2009)در شکل 1-1 شمای کلی یک فرایند فرازآوری با جریان پیوسته گاز دیده میشود.(Bellarby 2009) اگر فشار مخزن کم باشد یا چاه با نرخ بسیار کم تولید کند، از روش فرازآوری با جریان منقطع استفاده میشود. در این روش گاز به صورت منقطع به چاه تزریق میشود. چون نرخ تولید از مخزن کم است ابتدا زمان کافی برای انباشته شدن یک ستون سیال در چاه، در نظر گرفته میشود. سپس با تزریق گاز با فشار زیاد به درون چاه و زیر ستون سیال، سیال به سمت بالا رانده شده و تولید میگردد. این فرایند شبیه شلیک یک گلوله از لوله یک تفنگ بر اثر فشار گاز ایجاد شده پشت آن است. مدت زمان بین دو تزریق گاز متوالی به زمان لازم برای تجمع نفت در چاه و تشکیل ستون سیال وابسته است. طول مرحله تزریق گاز نیز با توجه به زمان لازم برای تولید ستون سیال مشخص میشود.(API 1994)در طراحی سیستم فراز آوری با گاز عوامل زیادی باید در نظر گرفته شوند تا عملکرد سیستم مطابق با میزان توان مخزن برای تولید نفت باشد. گامهای اساسی در امکان سنجی، طراحی و اجرایی کردن سیستم فرازآوری با گاز به شرح زیرند:(Forero et al. 1993)از مهمترین ابزارهای مورد نیاز در مطالعات مربوط به امکان سنجی، طراحی و اجرایی کردن سیستم فرازآوری با گاز، نرم افزارهای شبیه ساز عملکرد چاه هستند. خروجی این نرمافزارها که بر اساس معادلات ارائه شده برای پیش بینی رفتار جریانهای چند فازی طراحی شده اند، معمولاً پروفایل فشار در چاه و نرخ تولید است. بیشتر شبیه سازهای عملکرد چاه که تا کنون ارائه شده اند بر اساس مدل نفت سیاه[4] عمل میکنند که فقط سه فاز جدا از هم نفت، گاز و آب را در نظر میگیرد.